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1、1.1第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.1第第1010章章 可编程控制器应用系统可编程控制器应用系统设计设计 返回总目录返回总目录返回总目录返回总目录 1.2第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.2前面几章首先讲述了前面几章首先讲述了PLC的结构和工作原理，然后针对西门子的结构和工作原理，然后针对西门子S7系列及系列及三菱三菱FX系列系列PLC详细介绍了指令系统及编程方法。本章将在此基础上结合几详细介绍了指令系统及编程方法。本章将在此基础上结合几个具体的应用实例，阐述个具体的应用实例，阐述PLC控制系统设计的方法和应注意的事项
2、，使读者控制系统设计的方法和应注意的事项，使读者对对PLC的使用和设计有一个比较全面的了解。的使用和设计有一个比较全面的了解。1.3第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.3本章内容本章内容10.1PLC应用系统设计的内容和步骤应用系统设计的内容和步骤10.2PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计10.3PLC应用系统的程序设计应用系统的程序设计10.4常用程序分析常用程序分析10.5PLC应用系统设计实例应用系统设计实例思考题与习题思考题与习题1.4第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.410.1 PLC10.1 PLC应用系
3、统设计的内容和步骤应用系统设计的内容和步骤在掌握了在掌握了PLC的基本工作原理及指令系统后，就可以把的基本工作原理及指令系统后，就可以把PLC应用到实际的应用到实际的工程项目中。不论是用工程项目中。不论是用PLC组成集散控制系统，还是独立控制系统，组成集散控制系统，还是独立控制系统，PLC控制部控制部分的设计都可以参考如图分的设计都可以参考如图10.1所示的步骤。所示的步骤。1.5第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.5图图10.1PLC系统应用程序系统应用程序设计步骤设计步骤10.1 PLC10.1 PLC应用系统设计的内容和步骤应用系统设计的内容和步骤1.6
4、第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.610.1.1系统设计的原则与内容系统设计的原则与内容1.评估控制任务评估控制任务随着随着PLC功能的不断完善，几乎可以用功能的不断完善，几乎可以用PLC完成所有的工业控制任务。但完成所有的工业控制任务。但是，是否选择是，是否选择PLC控制？选择单台控制？选择单台PLC控制还是多台控制还是多台PLC的分散控制或分级控的分散控制或分级控制？还应根据该系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行制？还应根据该系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几方面给以考虑。详细分析，特别是从以
5、下几方面给以考虑。1)控制规模控制规模一个控制系统的控制规模可用该系统的一个控制系统的控制规模可用该系统的I/O设备总数来衡量。当控制规模设备总数来衡量。当控制规模较大时，特别是开关量控制的较大时，特别是开关量控制的I/O设备较多且联锁控制较多时，最适合采用设备较多且联锁控制较多时，最适合采用PLC控制。控制。2)工艺复杂程度工艺复杂程度当工艺要求较复杂时，采用传统的继电器系统进行控制不但会提高造价当工艺要求较复杂时，采用传统的继电器系统进行控制不但会提高造价和成本，而且使用也不方便。因此，采用和成本，而且使用也不方便。因此，采用PLC控制将有更大的优越性。特别是控制将有更大的优越性。特别是如
6、果工艺要求经常变动或控制系统有扩充功能的要求时，则只能采用如果工艺要求经常变动或控制系统有扩充功能的要求时，则只能采用PLC控制。控制。3)可靠性要求可靠性要求虽然有些系统不太复杂，但对可靠性、抗干扰能力要求较高时，也需虽然有些系统不太复杂，但对可靠性、抗干扰能力要求较高时，也需10.1 PLC10.1 PLC应用系统设计的内容和步骤应用系统设计的内容和步骤1.7第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.7采采用用PLC控控制制。在在20世世纪纪70年年代代，一一般般认认为为I/O点点总总数数在在70点点左左右右时时，可可考考虑虑PLC控控制制。到到了了20世世纪纪
7、80年年代代，一一般般认认为为I/O点点总总数数在在40点点左左右右就就可可以以采采用用PLC控控制制，目目前前，由由于于PLC性性能能价价格格比比的的进进一一步步提提高高，当当I/O点点总总数数在在20点点甚甚至更少时，就趋向于选择至更少时，就趋向于选择PLC控制了。控制了。4)数据处理速度数据处理速度当数据的统计、计算及规模较大，需很大的存储器容量，且要求很高的运算速当数据的统计、计算及规模较大，需很大的存储器容量，且要求很高的运算速度时，可考虑带有上位计算机的度时，可考虑带有上位计算机的PLC分级控制；如果数据处理程度较低，而主分级控制；如果数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，
8、采用要以工业过程控制为主时，采用PLC控制将非常适宜。控制将非常适宜。2.系统设计的原则系统设计的原则关于计算机控制系统的设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计关于计算机控制系统的设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为原则可以归纳为4点。点。(1)完整性原则。最大限度地满足工业生产过程或机械设备的控制要求。完整性原则。最大限度地满足工业生产过程或机械设备的控制要求。(2)可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。(3)经济性原则。力求控制系统简单、实用、合理。经济性原则。力求控制系统简单、实用、合理。(4)发展性原则。适当考虑生产
9、发展和工艺改进的需要，在发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信接口、通信能力等方面要留有余地。能力等方面要留有余地。很明显，这很明显，这4条最基本的设计原则也适用于其他类型的计算机控制系统设条最基本的设计原则也适用于其他类型的计算机控制系统设计。计。10.1 PLC10.1 PLC应用系统设计的内容和步骤应用系统设计的内容和步骤1.8第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.810.1.2系统设计和调试的主要步骤系统设计和调试的主要步骤1.系统设计的主要步骤系统设计的主要步骤系统设计包括硬件设计和软件设计。所谓硬件设计，是指系统设计包括硬件
10、设计和软件设计。所谓硬件设计，是指PLC外部设备外部设备的设计，而软件设计即的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计。整个系统的设计分以下应用程序的设计。整个系统的设计分以下10步进行。步进行。(1)深入了解被控系统是设计控制系统的基础。设计人员必须深入现场，深入了解被控系统是设计控制系统的基础。设计人员必须深入现场，认真调查研究，收集资料，并与相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互认真调查研究，收集资料，并与相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合，共同解决设计过程中出现的问题。这一阶段必须对被控对象所有功能作配合，共同解决设计过程中出现的问题。这一阶段必须对被控对象所有功能作全面细致
11、的了解，如对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保全面细致的了解，如对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护；电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关系；护；电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关系；PLC与其他智能与其他智能设备间的关系，设备间的关系，PLC之间是否联网通信，突发性电源掉电之间是否联网通信，突发性电源掉电(停电停电)及紧急事故处及紧急事故处理；系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。理；系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。在这一阶段应明确哪些信号需送给在这一阶段应明确哪些信号需送给PLC，PLC的输出需要
12、驱动的负载性质的输出需要驱动的负载性质(模拟量或数字量，交流或直流，电压、电流等级等模拟量或数字量，交流或直流，电压、电流等级等)。(2)系统系统I/O设备以及控制台和控制柜的选择和设计。输入设备的选择包设备以及控制台和控制柜的选择和设计。输入设备的选择包括控制按钮、转换开关、位置开关及计量保护的开关输入信号等；输出设备的括控制按钮、转换开关、位置开关及计量保护的开关输入信号等；输出设备的选择包括继电器、接触器、电磁阀、信号灯等的选择。选择包括继电器、接触器、电磁阀、信号灯等的选择。10.1 PLC10.1 PLC应用系统设计的内容和步骤应用系统设计的内容和步骤1.9第第1010章章 可编程控
13、制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.9(3)选择选择PLC。根据被控对象对。根据被控对象对PLC控制系统技术指标的要求，确定控制系统技术指标的要求，确定I/O信信号的点数及类型，据此确定号的点数及类型，据此确定PLC的类型和配置。对整体式的类型和配置。对整体式PLC，应选定基本单，应选定基本单元和各扩展单元的型号；对模块式元和各扩展单元的型号；对模块式PLC，应确定底板的型号，选择所需模块的，应确定底板的型号，选择所需模块的型号及数量，编程设备及外围设备的型号。型号及数量，编程设备及外围设备的型号。(4)分配分配PLC的的I/O端口端口(I/O通道通道)分配。在进行分配。在进行I/O通
14、道分配时应给出通道分配时应给出I/O通道分配表，表中应包含通道分配表，表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能，且应尽量将相同编号、设备代号、名称及功能，且应尽量将相同类型的信号、相同电压等级的信号排在一起，以便于施工。类型的信号、相同电压等级的信号排在一起，以便于施工。(5)绘制外部接线图。绘制外部接线图。(6)计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。对于较大的控制系统，计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。对于较大的控制系统，为便于软件设计。可根据工艺流程，将所需的计数器、定时器及内部辅助继电为便于软件设计。可根据工艺流程，将所需的计数器、定时器及内部辅助继电器的地址进行相应的分配
15、。器的地址进行相应的分配。(7)编写应用程序。对于简单的控制系统，特别是简单的开关量控制，可编写应用程序。对于简单的控制系统，特别是简单的开关量控制，可采用经验设计方法绘制梯形图。对于较复杂的控制系统，需要根据总体要求和采用经验设计方法绘制梯形图。对于较复杂的控制系统，需要根据总体要求和系统的具体情况确定应用程序的基本结构，绘制系统的控制流程图或功能表图，系统的具体情况确定应用程序的基本结构，绘制系统的控制流程图或功能表图，用于清楚表明动作的顺序和条件，然后设计出相应的梯形图。系统控制流程图用于清楚表明动作的顺序和条件，然后设计出相应的梯形图。系统控制流程图或功能表图要尽可能详细、准确，以方便
16、编程。或功能表图要尽可能详细、准确，以方便编程。(8)编辑调试修改程序。编辑调试修改程序。10.1 PLC10.1 PLC应用系统设计的内容和步骤应用系统设计的内容和步骤1.10第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.10(9)编写技术文件。当联机调试通过，并经过一段试运行确认可正常工作编写技术文件。当联机调试通过，并经过一段试运行确认可正常工作后，就可根据整个设计过程整理出完整的技术资料提供给用户，以利于系统的后，就可根据整个设计过程整理出完整的技术资料提供给用户，以利于系统的维护和改进。维护和改进。10)交付使用。在实际的系统设计时，程序设计可以与现场施工同步
17、进行，交付使用。在实际的系统设计时，程序设计可以与现场施工同步进行，即在硬件设计完成以后，同时进行程序设计和现场施工、以缩短施工周期。即在硬件设计完成以后，同时进行程序设计和现场施工、以缩短施工周期。2.系统调试的主要步骤系统调试的主要步骤系统调试分为两个阶段，第一阶段为模拟调试，第二阶段为联机调试。系统调试分为两个阶段，第一阶段为模拟调试，第二阶段为联机调试。(1)模拟调试程序。先检查设计好的程序并纠正语法和拼写上的错误，然模拟调试程序。先检查设计好的程序并纠正语法和拼写上的错误，然后下载到后下载到PLC。在模拟调试时，实际的输入元件和输出负载一般都不接，通常。在模拟调试时，实际的输入元件和
18、输出负载一般都不接，通常用输入开关来模拟输入，而输出可以通过输出端发光二极管来判断。用输入开关来模拟输入，而输出可以通过输出端发光二极管来判断。模拟调试要检验程序是否符合预定要求，所以必须考虑各种可能的情况。要对模拟调试要检验程序是否符合预定要求，所以必须考虑各种可能的情况。要对控制系统的流程图或功能表图的所有分支以及各种可能的流程进行测试，发现控制系统的流程图或功能表图的所有分支以及各种可能的流程进行测试，发现问题及时修正控制程序，直至完全符合控制要求。问题及时修正控制程序，直至完全符合控制要求。(2)联机调试。当控制台联机调试。当控制台(柜柜)及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就及现场施
