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1、项目十五 PLC系统综合设计练习,一、任务目标 熟悉PLC的系统设计步骤，学会综合利用PLC解决实际问题的方法。 了解PLC的抗干扰措施。 了解PLC的维护和故障诊断。 能初步完成机床控制电路的PLC程序改造。 能掌握PLC控制系统的一般设计、安装方法。,二、任务知识,（一）可编程序控制器的系统设计 PLC的的工作方式和通用微机不完全一样，因此，用PLC设计自动控制系统与微机控制系统开发过程也不完全相同，需要根据PLC的特点进行系统设计。PLC与继电器控制系统也有本质区别，硬件和软件可分开进行设计室PLC的一大特点。PLC应用设计，一般应按图15-1所示的几个步骤进行。,图15-1 PLC系统
2、设计流程图,1.熟悉控制对象确定控制范围,首先要前面详细地了解被控制对象的特点和生产工艺过程，归纳出工作循环图或状态流程图，与继电器控制系统和工业控制计算机进行比较后加以选择。如果控制对象是工业环境较差，而安全性、可靠性要求又特别高、系统工艺又复杂、输入输出点数多，则用常规继电器系统难以实现，工艺流程又要经常变动的机械和现场，用PLC进行控制是合适的。 对确定了的控制对象，还要明确控制任务和设计要求。要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电气控制系统的控制要求。例如，机械运动部件的传动和驱动，液压气动的控制，仪表及传感器的连接与驱动等。最后归纳出电气执行元件的动作节拍表。PLC的
3、根本任务就是正确实现这个节拍表。,2. 可编程序控制器的型号选择,在确定PLC的型号时，应考虑以下问题： （1）PLC的硬件功能 开关量控制是PLC的基本问题，对于开关量控制系统，主要需要考虑PLC的最大开关量I/O点数是否能满足系统要求。 （2）PLC指令系统的功能 对于小型单台仅需要开关量控制的设备，一般小型PLC便可以满足要求。如果系统要求PLC完成某些特殊功能，应考虑PLC的指令系统是否有相应的指令来支持。,（3）PLC物理结构的选择 根据物理结构，可以将PLC分为整体式和模块式，整体式PLC每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，在小型控制系统中一般采用整体式PLC。但是模块式PLC的
4、功能扩展方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类和块数、特殊I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大得多，维修时跟换模块、判断故障范围也很方便，因此较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式PIC。 （4）确定输入/输出（I/O）点数 应确定哪些信号需要输入给PLC，哪些负载由PLC驱动，是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的等级；是否有特殊要求，例如快速响应等，并建立相应的表格。如果系统部同部分相互距离很远，可以考虑使用远程I/O。,3. PLC的I/O模块的选型,PLC的型号选好后，根据I/O表和可以供选择的I/O模块类型，确定I/O模块的型
5、号和块数。选择I/O模块时，I/O点数一般应留有一定的余量，以备今后系统改进或扩充的使用。 （1）开关量输入模块的选择 开关量输入模块的输入电压一般为DC 24V和AC 220V。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用，在这些条件下交流输入触点的接触较为可靠。 （2）开关量输出模块的选择 继电器型输出模块的工作电压范围广，触点的导通压降小，承受瞬时过电压和瞬时过电流的能力较强，但是动作速度较慢，触点寿命（动作次数）有一定的限制。如果系统的输出信号变化不是很频繁，建议优先选用继电器型的。,晶体管型与双向晶闸管型
