PLC及其应用第5章 PLC系统设计

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1、2019年7月9日星期二,目 录,5.1 PLC的编程指导 5.2 PLC的选择 5.3 PLC系统设计 5.4 PLC系统的故障分析,2019年7月9日星期二,5.1 PLC的编程指导,在掌握了PLC的基本工作原理和指令系统后,就可以把PLC应用于工程项目的设计中。由PLC组成的控制系统从控制的本质上讲与继电接触器控制系统没有大的区别，其差别主要在控制的表现形式上。PLC控制系统采用了逻辑器件和CPU的运算处理，继电器接触器控制系统则采用实际的物理器件和它们之间的相互约束关系来实现控制。因此，在系统设计上PLC控制系统除了具有与继电接触器控制系统相同的共性外，还有自身的特点。,2019年7月

2、9日星期二,利用梯形图编程，首先必须确定所使用的编程元件的编号，PLC是按编号来区别操作元件的。一般讲，配置好的PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相对应的，输出点数与输出的控制回路数也是相对应的，故I/O的分配实际上是把PLC的输入/输出点号分给实际的I/O电路，编程时按点号建立逻辑关系或控制关系，接线时按点号“对号入座”进行接线。,（1）每一个输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器等器件的线圈和它的触点均有同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制，可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。,（2）每个网络必须以一个触点开始，网络不能以触点终止。,（3）网

3、络不能以线圈开始，线圈用于终止逻辑网络。一个网络可有若干个线圈，只要线圈位于该特定网络的并行分支上。不能在网络上串联一个以上线圈（即不能在一个网络的一条水平线上放置多个线圈）。,5.1.1 PLC的编程规则、技巧,1.PLC的 I/O地址分配 2.梯形图的编程规则,（9）不允许生成引起短路的分支电路。,2019年7月9日星期二,5.1.2 基本程序的编写,许多复杂的应用程序都是由一些典型的基本程序组成的，因此，用户若能掌握这些基本程序的编写技巧，对又快又好地设计出自己所需的控制程序是非常有益的。下面介绍的都是从实践中总结出来的相对独立的功能段，读者只要仔细领会，必然会水到渠成。 1.自锁（自保

4、持）程序 自锁(自保持)程序分为关断优先式和启动优先式 （1）关断优先式自锁程序,（2）启动优先式自锁程序,2019年7月9日星期二,5.1.2 基本程序的编写,2.互锁程序 互锁程序用于不允许同时动作的两个继电器的控制，如电机的正反转控制。互锁程序梯形图如下图所示,2019年7月9日星期二,3.通电禁止输出程序 在实际工作中，因停电（突然中断供电）而停止生产是常有的事。在恢复供电时，有些设备是不允许立即恢复工作的，否则会发生严重事故。在这种情况下，就要采用通电禁止输出程序，如右图所示。,5.1.2 基本程序的编写,2019年7月9日星期二,4.优先级程序 优先级程序梯形图如下图所示。,5.1

5、.2 基本程序的编写,2019年7月9日星期二,5.1.2 基本程序的编写,5.延时通断程序 延时通断程序梯形图如右图所示。,在右图中I0.0和I0.1接的是非自锁的启动与停止按钮，利用内部存储器M0.0完成程序的启保停控制。,2019年7月9日星期二,6.顺序延时接通程序 顺序延时接通程序梯形图如右图所示。,5.1.2 基本程序的编写,2019年7月9日星期二,5.1.2 基本程序的编写,7.顺序循环执行程序 顺序循环执行程序梯形图如右图所示。,2019年7月9日星期二,5.1.2 基本程序的编写,8.脉冲程序 利用定时器可以方便地产生脉冲序列波形。,2019年7月9日星期二,9.分频器程序