19、工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行联机调试，如不满足要求，须重新检查程序或接线，及时更正软硬件可以进行联机调试，如不满足要求，须重新检查程序或接线，及时更正软硬件方面的问题。方面的问题。系统调试完成以后，为防止程序遭到破坏和丢失，要注意程序的保存和固系统调试完成以后，为防止程序遭到破坏和丢失，要注意程序的保存和固化。化。10.1 PLC10.1 PLC应用系统设计的内容和步骤应用系统设计的内容和步骤1.11第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.1110.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计10.2.1PLC选型选型选择能满足控制要求
20、的适当型号的选择能满足控制要求的适当型号的PLC是应用设计中至关重要的一步。目是应用设计中至关重要的一步。目前，国内外前，国内外PLC生产厂家生产的生产厂家生产的PLC品种已达数百个，其性能各有特点。所以，品种已达数百个，其性能各有特点。所以，在设计时，首先要尽可能考虑采用与本单位正在使用的在设计时，首先要尽可能考虑采用与本单位正在使用的PLC同系列，以便于学同系列，以便于学习和掌握；其次是备件的通用性，可减少编程器的投资。由于习和掌握；其次是备件的通用性，可减少编程器的投资。由于PLC品种繁多，品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、价格等各有不同，适用场合也各有侧重，其结构形式、性能、
21、容量、指令系统、价格等各有不同，适用场合也各有侧重，因此合理选择因此合理选择PLC，对于提高，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要作用。控制系统的技术经济指标有着重要作用。PLC的选择包括机型、容量、的选择包括机型、容量、I/O模块、外围设备的选择等多个方面。模块、外围设备的选择等多个方面。1.PLC规模选择规模选择根据系统的控制要求，详细列出根据系统的控制要求，详细列出PLC所有输入量和输出量的情况，包括如所有输入量和输出量的情况，包括如下内容。下内容。(1)有哪些开关量输入信号？电压分别是多少？尽量选择有哪些开关量输入信号？电压分别是多少？尽量选择24VDC或或220VAC。(2)
22、有哪些开关量输出信号？要求驱动功率为多少？一般的有哪些开关量输出信号？要求驱动功率为多少？一般的PLC输出驱动能输出驱动能力为直流负载约力为直流负载约2A，交流负载约，交流负载约220V。如果容量不够，可以考虑输出功率扩展，。如果容量不够，可以考虑输出功率扩展，如在输出端接功率放大器、继电器等。如在输出端接功率放大器、继电器等。1.12第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.12(3)有哪些模拟量有哪些模拟量I/O信号？具体参数如何？信号？具体参数如何？PLC的模拟量处理能力一般为的模拟量处理能力一般为1V5V、0V10V或或4mA20mA。在确定了在确定了PLC
23、的控制规模后，一般还要考虑一定的余量，以适应工艺流程的控制规模后，一般还要考虑一定的余量，以适应工艺流程的变动及系统功能的扩充，一般可按的变动及系统功能的扩充，一般可按10%的余量来考虑。另外，要考虑的余量来考虑。另外，要考虑PLC的的结构，如果规模较大，以选用模块式的结构，如果规模较大，以选用模块式的PLC为好。如果被控对象以开关量控制为好。如果被控对象以开关量控制为主，另需少量模拟量控制，就可选用带有为主，另需少量模拟量控制，就可选用带有A/D、D/A转换、数据传送及简单运转换、数据传送及简单运算功能的小型算功能的小型PLC，或者再选用模拟量控制模块。对于控制复杂，要求更高的，或者再选用模
24、拟量控制模块。对于控制复杂，要求更高的被控系统，如含有较多的被控系统，如含有较多的I/O点，对模拟量控制要求也较高，要求实际点，对模拟量控制要求也较高，要求实际PID运算，运算，闭环控制等功能，可选用中高档的闭环控制等功能，可选用中高档的PLC。从物理结构来讲，从物理结构来讲，PLC可分为整体式和模块式，对于工作过程比较固定，可分为整体式和模块式，对于工作过程比较固定，环境条件较好环境条件较好(维修量较小维修量较小)的场合，可选用整体结构的场合，可选用整体结构PLC，这样可以降低成本。，这样可以降低成本。其他情况下可选用模块式其他情况下可选用模块式PLC，便于灵活地扩展，便于灵活地扩展I/O点
25、数，有更多特殊点数，有更多特殊I/O模块模块可供选择，维修更换模块，判断故障范围也很方便，缺点是价格稍高。可供选择，维修更换模块，判断故障范围也很方便，缺点是价格稍高。2.对时间和其他特殊功能的要求对时间和其他特殊功能的要求对于开关量的控制系统，无须考虑对于开关量的控制系统，无须考虑PLC的响应时间。因为现代的小型的响应时间。因为现代的小型PLC一般都能满足要求。对于模拟量控制系统，特别是闭环控制系统，就需要一般都能满足要求。对于模拟量控制系统，特别是闭环控制系统，就需要考虑考虑PLC的响应时间。由于的响应时间。由于PLC采用扫描的工作方式，在最不利的情况下会采用扫描的工作方式，在最不利的情况
26、下会10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.13第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.13引起引起23个扫描时间周期的延迟。为减小个扫描时间周期的延迟。为减小I/O的响应延迟时间，可以采用高速的响应延迟时间，可以采用高速PLC，或者采用高速响应模块，其响应的时间不受，或者采用高速响应模块，其响应的时间不受PLC扫描周期的影响，而只扫描周期的影响，而只取决于硬件的延时。取决于硬件的延时。3.PLC的特殊功能要求的特殊功能要求控制对象不同会对控制对象不同会对PLC提出不同的控制要求。如用提出不同的控制要求。如用PLC替代继电器完成设替
27、代继电器完成设备或生产过程控制的上限报警控制、时序控制等，只需备或生产过程控制的上限报警控制、时序控制等，只需PLC的基本逻辑功能即的基本逻辑功能即可。对于需要模拟量控制的系统，则应选择配有模拟量可。对于需要模拟量控制的系统，则应选择配有模拟量I/O模块的模块的PLC，PLC内部还应具有数字运算功能。对于需要进行数据处理以及信息管理的系统，内部还应具有数字运算功能。对于需要进行数据处理以及信息管理的系统，PLC则应具有图表传送、数据库生成等功能。对于需要高速脉冲计数的系统，则应具有图表传送、数据库生成等功能。对于需要高速脉冲计数的系统，PLC还应具有高数计数功能，且应了解系统所需的最高计数频率
28、。有些系统需还应具有高数计数功能，且应了解系统所需的最高计数频率。有些系统需要进行远程控制，就应先配具有远程要进行远程控制，就应先配具有远程I/O控制的控制的PLC。还有一些特殊功能，如。还有一些特殊功能，如温度控制、位置控制、温度控制、位置控制、PID控制等。如果选择合适的控制等。如果选择合适的PLC及相应的智能控制模及相应的智能控制模块，将使系统设计变得非常简单。块，将使系统设计变得非常简单。4.用户程序存储器所需容量的估算用户程序存储器所需容量的估算用户程序存储器的容量以地址用户程序存储器的容量以地址(或步或步)为单位，每个地址可以存储一条指为单位，每个地址可以存储一条指令。用户所需程序
29、存储器的容量在程序编好后可以准确地计算出来，但在设计令。用户所需程序存储器的容量在程序编好后可以准确地计算出来，但在设计刚刚开始时往往办不到，通常需要进行估算。一般粗略的方法如下。刚刚开始时往往办不到，通常需要进行估算。一般粗略的方法如下。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.14第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.14(I/O总数总数)(1020)指令步数指令步数如果系统中含有模拟量可以按每个模拟量通道相当于如果系统中含有模拟量可以按每个模拟量通道相当于16个个I/O点来考虑比点来考虑比较复杂的系统，应适当增加存储器的容量，
30、以免造成麻烦。较复杂的系统，应适当增加存储器的容量，以免造成麻烦。5.PLC联网通信的考虑联网通信的考虑在需要通信的场合中，应选用具有通信联网功能的在需要通信的场合中，应选用具有通信联网功能的PLC。一般。一般PLC都带有都带有通信接口通信接口RS-232、RS-422，大中型，大中型PLC具有更强的通信功能，既可以与另一台具有更强的通信功能，既可以与另一台PLC或上位计算机相连，组成厂内自动控制网络，也可与或上位计算机相连，组成厂内自动控制网络，也可与CRT(显示器显示器)或打印或打印机相连，在线编程、监控、打印分析结果。机相连，在线编程、监控、打印分析结果。系统的控制功能需要由多个系统的控
31、制功能需要由多个PLC完成的时候，组网能力和网络通信功能也完成的时候，组网能力和网络通信功能也是是CPU选型所要考虑的关键。选型所要考虑的关键。6.对系统可靠性的考虑对系统可靠性的考虑一般来讲，一般来讲，PLC控制系统的可靠性是很高的，能够满足生产要求。对可靠控制系统的可靠性是很高的，能够满足生产要求。对可靠性要求极高的系统，则需要考虑冗余控制系统或热备份系统。性要求极高的系统，则需要考虑冗余控制系统或热备份系统。7.PLC机型统一的考虑机型统一的考虑一个企业内部应尽可能地做到机型统一，或者尽可能地采用同一生产厂家一个企业内部应尽可能地做到机型统一，或者尽可能地采用同一生产厂家的的PLC，因为
32、同一机型便于备用件的采购和管理，模块可互为备份，可以减少，因为同一机型便于备用件的采购和管理，模块可互为备份，可以减少备件的数量。同一厂家备件的数量。同一厂家PLC功能和编程式方法统一，利于技术培训，便于用户功能和编程式方法统一，利于技术培训，便于用户程序的开发和修改，也便于联网通信。程序的开发和修改，也便于联网通信。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.15第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.1510.2.2PLC容量估算容量估算PLC容量的选择包括两个方面，一是容量的选择包括两个方面，一是I/O点数，二是应用程序存储器容量
33、点数，二是应用程序存储器容量的选择。的选择。I/O点数的选择除了要满足当前控制系统的要求以外，还要考虑到以后生点数的选择除了要满足当前控制系统的要求以外，还要考虑到以后生产工艺的可能变化及可靠性的要求，可适当预留产工艺的可能变化及可靠性的要求，可适当预留10%15%的余量。应用程的余量。应用程序存储器量的估算与许多因素有关，例如序存储器量的估算与许多因素有关，例如I/O点数、运算处理量、控制要求、点数、运算处理量、控制要求、程序结构等。一般用下列公式粗略估算。程序结构等。一般用下列公式粗略估算。(1)只有开关量控制时，只有开关量控制时，I/O点所需存储量点所需存储量I/O点数点数8(2)只有模
34、拟量输入时，只有模拟量输入时，模拟量所需存储器字数模拟量路数模拟量所需存储器字数模拟量路数120由于程序设计者水平的差异，即使对一样的系统，由不同的编程人员设由于程序设计者水平的差异，即使对一样的系统，由不同的编程人员设计的程序，其长度和执行时间也会有很大差异，因此在考虑存储器容量时应当计的程序，其长度和执行时间也会有很大差异，因此在考虑存储器容量时应当固有适当余量，初学者可多留一些，有经验者可少留一些。一般可按计算结果固有适当余量，初学者可多留一些，有经验者可少留一些。一般可按计算结果的的25%考虑。需要注意的是，一般小型用户程序存储器容量是固定的，不能随考虑。需要注意的是，一般小型用户程序
35、存储器容量是固定的，不能随意扩充和调整。意扩充和调整。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.16第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.16存储器容量与系统规模、控制要求、实现方法及编程水平等许多因素有关，存储器容量与系统规模、控制要求、实现方法及编程水平等许多因素有关，其中其中I/O点数在很大程度上可以反映点数在很大程度上可以反映PLC系统对存储器的要求。因此在工程实践系统对存储器的要求。因此在工程实践中，存储器容量一般是通过中，存储器容量一般是通过I/O点数并根据统计经验粗略估算的。点数并根据统计经验粗略估算的。开关量输入开关
36、量输入总字节数总点数总字节数总点数10。开关量输出开关量输出总字节数总点数总字节数总点数8。模拟量模拟量I/O总字节数通道数总字节数通道数100。定时器定时器/计数器计数器总字节数定时器总字节数定时器/计数器个数计数器个数2。通信接口通信接口总字节数接口数量总字节数接口数量300。以上计算的结果只具有参考价值，在明确存储器容量时，还应对其进行修以上计算的结果只具有参考价值，在明确存储器容量时，还应对其进行修正。特别是对初学者来说，应该在估算值的基础上充分考虑余量。正。特别是对初学者来说，应该在估算值的基础上充分考虑余量。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.1
37、7第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.1710.2.3I/O模块的选择模块的选择I/O模块的价格占模块的价格占PLC价格的一半以上，不同的价格的一半以上，不同的I/O模块，其结构与性能也模块，其结构与性能也不一样，它直接影响到不一样，它直接影响到PLC的应用范围和价格。的应用范围和价格。1.开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择根据根据PLC输入量和输出量的点数和性质可以确定输入量和输出量的点数和性质可以确定I/O模块的型号和数量，模块的型号和数量，每一模块的点数可分为每一模块的点数可分为4、8、16、32点和点和64点。按结构可分为共点式、分组式、点。按结
