PLC应用技术：第9章 PLC控制系统设计

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1、第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术学习内容 PLC控制系统设计的基本原则及步骤 PLC的选择 PLC控制系统硬件设计 PLC控制系统的软件设计 第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术学习目标掌握PLC控制系统的设计原则及步骤；掌握PLC机型选择的方法；掌握PLC输入输出线路及供电线路的设计方法；掌握PLC程序的顺序设计法及功能图设计法。第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技

2、术 为了实现生产工艺的控制要求，以提高生产效率和产品质量，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： 最大限度地满足被控对象的控制要求。 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用、维修方便。 保证控制系统的安全、可靠。 考虑到生产的发展和工艺的改进，应适当留有扩充裕量。9.1.1 PLC控制系统设计的基本原则9.1 PLC控制系统设计的基本原则及步骤第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术分析生产工艺过程，明确控制要求确定控制方案选择PLC硬件设计软件设计总装调试是否符合控制要求？软件调整硬件调整投入运行9

3、.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 1分析生产工艺过程，明确工艺过程对电气控制的要求 2确定控制方案 3选择可编程控制器机型 4硬软件设计 5总装调试 6编制技术说明书 9.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 随着PLC的推广普及，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日趋完善。PLC的品种繁多，其结构形式、性能、存储容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也

4、各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要的作用。9.2 PLC的选择第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 1结构合理 2功能合理 3机型统一 4是否在线编程 9.2.1 机型的选择第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 1PLC控制系统IO点数的估算 2输入输出模块的选择 9.2.2 输入输出的选择 1内存利用率 2开关量输入输出点数 3模拟量输入输出点数 4程序编写质量 9.2.3 内存估计第9章 PLC控制

5、系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 PLC控制系统的硬件设计包括设计PLC输入输出接线原理图、PLC供电系统图以及选择输入输出元器件等工作。 9.3 PLC控制系统的硬件设计第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 设计输入输出电路通常还要考虑一下问题： 1）一般情况下，输入输出器件可以直接与PLC的输入输出端子相连，但是，当配线距离较长或接近强干扰源、或大负荷频繁通断的外部信号，最好加中间继电器再次隔离。 2）输入电路一般由PLC内部提供电源，输出电路需根据负载

6、额定电压和额定电流外接电源。输出电路需注意每个输出点可能输出的额定电流及公共端子的总电流的大小。 9.3.1 PLC输入/输出电路的设计第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术输出电路的设计AC220V FR1LQ0.0 NLQ0.1 R CKM1 KM2R C KM2 KM1 3）对于双向晶闸管及晶体管输出型的PLC，如输出点接感性负载，为保证输出点的安全和防止干扰，需并接过电压吸收回路。 对交流负载应并接浪涌吸收回路，如阻容电路（电阻取51120，电容取0.10.47F，电容的额定电压应大于电源峰值电压 ）或压敏电阻。

7、第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术DC220VFRYV1VD1YV2VD2 . .传感器RS7-200 CPU214 M ML+ L1MI0.0 1LI0.1 Q0.0I0.2 Q0.1 对直流负载需并接续流二极管，续流二极管可以选1A的管子，其额定电压应大于电源电压的三倍。输出电路的设计第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 4）当接近开关、光电开关这一类两线式传感器的漏电流较大时，可能出现故障的输入信号。通常在输入端并联旁路电阻，以减小输入

8、电阻。旁路电阻的阻值R可由下式确定： 式中I为传感器漏电流，Ue、Ie分别是PLC的额定输入电压和额定输入电流，UL是PLC输入电压低电平的上限值。第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 5）为防止负载短路损坏PLC，输出公共端需加熔断器保护。 6）对重要的互锁，如电动机正反转等，需在外电路中用硬件再互锁。 7）对输入点不够时，可参考下列方法扩展： 第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术硬件逻辑组合输入法1MI0.0I0.1 SB3SB4SB5FR

9、1 FR2 FR3ML+硬件逻辑组合输入法 对两地操作按钮、安全保护开关等可先进行串并联后再接入PLC输入端子。第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术SB11MI0.0I0.1 SB2SB3译码输入法L+M译码输入法 硬件逻辑组合输入法 对在工艺上绝对不可能同时出现的的开关信号，用二极管译码的方法扩展输入点。第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 分组输入法 对在工艺中不同工作方式使用的输入点，可通过外电路分组的方法达到扩展输入点的目的。SQ11M