6、输出模块分别用于直流负载和交流负载，他们的可靠性高，反应速度快，寿命长，但是过载能力稍差。 选择是应考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载状态变化是否频繁等，还应注意同一输出模块对电阻性负载、电感性负载和白炽灯的驱动能力的差异。例如FX的继电器型模块的最高工作电压为AC250V，可以驱动2A的电阻性负载、80VA的电感性负载和100W的白炽灯。额定输出电流还与温度有关，温度升高时额定输出电流减小，有的PLC提供了有关的曲线。 输出模块的输出电流额定值应大于负载电流的最大值，大多数模块对每组的总输出电流也有限制，例如0.5A/点、0.8A/4点。,选择I/O模块还需要考虑下面问题：
7、,1）输入模块的输入电路应与外部传感器的输出电路的类型配合，使二者能直接相连，例如有的PLC的输入模块只能与NPN晶体管集电极开路输出的传感器直接相连，如果选用NPN晶体管发射极输出的传感器，需要在二者之间增加转换电路。 2）模拟量模块的选择：应考虑变送器、执行机构的量程是否能与PLC的模拟量输入/输出模块的量程匹配。模拟量模块的A/D、D/A转换器的位数反映了模块的分辨率，8位的模块分辨率低，价格便宜，12位的则反之。模拟量模块的转换时间反映了模块的工作速度。,3）成本方面的考虑：选择某些高密度I/O模块（例如32点开关量I/O模块），可以降低系统成本，但是高密度模块一般用D型插座来连接I/
8、O线，不如普通I/O模块的接线端子那样方便。 4）相应时间和抗干扰能力：I/O模块有不同的相应时间和抗干扰能力。一般来说，更高的响应速度将会牺牲干扰抑制能力。因此，如果高的响应速度不是必须的，应选择有更高的干扰抑制能力但是工作速度较慢的I/O模块。 5）高速输入：高速计数器可以对编码器提供的高速脉冲列计数，可以提供与PLC的扫描工作方式无关的立即输出。应考虑高速计数器的功能和工作频率是否能满足要求,4. 外部电路设计,外部电路设计主要包括与PLC得连接电路，各种运行方式的强电电路，电源系统及接地系统的设计。这是关系PLC系统的可靠性、功能及成本的问题。PLC选型再好，程序设计再好，外部电路不配
9、套，也不能构成良好PLC控制系统。,外部电路设计应注意以下四点。,1）画出主电路及不进入PLC的控制电路。为了保证系统的可靠性，手动电路、急停电路一般可以不进入PLC的控制电路。 2）画出PLC输入输出接线图 按输入输出设备分配表的规定，将现场信号接在PLC的对应端子上，一般输入输出设备可以直接与PLC得I/O端子相连，但是，当配线距离长或接近强干扰源，或大负荷频繁通断的外部信号，最好加中间继电器进行再次隔离。 输入电路一般由PLC内部提供电源，输出电路根据负载额定电压和额定电流外接电源。输出电路需要注意每个输出继电器的触点容量及公共端（COM）的容量。,为了保证输出触点的安全和防止干扰，当执
10、行元件为感性负载时，交流负载线圈两端加亮涌吸收回路，如阻容电路或压敏电阻。直流负载线圈两端加续流二极管。 输出公共端要加熔断器保护，以免负载短路损坏PLC。 3）对重要的互锁，如电动机正反转、热继电器等，需在外电路中用硬接线再连锁。 4）画出PLC的电源进线接线图和执行电器供电系统图。,5.程序设计,程序设计包括系统初始化程序、主程序、子程序、中断程序、故障应急措施和辅助程序的设计等，小型开关量控制系统一般只有主程序。 首先应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定用户程序的基本结构，画出程序流程图或开关量控制系统的顺序功能图。他们是编程的主要依据，应尽可能地准确和详细。 较简单的系统的梯形图可
11、以用经验法设计，复杂的系统一般用顺序控制设计法设计。画出系统的顺序功能图后，根据它设计出梯形图程序。有的编程软件可以直接用顺序功能图语言来编程。 在编程软件中，可以给用户程序中的各个变量命名，变量名称可以再梯形图中显示出来，便于程序的阅读和调试，变量名称的定义要简短、明确。,6.模拟调试,将设计好的程序写入PLC后，首先逐条检查程序，并改正写入时出现的错误。 用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关盒按钮来模拟，各输出量的通/断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载（如接触器、电磁阀等）。实际的反馈信号（如限位开关的接通）可以根据顺序控制功能图，在