38、构可分为共点式、分组式、隔离式。按电压形式范围可分为直流隔离式。按电压形式范围可分为直流5V、12V、24V、48V、60V和交流和交流110V、220V。高密度模块如高密度模块如32点、点、64点模块，平均每点的价格较低，但受工作电压、工点模块，平均每点的价格较低，但受工作电压、工作电流和环境温度的限制，应注意同时接通的点数不能超过该模块总点数的作电流和环境温度的限制，应注意同时接通的点数不能超过该模块总点数的60%。隔离式模块平均每点的价格较高，若输入信号之间不需要隔离，可选共点隔离式模块平均每点的价格较高，若输入信号之间不需要隔离，可选共点式或分组式。式或分组式。输入模块的工作电压尽量与
39、现场输入设备输入模块的工作电压尽量与现场输入设备(有源设备有源设备)一致，可省去转换环一致，可省去转换环节。对无源输入信号，则需根据现场与节。对无源输入信号，则需根据现场与PLC的距离远近来选择电压的高低。一的距离远近来选择电压的高低。一般直流电压如般直流电压如5V、12V、24V属于低电压，传输距离不宜太长。距离较远或环境属于低电压，传输距离不宜太长。距离较远或环境干扰较强时，应选用高电压模块。在有粉尘、油雾等恶劣环境下，应选用交流电干扰较强时，应选用高电压模块。在有粉尘、油雾等恶劣环境下，应选用交流电模块。模块。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.18第
40、第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.182.开关量输出模块的选择开关量输出模块的选择开关量输出模块按点数分为开关量输出模块按点数分为16、32、64点。按电路结构可分为共点式、点。按电路结构可分为共点式、分组式、隔离式。它们的选择与输入模块有类似的原则。分组式、隔离式。它们的选择与输入模块有类似的原则。按输出方式可分为继电器输出、双向可控硅输出、晶体管输出模块。继电按输出方式可分为继电器输出、双向可控硅输出、晶体管输出模块。继电器输出模块适用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过载能力强，且有隔离作器输出模块适用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过载能力强，且有隔离作
41、用。但动作速度慢，寿命用。但动作速度慢，寿命(动作次数动作次数)有一定限制，驱动感性负载时最大通断频有一定限制，驱动感性负载时最大通断频率不得超过率不得超过1ns，适用于不频繁动作的交直流负载。晶体管和双向可控硅模块，适用于不频繁动作的交直流负载。晶体管和双向可控硅模块分别适用于直流和交流负载，它们可靠性高，反应速度快，寿命长，但过载能分别适用于直流和交流负载，它们可靠性高，反应速度快，寿命长，但过载能力稍差。力稍差。在选用共点式或分组式输出模块时，不仅要考虑每点所允许的输出电流，在选用共点式或分组式输出模块时，不仅要考虑每点所允许的输出电流，还要考虑组或公共端所允许的最大电流，避免同时动作时
42、电流超出范围而损坏还要考虑组或公共端所允许的最大电流，避免同时动作时电流超出范围而损坏输出模块。输出模块。3.模拟量模拟量I/O模块的选择模块的选择连续变换的温度、压力、位移等非电量最终都要采用相应传感器转化成电连续变换的温度、压力、位移等非电量最终都要采用相应传感器转化成电压或电流信号，然后送入输入模块。输入模块有压或电流信号，然后送入输入模块。输入模块有2、4或或8个通道，根据所需进个通道，根据所需进行选取。按输入信号的形式来分有电压型和电流型。一般来讲，电流型的行选取。按输入信号的形式来分有电压型和电流型。一般来讲，电流型的10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件
43、设计1.19第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.19抗干扰能力强，但要根据输入设备来确定。另外，输入模块信号还有不同的范抗干扰能力强，但要根据输入设备来确定。另外，输入模块信号还有不同的范围，在选择时应加以注意。一般的模块都具有围，在选择时应加以注意。一般的模块都具有l2比特以上的分辨率，能够满足比特以上的分辨率，能够满足普通生产的精度要求。选择输入模块时还要考虑被控系统的实时性。有的模块普通生产的精度要求。选择输入模块时还要考虑被控系统的实时性。有的模块转换速度快，有的较慢，因考虑到滤波效果，输入模块大多用积分式转换，速转换速度快，有的较慢，因考虑到滤波效果
44、，输入模块大多用积分式转换，速度稍慢，在要求实时性较强的场合，可选用专用的高速模块。输出模块的选择度稍慢，在要求实时性较强的场合，可选用专用的高速模块。输出模块的选择方法与输入模块的选择方法大致相同。方法与输入模块的选择方法大致相同。4.编程器和外围设备的选择编程器和外围设备的选择对于小型机，一般选用手持型简易编程器，特点是价格低，移动方便，但对于小型机，一般选用手持型简易编程器，特点是价格低，移动方便，但功能有限。对于大、中型机，一般采用图形编程器。现在个人计算机已比较普功能有限。对于大、中型机，一般采用图形编程器。现在个人计算机已比较普及，有些及，有些PLC支持个人计算机编程。支持个人计算
45、机编程。为防止由于掉电、干扰而破坏应用程序，存储器一般选用为防止由于掉电、干扰而破坏应用程序，存储器一般选用EPROM、EEPROM或或Flash存储器。存储器。5.I/O设备与设备与PLC连接时应注意的问题连接时应注意的问题在在PLC控制系统中，控制系统中，PLC是主要控制设备，它与控制对象中各种输入信号是主要控制设备，它与控制对象中各种输入信号(如按钮、继电器触点、限位开关及其他检测信号等如按钮、继电器触点、限位开关及其他检测信号等)和输出设备和输出设备(继电器、接继电器、接触器、电磁阀等执行元件触器、电磁阀等执行元件)相连，需设计连接电路。此外还要考虑设计各种相连，需设计连接电路。此外还
46、要考虑设计各种10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.20第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.20运行方式的电路运行方式的电路(自动、半自动、手动、紧急停止电路等自动、半自动、手动、紧急停止电路等)、电气主电路以及一、电气主电路以及一些未纳入些未纳入PLC范围的电器控制电路等。总之，形成一个完整的控制系统所需的范围的电器控制电路等。总之，形成一个完整的控制系统所需的PLC以外的电路均需要设计。这里要着重介绍的只是与以外的电路均需要设计。这里要着重介绍的只是与PLC连接的有关问题。连接的有关问题。1)PLC的外部输入电路的外部输入
47、电路现场的输入信号如按钮开关、拨动开关、选择开关、限位开关、行程开现场的输入信号如按钮开关、拨动开关、选择开关、限位开关、行程开关和其他一些检测元件输出的开关量或模拟量，通过连接电路进入关和其他一些检测元件输出的开关量或模拟量，通过连接电路进入PLC。对。对于开关触点，当为强电电路的触点时，有些要求于开关触点，当为强电电路的触点时，有些要求48V、50mA左右或左右或110V、1520mA左右才能可靠接通，而输入模块的输入电源电压一般不高，额定电左右才能可靠接通，而输入模块的输入电源电压一般不高，额定电流也是毫安流也是毫安(mA)级，要注意模拟量输入信号的数值范围应与级，要注意模拟量输入信号的
48、数值范围应与PLC的模入口数的模入口数值相匹配，否则应加变送器或加其他电路解决。值相匹配，否则应加变送器或加其他电路解决。2)PLC的外部输出电路的外部输出电路PLC的各输出点与现场各执行元件相连。的各输出点与现场各执行元件相连。PLC的这些执行元件有电感性的这些执行元件有电感性负载、电阻性负载、电灯负载；有开关量和模拟量；负载电源有交流也有直负载、电阻性负载、电灯负载；有开关量和模拟量；负载电源有交流也有直流。在进行输出电路设计时，以下几点是需要注意的。流。在进行输出电路设计时，以下几点是需要注意的。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.21第第1010章章
49、 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.21(1)建议在建议在PLC外部输出电路的电源供电线路上装设电源接触器，用按钮外部输出电路的电源供电线路上装设电源接触器，用按钮控制其接通控制其接通/断开，当外部负载需要紧急断开时，只需按下按钮就可将电源断断开，当外部负载需要紧急断开时，只需按下按钮就可将电源断开，而与开，而与PLC无关。另外，电源在停电后恢复，无关。另外，电源在停电后恢复，PLC也不会马上启动，只有在也不会马上启动，只有在按下启动按钮后才会启动。按下启动按钮后才会启动。(2)线路中加入熔断器线路中加入熔断器(速熔速熔)作短路保护。当输出端的负载短路时，作短路保护。当输出端
50、的负载短路时，PLC的输出元件和印刷电路板将被烧坏，因此应在输出回路中加装熔断器。可以一的输出元件和印刷电路板将被烧坏，因此应在输出回路中加装熔断器。可以一个线圈回路接一个熔断器，也可一组线圈回路接一个公共熔断器。熔丝电流应个线圈回路接一个熔断器，也可一组线圈回路接一个公共熔断器。熔丝电流应适当大于负载电流。适当大于负载电流。(3)当输出端接的是感性元件时，应注意加装保护。当为直流输出时，感当输出端接的是感性元件时，应注意加装保护。当为直流输出时，感性元件两端应并接续流二极管；当为交流输出时，感性元件两端应并接阻容吸性元件两端应并接续流二极管；当为交流输出时，感性元件两端应并接阻容吸收电路。这
51、样做是用于抑制由于输出触点断开时电感线圈感应出的很高的尖峰收电路。这样做是用于抑制由于输出触点断开时电感线圈感应出的很高的尖峰电压对输出触点的危害及对电压对输出触点的危害及对PLC的干扰。的干扰。续流二极管可选额定电流为续流二极管可选额定电流为1A左右的二极管，其额定电压应为负载电压左右的二极管，其额定电压应为负载电压3倍以上。阻容吸收电路可选倍以上。阻容吸收电路可选0.5W、100120的电阻和的电阻和0.1pF的电容。的电容。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.22第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.22白炽灯在室温和工
52、作时的电阻值相差极大，通电瞬间产生很大的冲击电白炽灯在室温和工作时的电阻值相差极大，通电瞬间产生很大的冲击电流，所以额定电流流，所以额定电流2A继电器输出电路最多允许带继电器输出电路最多允许带100W、220V/AC的灯泡负的灯泡负载。载。双向可控硅输出电路的负载电流小于双向可控硅输出电路的负载电流小于10mA时，可能出现可控硅工作不正常的时，可能出现可控硅工作不正常的现象，这时应在负载两端并联一只电阻。现象，这时应在负载两端并联一只电阻。(4)对于一些危险性大的电路，除了在软件上采取联锁措施外，在对于一些危险性大的电路，除了在软件上采取联锁措施外，在PLC外外部硬件电路上也应采取相应的措施。
53、如异步电动机正、反转接触器的常闭触部硬件电路上也应采取相应的措施。如异步电动机正、反转接触器的常闭触点应在点应在PLC外部再组成互锁电路，以确保安全。过载保护用的热继电器也可外部再组成互锁电路，以确保安全。过载保护用的热继电器也可接在接在PLC的外部电路中。的外部电路中。(5)PLC的模拟量输出用于控制变速电动机的调节装置、阀门开度的大小的模拟量输出用于控制变速电动机的调节装置、阀门开度的大小(有的要先通过电有的要先通过电气转换装置，再去控制气动调节阀气转换装置，再去控制气动调节阀)等。模拟量输出有电等。模拟量输出有电流输出如流输出如420mA，DC；也有电压输出如；也有电压输出如010V，D
54、C等。用户设计时可自等。用户设计时可自行选择。行选择。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.23第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.2310.2.4分配分配I/O点点在分配在分配PLC的的I/O点之前，首先要将系统中的各种输入和输出点进行分类，点之前，首先要将系统中的各种输入和输出点进行分类，如了解开关量输入总点数有多少？开关量输出总点数有多少？模拟量输入通道如了解开关量输入总点数有多少？开关量输出总点数有多少？模拟量输入通道和输出通道总数有多少？特殊功能总数及类型有多少？系统中各和输出通道总数有多少？特殊功能总数及类型有多少
55、？系统中各PLC的分布与的分布与距离有多远？以及对通信能力的要求及通信距离的要求等，同时还要考虑各距离有多远？以及对通信能力的要求及通信距离的要求等，同时还要考虑各I/O点之间的联系。把以上各点考虑清楚后，即可根据分类统计的参数和功能要点之间的联系。把以上各点考虑清楚后，即可根据分类统计的参数和功能要求具体确定求具体确定PLC的硬件配置。的硬件配置。对于箱体式结构的对于箱体式结构的PLC，可以确定基本单元和扩展单元的型号。对于模块，可以确定基本单元和扩展单元的型号。对于模块式结构的式结构的PLC，可以确定基本框架、扩展框架、各种模块的型号、数量和在框，可以确定基本框架、扩展框架、各种模块的型号
56、、数量和在框架上插装的位置。还要对各模块所消耗电流及所供给电源的容量进行核算架上插装的位置。还要对各模块所消耗电流及所供给电源的容量进行核算(具具体方法可参看有关用户手册体方法可参看有关用户手册)。对开关量输入点应注意选择电压等级对开关量输入点应注意选择电压等级(检测点远的电压宜选高些检测点远的电压宜选高些)、输入点、输入点密度密度(高密度模板有高密度模板有32点、点、64点，集中在一处的输入信号尽可能集中在一块或点，集中在一处的输入信号尽可能集中在一块或几块模板上，但同时接通点数不宜超过总点数几块模板上，但同时接通点数不宜超过总点数70%)、输入形式、输入形式(源输入、汇点源输入、汇点输入、