6、 分频器程序梯形图如下面的左图所示。通过此程序 在Q2.0和Q2.1的输出端可得到错开的二分频信号。,5.1.2 基本程序的编写,2019年7月9日星期二,10.时钟程序 右图是时钟程序梯形图在图中定时器T37触点每0.1 s接通一次，累积10次是1 s，使秒计数器加1，当秒计数器计到60次时，即为1 min，C0常开触点闭合，使分计数器C1加1，并复位秒计数器C0。当分计数器计到60次时，即为1 h到，C1的常开触点闭合，接通时计数器C2，并加1计数，C1也随之复位。当C2计数至24时，说明1 d的时间到了，自行复位。从而实现了时钟的功能。图中内部存储器触点M1.0、M1.1、M1.2用于调

7、整或校对时钟程序。,5.1.2 基本程序的编写,2019年7月9日星期二,5.1.2 基本程序的编写,11.循环移位程序 循环移位程序梯形图如下图所示。,用I0.0控制接在Q0.0Q0.7上的8只彩灯，首先接在Q0.0上的彩灯亮，然后以5 s的速度依次点亮接在Q0.1Q0.7上的彩灯。保持任意时刻只有一只彩灯亮，当接在Q0.7上的彩灯亮后，再从Q0.0Q0.7依次亮，如此循环点亮每只灯。,2019年7月9日星期二,5.1.2 基本程序的编写,12.算术运算程序 下页左边的梯形图的功能是完成下面算式的：,算术运算一般都是一次性的，而PLC采用的是循环扫描执行方式，因此该类指令常常和上升沿检测指令

8、（P）联合使用。 本程序中包括了数据传送和加、减、乘、除四种运算。当I0.0闭合时，数据传送指令MOV_R将实数90、200分别传送给数据存储器VD10、VD20中，加法运算指令ADD_R将数据存储器VD10（90）和数据存储器VD20（200）相加，其结果存到数据存储器VD30中，乘法运算指令将数据存储器VD30中存储的数据乘以3.14后的结果存到VD40中，减法运算指令再将VD40中的值减去500后存到VD50中，最后再用VD50除以6.3，将其结果存到VD60中，即VD60中才是运算式的最终值。算术运算程序运算结果示意图如下页的右图所示。,2019年7月9日星期二,2019年7月9日星期

9、二,5.1.2 基本程序的编写,13.子程序 子程序指令通常是将具有特定功能，并且要多次使用的程序段作为子程序，可以多次被调用。子程序的执行由主程序来控制。 下面的例子是能完成三台电机在启动时相隔5s依次启动,停止时相隔2s逆顺停止。,2019年7月9日星期二,5.2 PLC的选择,随着PLC在工业控制领域的广泛应用，生产PLC的厂家和PLC的种类日益增多，其功能也逐渐趋于完善。但PLC是一种通用的工业控制装置，功能的设置总是面向大多数用户的，繁多的产品种类既给用户提供了广阔的选择余地，也给用户带来了一定的困难。如何合理地选择PLC机型，组成经济、实用的应用系统？,2019年7月9日星期二,5

10、.2.1 PLC的主要机型,当前世界上PLC生产厂家有数百家,生产几千种不同型号、规格的PLC，要很详细列举各种型号的PLC几乎是不可能的。下面所介绍的是在我国影响较大、应用较广泛的几个厂家的PLC机型。 1.德国西门子公司的PLC机型 2.日本三菱（MITSUBISHI）公司的PLC机型 3.日本松下电工公司的PLC机型 4.日本的欧姆龙(OMRON) 5.法国的施耐德(SCHNEIDER) 6.韩国的三星(SUMSUNG) 7.美国的通用(GE) 8.美国的莫迪康(MODICON),2019年7月9日星期二,5.2.2 PLC机型选择,选择适当型号的PLC是应用设计中至关重要的一步。在功能

11、满足要求的前提下，应选择最佳的性能价格比，具体应考虑以下几点： 1.I/O点数的选择 2.存储器容量的选择 3.PLC功能的选择 4.特殊I/O模块的选择,2019年7月9日星期二,5.3 PLC系统设计,PLC控制系统的设计是应用设计的关键，它决定整个控制系统的质量和水平。PLC系统设计就是根据被控对象的特点和控制要求，以PLC为主要控制设备，设计生成一个控制系统。这个控制系统将长期应用于实际生产中，设计时应将各种因素全面考虑，严格按设计步骤进行设计。,2019年7月9日星期二,5.3.1PLC控制系统的设计内容和设计步骤,PLC控制系统设计的基本内容有：PLC控制系统的设计就是根据生产工艺