10、I0.0I0.1 I0.5L+MSQ2SB2SB1分组输入法自 手第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术1M 1LI0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.2 Q0.2I0.3L+M二极管矩阵输入法矩阵输入法 当PLC的输出点富裕且输入点不够用时，可通过对输出点的扫描，实现二极管矩阵输入，从而大大扩展输入点数。第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术1L AC220V输入按钮的直接控制法Q0.2Q0.1 Q0.0输入按钮直接控制法 将输入按钮直接连接

11、在需要控制的输出设备上，以减少对输入点数的使用。第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术1LQ0.0Q0.1 Q0.2AC220V输出分组控制法 分组控制法 对不同时工作的负载，可通过分组控制的方法减少输出点的使用。8）对输出点不够时，可参考下列方法扩展：第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术1LQ0.0Q0.1 Q0.2AC220VAC220V K1K2K3输出继电器接点译码法K3K3K2 K2 K1输出继电器接点译码法 通过输出继电器接点译码可扩

12、展输出点。第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 1）电源进线处应该设置紧急停止PLC的硬线主控继电器(Master Control Relay)，它可以专用一只零压继电器，也可以借用液压泵电机接触器的常开触点。 2）用户电网电压波动较大或附近有大的电磁干扰源，需在电源与PLC间加设隔离变压器或电源滤波器，使用隔离变压器的供电。 3）当输入交流电断电时，应不破坏控制器程序和数据，故使用UPS供电。 4)在控制系统不允许断电的场合，考虑供电电源的冗余，采用双路供电。 9.3.2 PLC供电系统的设计第9章 PLC控制系统设

13、计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 PLC的主机和扩展单元可以和电源断路器、控制变压器、主控继电器以及保护电器一起安装在控制柜内，既要防水、防粉尘、防腐蚀，又要注意散热，若PLC的环境温度大于550C时，要用风扇强制冷却。 与PLC装在同一个开关柜内、但不是由PLC控制的电感性元件，如接触器的线圈，应并联消弧电路，保证PLC不受干扰。 PLC在柜内应远离动力线，两者之间的距离应大于200mm,PLC与柜壁间的距离不得小于100mm，与顶盖、底板间距离要在150mm以上。 9.3.3 电气柜结构设计第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一

14、五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术 1）PLC系统应单独接地，其按地电阻应小于100，不可与动力电网共用接地线，也不可接在自来水管或房屋钢筋构件上，但允许多个PLC机或与弱电系统共用接地线，接地极应尽量靠近PLC主机。 2）敷设控制线时要注意与动力线分开敷设（最好保持200mm以上的距离），分不开时要加屏蔽措施，屏蔽要有良好接地。控制线要远离有较强的电气过渡现象发生的设备（如晶闸管整流装置、电焊机等）。交流线与直流线、输入线与输出线都最好分开走线。开关量、模拟量I/O线最好分开敷设，后者最好用屏蔽线。 9.3.4 现场布线图设计第9章 PLC控制系统设计普通高

15、等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术94 PLC控制系统的软件设计1绘制系统控制流程图2编制程序3程序测试4编制程序设计说明书 第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术9.4.1 梯形图的经验设计法 在PLC应用的初期，大多数工程技术人员设计继电接触控制电路的习惯，基本上还是沿用设计继电接触控制电路图的方法来设计PLC应用程序的梯形图，这种方法即称为梯形图的经验设计法。 用经验法设计复杂系统的梯形图应用程序，存在着以下一些问题： 1设计方法不规范，难于掌握，设计周期长 2装置交付

16、使用后维修困难第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术942 梯形图的功能图设计法 功能图设计法又称状态流程图设计法，亦称为Grafacet法，是专门用于顺序控制的一种程序设计法。1功能图的概念 功能图是一种描述顺序控制系统功能的图解表示方法，主要由“步”、“转移”及“有向线段”等元素组成。1）步 (1)初始步 (2)工作步 (3)与步对应的动作当系统中的某步处于活动状态时，称该步为“活动步”。第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术2）有向线段3）转移 第9章 PLC控制系统设计普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术2功能图构成规则控制系统的功能图必须满足以下规则： 步与步不能相连，必须用转移分开； 转移与转移不能相连，必须用步分开； 步与转移、转移与步之间的连接必须采用有向线段，从上