57、逻辑输入等输入、逻辑输入等)、通、通/断时间、外部端子连接方式等。断时间、外部端子连接方式等。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.24第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.24对开关量输出点应注意选择输出形式对开关量输出点应注意选择输出形式(一般可选继电器式，开关频繁宜选晶一般可选继电器式，开关频繁宜选晶体管或可控硅式体管或可控硅式)、驱动负载能力、驱动负载能力(注意启动冲击电流注意启动冲击电流)、输出点密度、通、输出点密度、通/断时断时间、外部端子连接方式等。间、外部端子连接方式等。确定硬件配置时对确定硬件配置时对I/O点数
58、一般应留有备用点，留作故障点改用、发展和调点数一般应留有备用点，留作故障点改用、发展和调试时使用。试时使用。表表10-1是按照对象进行是按照对象进行I/O点地址分配表，表点地址分配表，表10-2则是按照元器件的种类进则是按照元器件的种类进行行I/O点地址分配表。点地址分配表。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.25第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.25表表10-1按照对象进行按照对象进行I/O点地址分配表点地址分配表输输入入输输出出I0.0启动按钮启动按钮Q0.0电磁阀电磁阀1I0.1停止按钮停止按钮Q0.1电磁阀电磁阀2
59、I0.2曝气罐低液位曝气罐低液位Q0.2电磁阀电磁阀3I0.3曝气罐高液位曝气罐高液位Q0.3供水泵供水泵I0.4纯水箱低液位纯水箱低液位Q0.4曝气罐报警曝气罐报警I0.5纯水箱高液位纯水箱高液位Q0.5纯水箱报警纯水箱报警I0.6报警复位按钮报警复位按钮10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.26第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.26表表10-2按照元器件的种类进行按照元器件的种类进行I/O点地址分配表点地址分配表名名称称地地 址址名名称称地地 址址输输入入磁栅输入磁栅输入1I0.0输输出出上行上行Q0.0磁栅输入磁栅输入
60、2I0.1下行下行Q0.1上限位上限位I0.2插销下插销下Q0.2下限位下限位I0.3插销起插销起Q0.3左限位左限位I0.4操作台左旋转操作台左旋转Q0.5右限位右限位I0.5操作台右旋转操作台右旋转Q0.6前限位前限位I0.6操作台上升操作台上升Q0.7后限位后限位I1.0操作台下降操作台下降Q1.0过载反馈过载反馈I1.1阀门阀门Q2.1操作台上翻操作台上翻I1.2左行左行Q2.210.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.27第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.27名名称称地地 址址名名称称地地 址址操作台下翻操作台下翻I1
61、.3右行右行Q2.3上翻限位上翻限位I1.4前进前进Q2.4下翻限位下翻限位I2.1后退后退Q2.5操作台位限操作台位限I2.2前进减速前进减速Q2.6油泵开油泵开I2.3后退减速后退减速Q3.1油泵停油泵停I2.4主机主机Q3.2油泵过流油泵过流I2.5红外线红外线Q3.3油泵油泵Q3.4输入输入输出输出10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.28第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.2810.2.5安全回路设计安全回路设计安全回路起保护人身安全和设备安全的作用，安全回路应能独立于安全回路起保护人身安全和设备安全的作用，安全回路
62、应能独立于PLC工工作，并采用非半导体的机电元件以硬接线方式构成。作，并采用非半导体的机电元件以硬接线方式构成。1.安全回路设计的原则安全回路设计的原则设计对人身安全至关重要的安全回路，在很多国家和国际组织发表的技术设计对人身安全至关重要的安全回路，在很多国家和国际组织发表的技术标准中均有明确的规定。例如美国国家电气制造商协会标准中均有明确的规定。例如美国国家电气制造商协会(NEMA)的的ICS3304可可编程控制器标准中对确保操作人员人身安全的推荐意见为：应考虑使用独立于编程控制器标准中对确保操作人员人身安全的推荐意见为：应考虑使用独立于可编程控制器的紧急停机功能。在操作人员易受机器影响的地
63、方，例如在装卸可编程控制器的紧急停机功能。在操作人员易受机器影响的地方，例如在装卸机器工具时，或者机器自动转动的地方，应考虑使用一个机电式过载器或其他机器工具时，或者机器自动转动的地方，应考虑使用一个机电式过载器或其他独立于可编程控制器的冗余工具，用于启动和中止转动，确保系统安全的硬接独立于可编程控制器的冗余工具，用于启动和中止转动，确保系统安全的硬接线逻辑回路，在以下几种情况下将发挥安全保护作用。线逻辑回路，在以下几种情况下将发挥安全保护作用。(1)PLC或机电元件检测到设备发生紧急异常状态时。或机电元件检测到设备发生紧急异常状态时。(2)PLC失控时。失控时。(3)操作人员需要紧急干预时。
64、操作人员需要紧急干预时。安全回路的典型设计，是将每个执行器均连接到一特别紧急停止安全回路的典型设计，是将每个执行器均连接到一特别紧急停止(Estop)区，构成矩阵结构，该矩阵即为设计硬件安全电路的基础。区，构成矩阵结构，该矩阵即为设计硬件安全电路的基础。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.29第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.292.安全回路设计的任务安全回路设计的任务(1)确定控制回路之间逻辑和操作上的互锁关系。确定控制回路之间逻辑和操作上的互锁关系。(2)设计硬回路以提供对过程中重要设备的手动安全性干预手段。设计硬回路
65、以提供对过程中重要设备的手动安全性干预手段。(3)确定其他与安全和完善运行有关的要求。确定其他与安全和完善运行有关的要求。(4)为为PLC定义故障形式和重新启动特性。定义故障形式和重新启动特性。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.30第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.3010.2.6可靠性设计可靠性设计PLC的可靠性设计问题主要涉及到以下几方面。的可靠性设计问题主要涉及到以下几方面。1.系统供电设计系统供电设计系统供电电源设计是指可编程控制器系统供电电源设计是指可编程控制器CPU工作所需电源系统的设计。它包工作所需电源系统
66、的设计。它包括供电系统的一般性保护措施、括供电系统的一般性保护措施、PLC电源模块的选择和典型供电电源系统的设电源模块的选择和典型供电电源系统的设计、各模板工作电源及控制系统完整的供电系统设计。计、各模板工作电源及控制系统完整的供电系统设计。1)供电系统的保护措施图供电系统的保护措施图10.2隔离变压器的连接隔离变压器的连接PLC一般都使用工频电压一般都使用工频电压(220V，50Hz)。电网电压和频率的波动将直接影。电网电压和频率的波动将直接影响实时控制系统的精度和可靠性。有时电网的冲击和瞬间变化会给系统带来干响实时控制系统的精度和可靠性。有时电网的冲击和瞬间变化会给系统带来干扰甚至毁灭性的
67、破坏。为了提高系统的可靠性和抗干扰性能，在扰甚至毁灭性的破坏。为了提高系统的可靠性和抗干扰性能，在PLC供电系统供电系统中一般采取隔离变压器、交流稳压器、中一般采取隔离变压器、交流稳压器、UPS电源、晶体管开关电源等措施对其电源、晶体管开关电源等措施对其供电系统进行保护。供电系统进行保护。(1)隔离变压器。隔离变压器的初级和次级之间采用隔离屏蔽层，由漆包隔离变压器。隔离变压器的初级和次级之间采用隔离屏蔽层，由漆包线或铜等非导磁材料绕成，但要保证其在电气设备上不能短路，而后引出一个线或铜等非导磁材料绕成，但要保证其在电气设备上不能短路，而后引出一个头接地。在图头接地。在图10.2中，初、次级间的
68、静电屏蔽层与初次级间的零电位线相接，中，初、次级间的静电屏蔽层与初次级间的零电位线相接，再用电容耦合接地。采用了隔离变压器后，可以隔离掉供电电源中的各种干扰再用电容耦合接地。采用了隔离变压器后，可以隔离掉供电电源中的各种干扰信号，从而提高了系统的抗干扰能力。信号，从而提高了系统的抗干扰能力。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.31第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.31图图10.2隔离变压器的连接隔离变压器的连接10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.32第第1010章章 可编程控制器应用系统
69、设计可编程控制器应用系统设计1.32(2)交流稳压器。为了抑制供电电网电压的波动，交流稳压器。为了抑制供电电网电压的波动，PLC系统中设置有交流稳系统中设置有交流稳压器。在选择交流稳压器的容量时，应留出足够的余量，一般可按实际最大需求压器。在选择交流稳压器的容量时，应留出足够的余量，一般可按实际最大需求容量的容量的30%计算。这样，一方面可充分保证稳压特性，另一方面有助于交流稳压计算。这样，一方面可充分保证稳压特性，另一方面有助于交流稳压器的可靠工作。在实际应用中，如果器的可靠工作。在实际应用中，如果PLC本身对电源电压的波动就具有较强的适本身对电源电压的波动就具有较强的适应性，此时也可不采用
70、交流稳压器。应性，此时也可不采用交流稳压器。(3)UPS电源。在某些实时控制中，系统的突然断电会造成较严重的后果，电源。在某些实时控制中，系统的突然断电会造成较严重的后果，此时就要在供电系统中加入此时就要在供电系统中加入UPS电源供电，在电源供电，在PLC的应用软件中可设置断电处理的应用软件中可设置断电处理程序。当突然断电后，可自动切换到程序。当突然断电后，可自动切换到UPS电源供电，并按工艺要求进行一定的处电源供电，并按工艺要求进行一定的处理，使生产设备处于安全状态。在选择理，使生产设备处于安全状态。在选择UPS电源时要注意所需的功率容量。电源时要注意所需的功率容量。(4)晶体管开关电源。晶
71、体管开关电源主要是指稳压电源中的调整管以开关晶体管开关电源。晶体管开关电源主要是指稳压电源中的调整管以开关方式工作，通过调节脉冲宽度的办法来调整直流电压。这种开关电源在电网或其方式工作，通过调节脉冲宽度的办法来调整直流电压。这种开关电源在电网或其他外加电源电压变化很大时，对其输出电压并没有很大影响，从而提高了系统抗他外加电源电压变化很大时，对其输出电压并没有很大影响，从而提高了系统抗干扰的能力。干扰的能力。目前，各公司生产的目前，各公司生产的PLC中，其电源模块采用的都是晶体管开关电源，所以中，其电源模块采用的都是晶体管开关电源，所以在整个系统供电电源设计中不必再考虑加晶体管开关电源，只要注意
72、在整个系统供电电源设计中不必再考虑加晶体管开关电源，只要注意PLC电源模电源模板对外加电源的要求就行了。板对外加电源的要求就行了。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.33第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.332)电源模块的选择电源模块的选择可编程控制器可编程控制器CPU所需的工作电源一般都是所需的工作电源一般都是5V直流电源，一般的编程接口直流电源，一般的编程接口和通信模块还需要和通信模块还需要5.2V和和24V直流电源。这些电源都由可编程控制器本身的电源直流电源。这些电源都由可编程控制器本身的电源模块供给，所以在实际应用
73、中要注意电源模块的选择。在选择电源模块时可以考模块供给，所以在实际应用中要注意电源模块的选择。在选择电源模块时可以考虑以下几点。虑以下几点。(1)电源模块的输入电压。电源模块的输入电压。PLC的电源模块有的电源模块有3种输入电压，即种输入电压，即220VAC、110VAC和和24VDC，在实际应用中要根据具体情况进行选择。当系统的输入电，在实际应用中要根据具体情况进行选择。当系统的输入电压确定后，系统供电电源的输出电压也就确定了。压确定后，系统供电电源的输出电压也就确定了。(2)电源模块的输出功率。在选择电源模块时，其额定输出功率必须大于电源模块的输出功率。在选择电源模块时，其额定输出功率必须
74、大于CPU模块、所有模块、所有I/O模块及各种智能模块等总的消耗功率，并且要留有模块及各种智能模块等总的消耗功率，并且要留有30%左右左右的余量。一个电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最的余量。一个电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25V。(3)扩展单元中的电源模块。在有的系统中，由于扩展单元中含有智能模块扩展单元中的电源模块。在有的系统中，由于扩展单元中含有智能模块及一些特殊模块，就要求在扩展单元中安装相应的电源模板。这时相应的电源模及一些特殊模块，就要求在扩展单元中安装相应的电
75、源模板。这时相应的电源模块输出功率可按各自的供电范围计算。块输出功率可按各自的供电范围计算。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.34第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.34(4)电源模块接线。选定了电源模块后，还要确定电源模块的接线端子和连电源模块接线。选定了电源模块后，还要确定电源模块的接线端子和连接方式，以便正确进行系统供电的设计。一般电源模块的输入电压是通过接线端接方式，以便正确进行系统供电的设计。一般电源模块的输入电压是通过接线端子与供电电源相连的，而输出信号则通过总线插座与可编程控制器子与供电电源相连的，而输出信号