12、适当的时候用开关或按钮来模拟。,7.PLC的试运行,PLC系统在正式投入使用之前，必须对其进行必要的检查与试运行，以确保其正式运行时的安全可靠，方法如下： 首先在接通电源之前，应检查电源、接地及输入/输出导线的连接错误，输入端与电源端之间的短路或者是输出端负载的短路都会严重地损坏PLC。 检查PLC的绝缘电阻。先不接通工作电源，断开PLC的所有连线，然后在各端子与接地端子间用DC 500V 兆欧表测量绝缘电阻，其阻值应大于5M以上。,接通PLC工作电源，但暂时处于STOP状态，使用手持式编程器或其他外部设备写入程序，然后再将程序读出，检查程序是否能正确传输交。同时用手持式编程器实行对PLC各输
13、出强制ON/OFF状态检查，检查程序功能，电路错误和语法错误。 将PLC的RUN/STOP开关设置在RUN位置，PLC就可以开始运行。即使在运行中也可以改变定时器、计数器、数据寄存器的设定值，对各元件进行强制ON/OFF状态检查。 系统试运行必须经过足够长的时间，以便让各种异常情况尽可能暴露出来，经过进一步完善处理，才能保证系统运行的顺利进行。,8.硬件接线,硬件接线包括两部分：一是控制柜与现场设备之间的接线；二是控制柜内部PLC周围电器元件之间的接线。 在连接控制柜与现场设备时应注意以下几个问题：电源线、动力线和信号线（包括直流信号线、交流信号线和模拟量信号线）都应各自分开，分别用电缆敷设；
14、各种电缆在与控制柜和现场设备连接处最好使用接插件，如航空接头等；电缆的屏蔽要良好，如在电缆两端的接线处，屏蔽层应尽量多地覆盖电缆芯线，电缆屏蔽层应单端接地，控制柜的外壳也应妥善地接地等；电缆应分类编号，要求排放整齐、美观。,控制柜内部的接线，主要是指PLC的电源、接地、输入、输出、通信等接线端子到各输出端子板或柜内其他电器元件之间的连接。总的要求是：各种类型的电源线、控制线、信号线、输入线、输出线都应各自分开，最好采用线槽走线；信号线与电源线应尽量不要平行敷设；所有导线要分类编号，排列整齐；PLC的所有接线端子最好采用标准接插件统一连接到端子板上，以便于检修；不同的接线端子，其接线还应遵循各自
15、的接线特点。,电源接线 PLC的工作电源有220/240V单相交流、100110V单相交流和DC24V直流三种。在PLC的面板上有三个对应的电源接线端子和一个零线接线端子。实际接线时只能选择其中的一种电源接入对应的电源端子。我国通常使用220V单相交流电源，接线时，将火线接入PLC的“200/220V”的接线端子，零线接入PLC的“零线”端子（千万不能接入PLC的“地线”端子）。,地线接线 一般情况下，地线可以不接。但良好的接地可以保证PLC更可靠地工作。在PLC的面板上有一个接地端子，应把它可靠接地，接地电阻应小于4。若有扩展单元，其接地线应与基本单元的接地线接在一起，并接入同一接地点， 值
16、得注意的是，PLC最好使用专用接地线。如果难以做到，PLC和其他设备也应采用公共接地，决不允许和其他设备串联接地；否则，效果将会更差。,输入接线 PLC面板上的输入端子是PLC控制信号的输入口。其数目的多少是PLC重要的性能参数。输入端子只能连接按键开关、行程开关、限位开关、接触器或继电器的辅助触点、光电开关、接近开关、集电极开路的NPN三极管等主要开关器件，也可接受A/D或D/A转换等与PC配套的输入模块。各开关器件的一端接输入端子，另一端接PLC的COM口；而接入PLC的各开关器件对PLC来说，都只相当于一个开关。当这一开关接通时，靠PLC内部电源通过输入器件向PLC输入端提供约7mA电流，从而给PLC提供特定的输入控制信号。,输出接线 PLC的输出端子连接PLC内部的继电器、晶闸管或晶体管组成的输出电路，相当于一个开关，由程序决定其通、断状态；外部直接连接交、直流电源和灯泡、电炉、电铃、小型电机、电磁阀、接触器线圈、继电器的线圈、驱动电路等负载组成的闭合回路，以实现控制要求。其中电源的类型和电压等级由所接负载类型决定。,9.PLC的抗干扰,