12、要求和PLC系统的结构特点，用相应的编程指令，编制实际应用程序，绘制出控制用主电路图、I/O接线图、梯形图并编写说明书等技术文件。 PLC控制系统基本设计步骤如下： （1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求。如控制的基本方式、需要完成的动作顺序、必要的保护连锁、操作方式（包括手动、自动、连续、单周期或单步）等。 （2）根据用户的I/O设备，确定PLC的I/O点数，并设计I/O端子的接线图。 （3）根据控制要求和所需要的I/O点数，选择合适的PLC类型。 （4）对较复杂的控制系统，需画出工作循环表，或画出状态流程图表，以清楚表明动作的顺序和控制条件。 （5）根据工作循环图或动态流程图表编

13、写用户程序，或是设计梯形图程序。这是PLC控制系统设计工作中最为关键的一步，也是最为困难的一步。然后根据梯形图编制程序清单。 （6）用PLC编程器将程序键入PLC的用户程序存储器，或者使用专用编程软件通过微机输入PLC存储器，然后进行模拟调试。 （7）上述工作完成后，就可结合现场环境进行联机调试，直到满足设计要求为止。 （8）最后就是编写说明书等技术文件,2019年7月9日星期二,5.3.2PLC程序设计方法,在电气控制工程中，对PLC应用程序的设计有多种方法，现将几种常用的应用程序设计方法做一简要介绍。 1.经验设计法 对初学者来说通常采用逐步探索的方法，先根据前面介绍的基本程序段粗略的设计

14、出框架，再根据具体的要求逐步补充完善，随时增减I/O点数以及改变组合方式。但是，这种方法所设计的方案不一定是最简方案。,2019年7月9日星期二,2.根据继电器电路图设计梯形图,PLC使用与继电器电路图极为相似的梯形图语言。如果用PLC改造继电器控制系统，根据继电器电路图来设计梯形图是一条捷径。,（1）基本方法 继电器电路图是一个纯粹的硬件电路图，将它改为PLC控制时，需要用PLC的外部接线图和梯形图来等效继电器电路图。可以将PLC想象成是一个控制箱，其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“线路图”。梯形图中的输入位（I）和输出位（Q）是这个控制箱与外部世界联系的“接

15、口继电器”，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统。,2019年7月9日星期二,将继电器电路图转换为功能相同的PLC外部接线图和梯形图的步骤如下： 了解和熟悉被控设备的工作原理、工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。 确定PLC的输入信号和输出负载。继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构如果用PLC的输出位来控制，它们的线圈接在PLC的输出端。按钮、操作开关和行程开关、接线开关、压力继电器等提供PLC的数字量输入信号。继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的存储器位和定时器来完成，它们与PLC的输入位和输出位无关。 选择

16、PLC的型号，根据系统所需的功能和规模选择CPU模块、电源模块和数字量输入/输出模块。 确定PLC各数字量，画出PLC的外部接线图。各输入量和输出量在梯形图中的地址取决于它们所在的模块的起始地址和模块中的接线端子号。 确定与继电器电路图中的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的存储器位各定时器、计数器的地址。 根据上述的对应关系画出梯形图。,2019年7月9日星期二,（2）根据继电器电路图设计梯形图的实例,下图是机床工作台自动往复运动示意图。行程开关SQ1、SQ2分别安装在床身两端，用来反映加工的终点与起点。撞块固定在工作台上，跟随工作台一起移动，分别压下SQ1和SQ2来改变控制电路的通断状态，实现电动机的正、反向运转，从而实现工作台的自动往复运动。,2019年7月9日星期二,下面的两个图分别是工作台自动往复运动主电路图和控制电路图。图中SQ1为左行程开关，SQ2为右行程开关，SQ3为左限位开关，SQ4为右限位开关。,（2）根据继电器电路图设计梯形图的实例,2019年7月9日星期二,下图是功能与上页图相同的PLC外部接线图和,（2）根