76、则通过总线插座与可编程控制器CPU的总线相的总线相连。连。3)一般系统供电电源设计一般系统供电电源设计控制部分系统的正常工作是控制部分系统的正常工作是PLC系统的关键。系统的关键。PLC控制部分的供电设计包括控制部分的供电设计包括其其CPU工作电源、各种工作电源、各种I/O接口模块和通信智能模块的工作电源。这些工作电源接口模块和通信智能模块的工作电源。这些工作电源都由都由PLC的电源模块供电，所以系统供电电源设计就是针对的电源模块供电，所以系统供电电源设计就是针对PLC电源模块而言的。电源模块而言的。图图10.3给出了由给出了由PLC组成的典型控制系统的供电设计。系统包括一台组成的典型控制系统
77、的供电设计。系统包括一台PLC(由一个主机单元和一个扩展单元组成由一个主机单元和一个扩展单元组成)。对于多机系统和包括多个扩展单元的系。对于多机系统和包括多个扩展单元的系统，其设计原理和方法是完全一样的，只是在供电容量和供电布线上有所不同。统，其设计原理和方法是完全一样的，只是在供电容量和供电布线上有所不同。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.35第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.35图图10.3典型控制系统的供电设计典型控制系统的供电设计10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.36第第10
78、10章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.36由图由图10.3可以看出，系统总电源为三相交流电网电源，通过系统电源总开可以看出，系统总电源为三相交流电网电源，通过系统电源总开关实现整个电源系统的开断控制，此开关可以是刀闸门式开关也可以是空气开关，关实现整个电源系统的开断控制，此开关可以是刀闸门式开关也可以是空气开关，可按实际需要选择。可按实际需要选择。PLC所需电源一般为交流所需电源一般为交流220V，可取自三相电源的一相。，可取自三相电源的一相。在多机系统中，如果每个在多机系统中，如果每个PLC上都单独供电，则可分别取不同的相电压，以保证上都单独供电，则可分别取不同的相电
79、压，以保证三相电源的平衡。取自相电压的交流三相电源的平衡。取自相电压的交流220V电源通过电源开关接入隔离变压器电源通过电源开关接入隔离变压器(此此处的电源开关可选择刀闸式开关或自动开关处的电源开关可选择刀闸式开关或自动开关)。经过隔离变压器后，通过交流稳。经过隔离变压器后，通过交流稳压器或压器或UPS不间断电源为系统供电不间断电源为系统供电(在电网电压较稳定的情况下也可以不采用交在电网电压较稳定的情况下也可以不采用交流稳压器或流稳压器或UPS不间断电源不间断电源)。为系统控制部分的供电则由电源模块来实现，用。为系统控制部分的供电则由电源模块来实现，用户不必再进行设计。户不必再进行设计。有些产
80、品分别包括有些产品分别包括220V交流、交流、110V交流和交流和24V直流的输入电压。日本的产直流的输入电压。日本的产品通常采用品通常采用110V交流，美国、德国及我国使用较多的是交流，美国、德国及我国使用较多的是220V交流，但也有交流，但也有24V直流的情况。如果电源模块输入为直流的情况。如果电源模块输入为24V直流，供电系统的设计就要在电源模块和直流，供电系统的设计就要在电源模块和交流稳压器或交流稳压器或UPS不间断电源之间加入直流稳压电源，且直流稳压电源容量的选不间断电源之间加入直流稳压电源，且直流稳压电源容量的选择也要考虑全部所需容量。否则易造成电源模块的损坏。择也要考虑全部所需容
81、量。否则易造成电源模块的损坏。4)I/O模块供电电源设计模块供电电源设计10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.37第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.37I/O模块供电电源设计是指系统中传感器、执行机构、各种负载与模块供电电源设计是指系统中传感器、执行机构、各种负载与I/O模块模块之间的供电电源设计。在实际应用中，普遍使用的之间的供电电源设计。在实际应用中，普遍使用的I/O模块基本都是采用模块基本都是采用24V直直流供电电源和流供电电源和220V交流供电电源。这里主要介绍这两种情况下开关量交流供电电源。这里主要介绍这两种情况下
82、开关量I/O模块的模块的供电设计。供电设计。(1)24V直流直流I/O模块的供电设计。在模块的供电设计。在PLC组成的控制系统中，广泛使用着组成的控制系统中，广泛使用着24V直流直流I/O模块。工业过程中的输入信号来自各种接近开关、按钮、编码开关、模块。工业过程中的输入信号来自各种接近开关、按钮、编码开关、继电器的触点及接触器的辅助触点等；输出信号则控制继电器线圈、接触器线继电器的触点及接触器的辅助触点等；输出信号则控制继电器线圈、接触器线圈、电磁阀线圈、伺服阀线圈、显示灯等。要使系统可靠工作，圈、电磁阀线圈、伺服阀线圈、显示灯等。要使系统可靠工作，I/O模块和现场模块和现场传感器、负载之间的
83、供电设计必须安全可靠，这是控制系统能够实现所要完成传感器、负载之间的供电设计必须安全可靠，这是控制系统能够实现所要完成的控制任务的基础。的控制任务的基础。图图10.4给出了给出了24V直流直流I/O模块的一般供电设计。图中给出了一个主机单元模块的一般供电设计。图中给出了一个主机单元和一个扩展单元的一个和一个扩展单元的一个I/O模块的情况。对于包括多个单元在内的多个模块的情况。对于包括多个单元在内的多个I/O模块的模块的情况与此相同。情况与此相同。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.38第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.38
84、图图10.424V直流直流I/O模块的供电设计模块的供电设计10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.39第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.39图中的图中的220V交流电源可来自交流稳压器输出，该电源经交流电源可来自交流稳压器输出，该电源经24V直流稳压电源直流稳压电源后为后为I/O模块供电。为防止检测开关和负载的频繁动作影响稳压电源工作，在模块供电。为防止检测开关和负载的频繁动作影响稳压电源工作，在24V直流稳压电源输出端并接一个电解电容。开关直流稳压电源输出端并接一个电解电容。开关Q1控制控制DO模块供电电源；开关模块供电电
85、源；开关Q2控制控制DI模块供电电源。模块供电电源。I/O模块供电电源设计比较简单，一般只需要注意以下几点。模块供电电源设计比较简单，一般只需要注意以下几点。I/O模块供电电源是指模块供电电源是指PLC与工业过程相连的模块和现场回路直接相连回与工业过程相连的模块和现场回路直接相连回路的工作电源。它主要依据现场传感器和执行机构路的工作电源。它主要依据现场传感器和执行机构(负载负载)实际情况而定，这部分实际情况而定，这部分工作情况并不影响可编程控制器工作情况并不影响可编程控制器CPU的工作。的工作。24V直流稳压电源的容量选择主要是根据输入模块的输入信号为直流稳压电源的容量选择主要是根据输入模块的
86、输入信号为“1”时时的输入电流和输出模块的输出信号为的输入电流和输出模块的输出信号为“1”时负载的输出电流而定。在计算时应时负载的输出电流而定。在计算时应考虑所有考虑所有I/O点同时为点同时为“1”的情况，并留有一定余量。图的情况，并留有一定余量。图10.5220V交流交流I/O模块模块的供电设计的供电设计开关开关Q1和和Q2分别控制输出模块和输入模块供电电源。在系统启动时，应分别控制输出模块和输入模块供电电源。在系统启动时，应首先启动可编程控制器的首先启动可编程控制器的CPU，然后再合上开关，然后再合上开关Q2和开关和开关Q1。当现场输入设备。当现场输入设备或执行机构发生故障时，可立即关掉开
87、关或执行机构发生故障时，可立即关掉开关Q1和开关和开关Q2。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.40第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.40(2)220V交流交流I/O模块的供电设计。对于模块的供电设计。对于实际工业过程，除了实际工业过程，除了24V直流模块外，还广泛直流模块外，还广泛使用使用220V交流交流I/O模块。在前面模块。在前面24V直流直流I/O模模块供电设计的基础上，只要去掉块供电设计的基础上，只要去掉24V直流稳压直流稳压电源，并将图电源，并将图10.4中的直流中的直流24VI/O模块换成模块换成交流交流22
88、0VI/O模块，就实现了模块，就实现了220V交流模块的交流模块的供电设计。图供电设计。图10.5给出的是在一个主机单元中，给出的是在一个主机单元中，I/O模块各一块的情况，交流模块各一块的情况，交流220V电源可直接电源可直接取自整个供电系统的交流稳压器的输出端，包取自整个供电系统的交流稳压器的输出端，包括扩展单元的多块括扩展单元的多块I/O模块设计与此完全相同。模块设计与此完全相同。要注意的是在设计交流稳压器时要增加相应的要注意的是在设计交流稳压器时要增加相应的容量。容量。图图10.5220V交流交流I/O模块的供电设计模块的供电设计10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系
89、统的硬件设计1.41第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.41(3)其他其他I/O模块的供电设计。其他模块的供电设计。其他I/O模块包括模拟量模块包括模拟量I/O模块、智能模块、智能I/O模模块和特殊模块，各自用途不同，其供电设计也不完全一样。块和特殊模块，各自用途不同，其供电设计也不完全一样。对于模拟量对于模拟量I/O模块，一般来说模块本身需要工作电源，现场传感器和执行模块，一般来说模块本身需要工作电源，现场传感器和执行机构有时也需要工作电源。此时只能根据实际情况确定供电方案。机构有时也需要工作电源。此时只能根据实际情况确定供电方案。对于智能模块和特殊模块，要
90、根据不同用途，按模块本身的技术要求来设对于智能模块和特殊模块，要根据不同用途，按模块本身的技术要求来设计它们的供电系统。计它们的供电系统。2.系统接地设计系统接地设计在实际控制系统中，接地是抑制干扰、使系统可靠工作的主要方法。在设在实际控制系统中，接地是抑制干扰、使系统可靠工作的主要方法。在设计中如能把接地和屏蔽正确结合起来使用，可以解决大部分干扰问题。计中如能把接地和屏蔽正确结合起来使用，可以解决大部分干扰问题。1)接地方法接地方法接地的一般要求如下。接地的一般要求如下。(1)接地电阻在要求范围内。对于接地电阻在要求范围内。对于PLC组成的控制系统，接地电阻组成的控制系统，接地电阻般应小般应
91、小于于4。(2)要保证足够的机械强度。要保证足够的机械强度。(3)要具有耐腐蚀的能力并做防腐处理。要具有耐腐蚀的能力并做防腐处理。(4)在整个工厂中，在整个工厂中，PLC组成的控制系统要单独设计接地。在上述要求中，组成的控制系统要单独设计接地。在上述要求中，后后3条只要按规定设计、施工就可满足要求，关键是第条只要按规定设计、施工就可满足要求，关键是第(1)条的接地电阻。条的接地电阻。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.42第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.422)各种不同接地的处理各种不同接地的处理除了正确进行接地设计、安
92、装外，还要对各种不同的接地进行正确的接地处除了正确进行接地设计、安装外，还要对各种不同的接地进行正确的接地处理。组成的控制系统中，大致有以下几种地线。理。组成的控制系统中，大致有以下几种地线。数字地数字地这种地也叫逻辑地，是各种开关量这种地也叫逻辑地，是各种开关量(数字量数字量)信号的零电位。信号的零电位。模拟地模拟地这种地是各种模拟量信号的零电位。这种地是各种模拟量信号的零电位。信号地信号地这种地通常是指传感器的地。这种地通常是指传感器的地。交流地交流地交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。直流地直流地直流供电电源的地。直流供电电源的地。
93、屏蔽地屏蔽地(也叫机壳地也叫机壳地)为防止静电感应而设。为防止静电感应而设。如何处理以上这些地线是如何处理以上这些地线是PLC系统设计、安装、调试中的一个重要问题。系统设计、安装、调试中的一个重要问题。以下针对不同的情况，讨论并给出不同的处理方法。以下针对不同的情况，讨论并给出不同的处理方法。(1)一点接地和多点接地。一般情况下，高频电路应采用就近多点接地，低一点接地和多点接地。一般情况下，高频电路应采用就近多点接地，低频电路应采用一点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么大问题，频电路应采用一点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么大问题，然而接地形成的环路对电路的干扰影
94、响很大，因此通常以一点作为接地点。但一然而接地形成的环路对电路的干扰影响很大，因此通常以一点作为接地点。但一点接地不适用于高频，因为高频时，地线上具有电感因而增加了地线阻抗，调试点接地不适用于高频，因为高频时，地线上具有电感因而增加了地线阻抗，调试时，在各个接地线之间又产生电感耦合。一般来说，频率在时，在各个接地线之间又产生电感耦合。一般来说，频率在1MHz以下，可用以下，可用10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.43第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.43一点接地；高于一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在时，采用多点
95、接地；在1MHz10MHz之间可用一点接地，之间可用一点接地，也可多点接地。根据这一原则，也可多点接地。根据这一原则，PLC控制系统一般都采用一点接地。控制系统一般都采用一点接地。(2)交流地与信号地不能共用。由于在一般电源地线的两点间会有数毫伏交流地与信号地不能共用。由于在一般电源地线的两点间会有数毫伏(mV)，甚至几伏，甚至几伏(V)电压。对低电平信号电路来说，这是一个非常严重的干扰，电压。对低电平信号电路来说，这是一个非常严重的干扰，因此必须加以隔离。因此必须加以隔离。(3)浮地与接地的比较。全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来，这种方浮地与接地的比较。全机浮空即系统各个部分与大地浮置起
96、来，这种方法简单，但整个系统与大地的绝缘电阻不能小于法简单，但整个系统与大地的绝缘电阻不能小于50M。这种方法具有一定的抗干。这种方法具有一定的抗干扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法，就是将机壳接地，其余扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法，就是将机壳接地，其余部分浮空。这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。由此可见，部分浮空。这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。由此可见，PLC系统的接地还是以接入大地为好。系统的接地还是以接入大地为好。(4)模拟地。模拟地的接法十分重要，为了提高抗共模干扰能力，对于模拟模拟地。模拟地的接法十分重要，为了
97、提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可采用屏蔽浮地技术。对于具体的信号可采用屏蔽浮地技术。对于具体的PLC模拟量信号的处理要严格按照操作手模拟量信号的处理要严格按照操作手册上的要求设计。册上的要求设计。(5)屏蔽地。在控制系统中，为了减少信号中电容耦合噪声，以便准确检测屏蔽地。在控制系统中，为了减少信号中电容耦合噪声，以便准确检测和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目的的不同，屏蔽地的接和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目的的不同，屏蔽地的接法也不一样。电场屏蔽解决分布电容问题，一般接大地电场屏蔽主要避免雷达、法也不一样。电场屏蔽解决分布电容问题，一般接大地电场屏蔽主要避
98、免雷达、10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.44第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.44电台等高频电磁场辐射干扰，利用低阻、高导流金属材料制成，可接大地。磁屏电台等高频电磁场辐射干扰，利用低阻、高导流金属材料制成，可接大地。磁屏蔽可防磁铁、电机、变压器、线圈等的磁感应、磁混合。其屏蔽方法是用高导磁蔽可防磁铁、电机、变压器、线圈等的磁感应、磁混合。其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合，一般接大地为好。材料使磁路闭合，一般接大地为好。当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如果电缆的屏当信号电路是一点接地时，低频电缆
99、的屏蔽层也应一点接地。如果电缆的屏蔽层接地点有一个以上时，会产生噪声电流，形成噪声干扰源。当一个电路有一蔽层接地点有一个以上时，会产生噪声电流，形成噪声干扰源。当一个电路有一个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时，输入端的屏蔽应接至放大器的个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时，输入端的屏蔽应接至放大器的公共端；相反，当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时，放大器的输入公共端；相反，当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时，放大器的输入端也应接到信号源的公共端。端也应接到信号源的公共端。3.PLC系统的完整供电设计系统的完整供电设计前面针对前面针对PLC系统中的各个部分给出了其供
100、电系统的设计，为了给读者一个系统中的各个部分给出了其供电系统的设计，为了给读者一个完整和系统的概念，以下将给出一个由完整和系统的概念，以下将给出一个由PLC组成的控制系统的完整供电设计，如组成的控制系统的完整供电设计，如图图10.6所示。由图可知，它包括了前面所介绍的内容，同时增加了上电启动、连所示。由图可知，它包括了前面所介绍的内容，同时增加了上电启动、连锁保护等部分。锁保护等部分。一个完整的供电系统，其总电源来自三相交流电源，经过系统供电总开关送一个完整的供电系统，其总电源来自三相交流电源，经过系统供电总开关送入系统。入系统。PLC组成的控制系统都是以交流组成的控制系统都是以交流220V为
101、基本工作电源，所以由三相交流为基本工作电源，所以由三相交流电源引出相电压并通过电源开关为电源引出相电压并通过电源开关为PLC系统供电，电源开关可选择二相刀闸系统供电，电源开关可选择二相刀闸10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.45第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.45开关。然后通过隔离变压器和交流稳压器或开关。然后通过隔离变压器和交流稳压器或UPS电源。通过交流稳压器输出的电电源。通过交流稳压器输出的电源分成两路，一路为源分成两路，一路为PLC电源模块供电，另一路为电源模块供电，另一路为PLCI/O模块和现场检测元件、模块和
102、现场检测元件、执行机构供电。执行机构供电。为电源模块供电比较简单，只要将交流稳压器输出端接到为电源模块供电比较简单，只要将交流稳压器输出端接到PLC电源模块的相电源模块的相应端即可，而为应端即可，而为I/O模块供电则比较复杂。前面讲过，我国工业现场主要有两种电模块供电则比较复杂。前面讲过，我国工业现场主要有两种电源，即源，即24VDC和和220VAC。为了系统工作安全可靠，首先要对这两种电路电源。为了系统工作安全可靠，首先要对这两种电路电源实现连锁保护。由图可知，当系统供电总开关和电源开关合闸后，直流实现连锁保护。由图可知，当系统供电总开关和电源开关合闸后，直流24V稳压稳压电源工作，此时电压
103、表工作，显示直流电源工作，此时电压表工作，显示直流24V稳压电源输出电压。由于继电器线圈稳压电源输出电压。由于继电器线圈C断电，所以其动断触点接通，急停灯亮，指示系统没有为输入模块供电，同时断电，所以其动断触点接通，急停灯亮，指示系统没有为输入模块供电，同时动合触点断开，切断动合触点断开，切断I/O模块供电回路。系统启动时，首先要按下启动按钮，这时模块供电回路。系统启动时，首先要按下启动按钮，这时继电器线圈继电器线圈C得电，动断触点断开，急停灯灭：动合触点闭合，接通得电，动断触点断开，急停灯灭：动合触点闭合，接通24V直流电直流电源和源和220V交流回路，同时运行灯亮，指示系统供电正常。此时交
104、流回路，同时运行灯亮，指示系统供电正常。此时I/O模块是否接通模块是否接通电源，取决于开关电源，取决于开关Q1，Q2，Q3和和Q4，其中，其中Q1控制控制24V直流输出模块，直流输出模块，Q2控制控制24V直流输入模块，直流输入模块，Q3控制控制220V交流输出模块，交流输出模块，Q4控制控制220V交流输入模块。交流输入模块。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.46第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.46图图10.6的供电系统可按下述步骤启动：首先接通系统供电总开关和电源开的供电系统可按下述步骤启动：首先接通系统供电总开关
105、和电源开关，接着启动隔离变压器和交流稳压器或关，接着启动隔离变压器和交流稳压器或UPS电源，然后启动电源，然后启动PLC的电源模块和的电源模块和CPU模块，使模块，使PLC的的CPU进入正常工作状态。在进入正常工作状态。在CPU正常工作后，启动正常工作后，启动24V直流直流稳压电源，当电压表显示正常后，按下启动按钮，使继电器动合触点闭合，然后稳压电源，当电压表显示正常后，按下启动按钮，使继电器动合触点闭合，然后按顺序接通按顺序接通Q1，Q2，Q3和和Q4，也可使它们一直处于接通状态，即使系统停车，也可使它们一直处于接通状态，即使系统停车时，也不关断这些开关。这时，也不关断这些开关。这4个开关的
106、主要作用是当相应部分出现故障时，关断个开关的主要作用是当相应部分出现故障时，关断所对应的开关，这样可保证其他部分持续工作。当系统出现紧急故障时，按下急所对应的开关，这样可保证其他部分持续工作。当系统出现紧急故障时，按下急停按钮，继电器线圈停按钮，继电器线圈K断电，动合触点断开，此时就切断了断电，动合触点断开，此时就切断了PLCI/O模块与现场模块与现场设备的电气连接，以便处理故障。系统停车时，首先按下急停按钮，并关断设备的电气连接，以便处理故障。系统停车时，首先按下急停按钮，并关断24V直流稳压电源，接着关断直流稳压电源，接着关断PLC电源和系统电源总开关。图电源和系统电源总开关。图10.6给
107、出的是典型系统给出的是典型系统供电设计。供电设计。4.冗余设计冗余设计冗余设计即在系统中人为地设计冗余设计即在系统中人为地设计“多余的部分多余的部分”。冗余配置代表。冗余配置代表PLC适应适应特殊需要的能力，是高性能特殊需要的能力，是高性能PLC的体现，其目的是在的体现，其目的是在PLC已可靠工作的基础上，已可靠工作的基础上，再进一步提高其可靠性，减少出现故障的几率，减少出故障后修复的时间。再进一步提高其可靠性，减少出现故障的几率，减少出故障后修复的时间。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.47第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设
108、计1.471)冷备份冗余配置冷备份冗余配置对容易出故障的模块，多购一套或若干套作为备份，以备一旦正在运行的对容易出故障的模块，多购一套或若干套作为备份，以备一旦正在运行的模块出现故障时能及时更换，从而减少故障后系统修复的时间，减少停工损失。模块出现故障时能及时更换，从而减少故障后系统修复的时间，减少停工损失。之所以叫冷备份是因为备份的模块没有安装在设备上，只是放在备份库待用；之所以叫冷备份是因为备份的模块没有安装在设备上，只是放在备份库待用；冷备份的数量需要考虑，缺乏备份，出了问题一时换不上，将影响生产，造成冷备份的数量需要考虑，缺乏备份，出了问题一时换不上，将影响生产，造成损失；备份数量太多
109、，甚至无关紧要的模块也备份，必然造成浪费。特别是损失；备份数量太多，甚至无关紧要的模块也备份，必然造成浪费。特别是PLC技术发展很快，旧产品常被新产品所更换，备份过多，不如用新的取代。技术发展很快，旧产品常被新产品所更换，备份过多，不如用新的取代。备份还要看市场情况，市场上容易买得到的，可少备或不备，否则可适当备份备份还要看市场情况，市场上容易买得到的，可少备或不备，否则可适当备份或多备。另外，还要看单元的特点，易出故障的、负载大的、关键的模块要适或多备。另外，还要看单元的特点，易出故障的、负载大的、关键的模块要适当备份，其他的可少备或不备。当备份，其他的可少备或不备。10.2 PLC10.2
110、 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.48第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.48图图10.6PLC组成的控组成的控制系统的完整供电设制系统的完整供电设计计10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.49第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.492)热备份冗余配置热备份冗余配置热备份是冗余的模块在线工作，只是不参与控制。一旦控制系统的模块出现热备份是冗余的模块在线工作，只是不参与控制。一旦控制系统的模块出现故障，由其接替工作。但它比一般的故障，由其接替工作。但它比一般的PLC控制系统所用的模
111、块多，可靠性将有所控制系统所用的模块多，可靠性将有所下降。若用于特别重要的场合，对其重要的模块进行热备是必要的。热备份中使下降。若用于特别重要的场合，对其重要的模块进行热备是必要的。热备份中使用较多的是双用较多的是双CPU热备系统，即双机系统。热备系统，即双机系统。双机系统由两套完全相同的双机系统由两套完全相同的CPU模块组成。由热备份中使用较多的一个模块组成。由热备份中使用较多的一个CPU工作并完成整个系统的控制：另一个工作并完成整个系统的控制：另一个CPU热备份也运行同样的程序，但它的热备份也运行同样的程序，但它的输出是被禁止的。一且主输出是被禁止的。一且主CPU模块出现故障，即投入备用的
112、模块出现故障，即投入备用的CPU模块。这一切换模块。这一切换过程是用所备的冗余处理单元过程是用所备的冗余处理单元CPU控制的控制的(也有不用其控制的系统也有不用其控制的系统)。这时，出故。这时，出故障的障的CPU模块可进行维修或更换。当然，也可能热备份的模块可进行维修或更换。当然，也可能热备份的CPU模块先出故障，那模块先出故障，那就先把故障的热备份就先把故障的热备份CPU模块进行更换。模块进行更换。3)表决系统冗余配置表决系统冗余配置在特别或非常重要的场合，为做到万无一失，可配置成表决系统。多套模块在特别或非常重要的场合，为做到万无一失，可配置成表决系统。多套模块(如如3套套)同时工作，其输
113、出依少数服从多数的原则裁决。这种系统出现故障的几同时工作，其输出依少数服从多数的原则裁决。这种系统出现故障的几率几乎可以减少到率几乎可以减少到0。当然，这种表决系统是非常昂贵的，也只是对那些非常重。当然，这种表决系统是非常昂贵的，也只是对那些非常重要的控制系统才这么做。要的控制系统才这么做。10.2 PLC10.2 PLC应用系统的硬件设计应用系统的硬件设计1.50第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.5010.3 PLC10.3 PLC应用系统的程序设计应用系统的程序设计PLC系统程序设计的基本过程如图系统程序设计的基本过程如图10.7所示。在软件设计过程中，
114、前期工所示。在软件设计过程中，前期工作内容往往会被设计人员所忽视，事实上这些工作对提高软件的开发效率、保证作内容往往会被设计人员所忽视，事实上这些工作对提高软件的开发效率、保证应用软件的可维护性、缩短调试周期都是非常必要的，特别是对较大规模的应用软件的可维护性、缩短调试周期都是非常必要的，特别是对较大规模的PLC系统更是如此。系统更是如此。图图10.7PLC系统系统程序设计的基本过程序设计的基本过程程1.51第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.5110.3.1PLC应用程序的内容应用程序的内容程序设计是整个系统设计的第二个关键环节，程序设计的方法通常有逻辑程序
115、设计是整个系统设计的第二个关键环节，程序设计的方法通常有逻辑设计法、工艺流程的逐步探索法和翻译法。设计法、工艺流程的逐步探索法和翻译法。(1)逻辑设计法是以布尔代数为理论基础，先列出检测元件、输入元件和执逻辑设计法是以布尔代数为理论基础，先列出检测元件、输入元件和执行元件的逻辑表达式，再转换成梯形图。用它设计出的梯形图简单，占用的元件行元件的逻辑表达式，再转换成梯形图。用它设计出的梯形图简单，占用的元件及内存少。但当系统较为复杂，难以用逻辑表达式表示清楚各元件的状态变化时，及内存少。但当系统较为复杂，难以用逻辑表达式表示清楚各元件的状态变化时，此方法就存在一定的局限性。此方法就存在一定的局限性
116、。(2)工艺流程的逐步探索法主要任务是根据控制要求，把工艺流程图转换成工艺流程的逐步探索法主要任务是根据控制要求，把工艺流程图转换成梯形图。这是梯形图。这是PLC设计中常用的一种方法，其关键是编写流程图。设计中常用的一种方法，其关键是编写流程图。(3)翻译法是一种依据继电器控制线路原理图，用翻译法是一种依据继电器控制线路原理图，用PLC对应符号翻译成梯形对应符号翻译成梯形图的方法。由继电器控制图来转换图的方法。由继电器控制图来转换PLC梯形图是基础，尤其对于熟悉继电器控制梯形图是基础，尤其对于熟悉继电器控制技术的电气人员来说，在掌握继电器控制技术的基础上设计梯形图是非常方便和技术的电气人员来说
117、，在掌握继电器控制技术的基础上设计梯形图是非常方便和快捷的。快捷的。10.3 PLC10.3 PLC应用系统的程序设计应用系统的程序设计1.52第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.5210.3.2PLC应用系统的程序设计步骤应用系统的程序设计步骤为了保证系统应用程序设计及控制的准确性，需要深入了解被控对象的工作为了保证系统应用程序设计及控制的准确性，需要深入了解被控对象的工作原理，清楚输入和输出变量及它们之间的关系，并用文字或表格的形式进行描述。原理，清楚输入和输出变量及它们之间的关系，并用文字或表格的形式进行描述。所有的所有的PLC编程环境都支持助记符程序设
118、计语言和梯形图程序设计语言，有编程环境都支持助记符程序设计语言和梯形图程序设计语言，有些些PLC编程软件也支持功能块语言和顺序功能图，而使用高级语言为编程软件也支持功能块语言和顺序功能图，而使用高级语言为PLC程序设程序设计环境的较少。在所有的计环境的较少。在所有的PLC程序设计语言中，使用最多的是梯形图程序设计语程序设计语言中，使用最多的是梯形图程序设计语言，所以，以下就以梯形图程序设计语言为例来说明言，所以，以下就以梯形图程序设计语言为例来说明PLC应用系统的程序设计步应用系统的程序设计步骤。骤。1.梯形图程序设计注意事项梯形图程序设计注意事项(1)每个网络以接点开始，以线圈或功能指令结束
119、，信号总是从左向右传递。每个网络以接点开始，以线圈或功能指令结束，信号总是从左向右传递。(2)内部和中间继电器接点可以使用无数次，但继电器线圈在一个程序中只能内部和中间继电器接点可以使用无数次，但继电器线圈在一个程序中只能使用一次。使用一次。(3)有些系统要求程序结束时必须使用有些系统要求程序结束时必须使用END指令，但有些可以不用。指令，但有些可以不用。(4)中间继电器、定时器和计数器等功能性指令不能直接产生输出，必须用中间继电器、定时器和计数器等功能性指令不能直接产生输出，必须用OUT指令才能输出。指令才能输出。(5)在一个网络中要将得电条件和失电条件综合考虑，以保证控制的可靠性和在一个网
120、络中要将得电条件和失电条件综合考虑，以保证控制的可靠性和准确性。图准确性。图10.8一种错误的桥式电路梯形图一种错误的桥式电路梯形图10.3 PLC10.3 PLC应用系统的程序设计应用系统的程序设计1.53第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.53(6)在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。容易引起误操作，应尽量避免。(7)在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和的周期扫描原理和逻辑
121、上的因果关系，假定在梯形图中有逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流电流”流动，这个流动，这个“电流电流”只能在梯形只能在梯形图中单方向流动，即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。图图中单方向流动，即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。图10.8就是一个就是一个错误的桥式梯形图。错误的桥式梯形图。图图10.8一种错误的桥式电路梯形图一种错误的桥式电路梯形图10.3 PLC10.3 PLC应用系统的程序设计应用系统的程序设计1.54第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.542.梯形图经验设计法步骤梯形图经验设计法步骤梯形图经验设计法是目前使用比较广泛的一种设
122、计方法，该方法的核心是输梯形图经验设计法是目前使用比较广泛的一种设计方法，该方法的核心是输出线圈，这是因为出线圈，这是因为PLC的动作就是从线圈输出的的动作就是从线圈输出的(可以称为面向输出线圈的梯形图可以称为面向输出线圈的梯形图设计方法设计方法)。以下是一些经验设计步骤。以下是一些经验设计步骤。1)分析工艺流程并对系统任务进行分块分析工艺流程并对系统任务进行分块对系统任务进行分块即是分解梯形图程序。根据控制任务将要编制的梯形图对系统任务进行分块即是分解梯形图程序。根据控制任务将要编制的梯形图程序分解成功能独立的子梯形图程序。将主要的工艺流程作为主程序，整个工艺流程序分解成功能独立的子梯形图程
123、序。将主要的工艺流程作为主程序，整个工艺流程多次重复进行的部分可以作为子程序进行调用，同时可以根据工艺情况加入中断程多次重复进行的部分可以作为子程序进行调用，同时可以根据工艺情况加入中断服务程序。服务程序。2)根据系统任务编制控制系统的逻辑关系图根据系统任务编制控制系统的逻辑关系图编制系统逻辑关系图可以各个控制活动顺序为基准，也可以以整个活动的时编制系统逻辑关系图可以各个控制活动顺序为基准，也可以以整个活动的时间节拍为基准，其主要目的是反映系统各环节中的间节拍为基准，其主要目的是反映系统各环节中的I/O关系，为梯形图的设计做好关系，为梯形图的设计做好准备。准备。3)绘制各种电路图绘制各种电路图
124、绘制电路图的目的是把系统的绘制电路图的目的是把系统的I/O所涉及的地址和名称联系起来。绘制时主要所涉及的地址和名称联系起来。绘制时主要考虑以下几点。考虑以下几点。10.3 PLC10.3 PLC应用系统的程序设计应用系统的程序设计1.55第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.55(1)在绘制在绘制PLC的输入电路时，不仅要考虑到输入信号的连接点是否与命名的输入电路时，不仅要考虑到输入信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，是否会把高电压引入到一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，是否会把高电压引入到PLC的的输入端。输入端。(2)
125、在绘制在绘制PLC的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑致，还要考虑PLC的输出模块的带负载能力和耐电压能力。的输出模块的带负载能力和耐电压能力。(3)要考虑电源的输出功率和极性问题。要考虑电源的输出功率和极性问题。4)编制编制PLC程序并进行模拟调试程序并进行模拟调试编制编制PLC程序时要注意以下问题。程序时要注意以下问题。(1)以输出线圈为核心设计梯形图，并画出该线圈的得电条件、失电条件和自以输出线圈为核心设计梯形图，并画出该线圈的得电条件、失电条件和自锁条件。在画图过程中，注意程序的启动、停止、连续运行、选
126、择性分支和并发锁条件。在画图过程中，注意程序的启动、停止、连续运行、选择性分支和并发分支。分支。(2)如果不能直接使用输入条件逻辑组合成输出线圈的得电和失电条件，则需如果不能直接使用输入条件逻辑组合成输出线圈的得电和失电条件，则需要使用中间继电器建立输出线圈的得电和失电条件。要使用中间继电器建立输出线圈的得电和失电条件。(3)如果输出线圈的得电和失电条件中需要定时或计数条件时，要注意定时器如果输出线圈的得电和失电条件中需要定时或计数条件时，要注意定时器或计数器得电和失电条件。在此注意，一般定时器和计数器的地址范围是相同的，或计数器得电和失电条件。在此注意，一般定时器和计数器的地址范围是相同的，
127、即某一地址如果作为定时器使用，那么在同一个控制程序中就不能作为计数器即某一地址如果作为定时器使用，那么在同一个控制程序中就不能作为计数器10.3 PLC10.3 PLC应用系统的程序设计应用系统的程序设计1.56第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.56使用。例如在西门子使用。例如在西门子S7-200中，中，T32如果作为定时器使用，同一程序中就不能如果作为定时器使用，同一程序中就不能出现计数器出现计数器C32。(4)如果输出线圈的得电和失电条件中需要功能指令的执行结果作为条件如果输出线圈的得电和失电条件中需要功能指令的执行结果作为条件时，使用功能指令梯级建立输
128、出线圈的得电和失电条件。时，使用功能指令梯级建立输出线圈的得电和失电条件。(5)画出各个输出线圈之间的互锁条件。互锁条件可以避免同时发生互画出各个输出线圈之间的互锁条件。互锁条件可以避免同时发生互相冲突的动作，保证系统工作的可靠性。相冲突的动作，保证系统工作的可靠性。(6)画保护条件。保护条件可以在系统出现异常时，使输出线圈的动作画保护条件。保护条件可以在系统出现异常时，使输出线圈的动作保护控制系统和生产过程。在设计梯形图程序时，要注意先画基本梯形图程保护控制系统和生产过程。在设计梯形图程序时，要注意先画基本梯形图程序，当基本梯形图程序的功能能够满足工艺要求时，再根据系统中可能出现序，当基本梯
129、形图程序的功能能够满足工艺要求时，再根据系统中可能出现的故障及异常情况，增加相应的保护环节，以保证系统工作的安全。的故障及异常情况，增加相应的保护环节，以保证系统工作的安全。根据以上要求绘制好梯形图后，将程序下载到根据以上要求绘制好梯形图后，将程序下载到PLC中，通过观察其输出端发中，通过观察其输出端发光二极管的变化进行模拟调试，并根据要求进行修改，直到满足系统要求。光二极管的变化进行模拟调试，并根据要求进行修改，直到满足系统要求。5)制作控制台和控制柜制作控制台和控制柜以上步骤完成后，就可以制作控制台和控制柜了。如果时间紧张，这一以上步骤完成后，就可以制作控制台和控制柜了。如果时间紧张，这一
130、步可以和第步可以和第4)步同时进行。在制作控制台与控制柜时要注意开关、按钮和继步同时进行。在制作控制台与控制柜时要注意开关、按钮和继电器等器件规格和质量的选择。设备的安装要注意屏蔽、接地和高压隔离等电器等器件规格和质量的选择。设备的安装要注意屏蔽、接地和高压隔离等问题的处理。问题的处理。10.3 PLC10.3 PLC应用系统的程序设计应用系统的程序设计1.57第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.576)现场调试现场调试现场调试是整个控制系统完成的重要环节。只有通过现场调试，才能发现现场调试是整个控制系统完成的重要环节。只有通过现场调试，才能发现控制回路和控制
131、程序之间是否存在问题，以便及时调整控制电路和控制程序，控制回路和控制程序之间是否存在问题，以便及时调整控制电路和控制程序，适应控制系统的要求。适应控制系统的要求。7)编写技术文件并现场试运行编写技术文件并现场试运行经过现场调试后，控制电路和控制程序就基本确定了，即整个系统的硬件经过现场调试后，控制电路和控制程序就基本确定了，即整个系统的硬件和软件就被确定了。这时就要全面整理技术文件，包括整理电路图、和软件就被确定了。这时就要全面整理技术文件，包括整理电路图、PLC程序、程序、使用说明及帮助文件。到此整个系统的设计就完成了。使用说明及帮助文件。到此整个系统的设计就完成了。10.3 PLC10.3
132、 PLC应用系统的程序设计应用系统的程序设计1.58第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.5810.4 10.4 常用程序分析常用程序分析10.4.1自锁程序自锁程序自锁控制程序是自动控制系统中最常见的控制程序。有单输出和多输出两自锁控制程序是自动控制系统中最常见的控制程序。有单输出和多输出两种形式，如下所示。种形式，如下所示。1.单输出自锁程序单输出自锁程序在单输出自锁程序中只对一个负载进行控制，所以这种控制方式称单输出在单输出自锁程序中只对一个负载进行控制，所以这种控制方式称单输出控制，如图控制，如图10.9所示。所示。图图10.9的网络的网络1是失电优先电
133、路。因为无论启动按钮是失电优先电路。因为无论启动按钮I0.0是否闭合，只要按是否闭合，只要按下停止按钮下停止按钮I0.1，输出，输出Q0.0必失电，所以称这种电路为失电优先的自锁电路。必失电，所以称这种电路为失电优先的自锁电路。这种控制方式常用于需要急停车的场合。这种控制方式常用于需要急停车的场合。图图10.9的网络的网络2是得电优先电路。从梯形图可以看出，不论停车按钮是得电优先电路。从梯形图可以看出，不论停车按钮I0.1处处于什么状态，只要按动启动按钮于什么状态，只要按动启动按钮I0.0，便可使输出，便可使输出Q0.0得电，从而启动负载。得电，从而启动负载。对于有些应用场合，如报警设备、安全
134、防护及救援设备等，需要有准确可取的对于有些应用场合，如报警设备、安全防护及救援设备等，需要有准确可取的启动控制，即无论停止按钮是否处于闭合状态，只要按下启动按钮，便可启动启动控制，即无论停止按钮是否处于闭合状态，只要按下启动按钮，便可启动设备。设备。2.多输出自锁控制程序多输出自锁控制程序多输出自锁控制也称多元控制，即每次输出不止一个控制元件，如图多输出自锁控制也称多元控制，即每次输出不止一个控制元件，如图10.10所示。所示。1.59第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.59图图10.9失电优先和得电优先梯形图失电优先和得电优先梯形图图图10.10多输出自锁控
135、制程序多输出自锁控制程序10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.60第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.603.多地控制多地控制对于同一个控制对象对于同一个控制对象(例如一台电机例如一台电机)在不同地点，用同样控制方式实现的在不同地点，用同样控制方式实现的控制称多地控制。其方法可用并联多个启动按钮和串联多个停车按钮来实现，控制称多地控制。其方法可用并联多个启动按钮和串联多个停车按钮来实现，如图如图10.11所示。图中的所示。图中的I0.0和和I0.2组成一对启、停控制按钮，组成一对启、停控制按钮，I0.1和和I0.3组成另组成另一对控制按钮，安装在另一
136、处，这样就可以在不同地点对同一负载一对控制按钮，安装在另一处，这样就可以在不同地点对同一负载Q0.0进行控进行控制了。制了。图图10.11多地控制程序多地控制程序10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.61第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.6110.4.2优先程序优先程序在互锁控制程序中，几组控制元件的优先权是平等的，它们互相可以封在互锁控制程序中，几组控制元件的优先权是平等的，它们互相可以封锁。先动作的具有优先权。其优先电路如图锁。先动作的具有优先权。其优先电路如图10.12所示。所示。两个输入控制信号两个输入控制信号I0.0和和I0.1分别控制两
137、路输出信号分别控制两路输出信号Q0.0和和Q0.1。当。当I0.0和和I0.1中的某一个先按下时，这一路控制信号就取得了优先权，另外一个即使中的某一个先按下时，这一路控制信号就取得了优先权，另外一个即使按下，这路信号也不会动作。按下，这路信号也不会动作。图图10.12中，当中，当I0.0先按下时，中间继电器先按下时，中间继电器M0.0接通并进行自保，其常开接通并进行自保，其常开触点接通，输出线圈触点接通，输出线圈Q0.0接通产生输出。此时，如果再按下接通产生输出。此时，如果再按下I0.1，由于中间继，由于中间继电器电器M0.0接通而使网络接通而使网络2中其常闭触点断开，中间继电器中其常闭触点断
138、开，中间继电器M0.1不会动作，输出不会动作，输出线圈线圈Q0.1不会产生输出。同理，当先按下不会产生输出。同理，当先按下I0.1时，情况刚好相反。时，情况刚好相反。10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.62第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.6210.4.3顺序循环执行程序顺序循环执行程序通过定时器可以实现顺序循环执行程序的设计。以下是以两台电动机的运通过定时器可以实现顺序循环执行程序的设计。以下是以两台电动机的运行说明顺序循环执行程序的设计。行说明顺序循环执行程序的设计。两台电动机相互协调运转，其动作要求时序如图两台电动机相互协调运转，其动作要求
139、时序如图10.13所示，所示，M1运转运转10s，停止，停止5s，M2要求与要求与M1相反，相反，M1停止停止M2运行，运行，M1运行运行M2停止，如此反复动停止，如此反复动作作3次，次，M1和和M2均停止。均停止。10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.63第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.63图图10.12优先控制程序优先控制程序图图10.13两台电动机的顺序循环动作时序图两台电动机的顺序循环动作时序图10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.64第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.64根据题意，选用西门子
140、根据题意，选用西门子S7-200PLC，由于系统中的输入点有，由于系统中的输入点有4个个(SB1、SB2、FR1和和FR2)，输出点有，输出点有2个个(KM1和和KM2)，所以选择，所以选择CPU221(6点数字量输点数字量输入和点数字量输出入和点数字量输出)，完全能满足电机控制的要求。其，完全能满足电机控制的要求。其I/O接线图和地址分配分接线图和地址分配分别如图别如图10.14和表和表10-3所示。所示。图图10.14两台电动机的顺序循环动作两台电动机的顺序循环动作I/O接线图接线图10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.65第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应
141、用系统设计1.65表表10-3I/O地址分配表地址分配表序序号号元件名称元件名称符符号号PLC地址地址1启动按钮启动按钮SB1I0.02停止按钮停止按钮SB2I0.13电机电机M1过载保护继电器过载保护继电器FR1I0.24电机电机M2过载保护继电器过载保护继电器FR2I0.35电机电机M1的接触器的接触器KM1Q0.06电机电机M2的接触器的接触器KM2Q0.110.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.66第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.66根据电动机的动作时序图根据电动机的动作时序图10.13的要求，编制的梯形图如图的要求，编制的梯形图如图10.
142、15所示。程所示。程序经过调试完全能满足要求。序经过调试完全能满足要求。图图10.15两台电动机的顺序循环动作梯形图两台电动机的顺序循环动作梯形图10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.67第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.6710.4.4振荡程序振荡程序多谐振荡电路可产生有特定通多谐振荡电路可产生有特定通/断间隔的时序脉冲，常用它来作为脉冲信断间隔的时序脉冲，常用它来作为脉冲信号源，也可用它代替传统的闪光报警继电器。下面介绍两种多谐振荡器的实现号源，也可用它代替传统的闪光报警继电器。下面介绍两种多谐振荡器的实现方法。方法。1.可调脉宽的多谐振荡电路
143、可调脉宽的多谐振荡电路当输入当输入I0.0接通后，接通后，Q0.0出现一个脉冲，这个脉冲可用定时器的预置值出现一个脉冲，这个脉冲可用定时器的预置值(t1)来设置通断时间，脉冲的导通时间为来设置通断时间，脉冲的导通时间为t1+，脉冲的间断时间为，脉冲的间断时间为t1，由于一，由于一次扫描时间很短，可近似认为该脉冲的通和断时间相等。其时序图和梯形图如次扫描时间很短，可近似认为该脉冲的通和断时间相等。其时序图和梯形图如图图10.16所示。所示。2.不同占空比的多谐振荡电路不同占空比的多谐振荡电路当输入当输入I0.0接通后，接通后，Q0.0出现一个导通时间为出现一个导通时间为t2+，间断时间为，间断时
144、间为t1的脉冲，的脉冲，这个脉冲的占空比可用改变这两个定时器的预置值加以改变。其时序图和梯形这个脉冲的占空比可用改变这两个定时器的预置值加以改变。其时序图和梯形图如图图如图10.17所示。所示。10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.68第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.68图图10.16可调脉宽的多谐振荡器可调脉宽的多谐振荡器10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.69第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.69图图10.17不同占空比的多谐振荡器不同占空比的多谐振荡器10.4 10.4 常用程序分析常用程序分
145、析1.70第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.7010.4.5分频程序分频程序在某些控制场合，需要对控制信号进行分频，即将某一频率在某些控制场合，需要对控制信号进行分频，即将某一频率f的信号分成的信号分成、等频率的信号，分别称为二分频、四分频、八分等频率的信号，分别称为二分频、四分频、八分频等。利用频等。利用PLC的编程指令可以实现任意分频。下面以二分频为例，介绍两种的编程指令可以实现任意分频。下面以二分频为例，介绍两种实现分频的编程方法。实现分频的编程方法。1.利用置位利用置位(S)和复位和复位(R)指令实现二分频指令实现二分频利用置位利用置位(S)和复位和
146、复位(R)指令实现二分频的编程过程如图指令实现二分频的编程过程如图10.18所示。所示。10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.71第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.71(b)动作流程图动作流程图(c)梯形图梯形图图图10.18置位、复位指令实现的二分频置位、复位指令实现的二分频10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.72第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.7210.4.6PLC编程中常见错误编程中常见错误在在PLC中，继电器分为输入继电器、输出继电器及内部继电器。输入、输中，继电器分为输入继电器、输出继电器
147、及内部继电器。输入、输出继电器和内部继电器的驱动方式不同。出继电器和内部继电器的驱动方式不同。(1)输入开关是与输入开关是与PLC中的输入继电器相连的，输入继电器通过端子与输中的输入继电器相连的，输入继电器通过端子与输入开关相连，一个输入继电器线圈只能连接一个输入开关，但继电器接点则可入开关相连，一个输入继电器线圈只能连接一个输入开关，但继电器接点则可无限引用，即可提供无数个常开、常闭触点供梯形图编程使用。无限引用，即可提供无数个常开、常闭触点供梯形图编程使用。(2)输入继电器是接收外部开关或传感器的信号，因此输入继电器线圈只输入继电器是接收外部开关或传感器的信号，因此输入继电器线圈只能由外部
148、输入信号驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的接点，而不出现能由外部输入信号驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的接点，而不出现输入继电器的线圈。输入继电器的线圈。(3)梯形图中的继电器不是继电器控制线路中的物理继电器，它实际上是梯形图中的继电器不是继电器控制线路中的物理继电器，它实际上是存储器中相应的一个触发器，因此称为存储器中相应的一个触发器，因此称为“软继电器软继电器”。当该触发器为。当该触发器为“1”状状态，表示该态，表示该“软继电器软继电器”线圈通电，对应梯形图中的常开触点闭合，常闭触点线圈通电，对应梯形图中的常开触点闭合，常闭触点断开。断开。图图10.20是外部为常闭型输入开关与输
149、入继电器的等效电路图。图是外部为常闭型输入开关与输入继电器的等效电路图。图10.20中中方框图左侧是输入继电器线圈，方框内右侧是相应输入继电器线圈的控制触点。方框图左侧是输入继电器线圈，方框内右侧是相应输入继电器线圈的控制触点。左侧输入继电器线圈是否接通，取决于外部开关左侧输入继电器线圈是否接通，取决于外部开关SB的状态。由于外部开关的状态。由于外部开关SB是常闭型，在未按下时左侧输入继电器线圈是通电的，所以对应右侧是常闭型，在未按下时左侧输入继电器线圈是通电的，所以对应右侧10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.73第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1
150、.73梯形图中的常开触点闭合，常闭触点断开；当外部开关梯形图中的常开触点闭合，常闭触点断开；当外部开关SB按下后，输入继电按下后，输入继电器线圈是断电的，梯形图中的控制触点恢复原始状态。梯形图中的常开、常闭器线圈是断电的，梯形图中的控制触点恢复原始状态。梯形图中的常开、常闭控制触点的状态，都是相对输入继电器线圈不通电时的状态而言，一旦输入继控制触点的状态，都是相对输入继电器线圈不通电时的状态而言，一旦输入继电器线圈通电，梯形图中相应的控制触点动作，常开的闭合，常闭的断开。电器线圈通电，梯形图中相应的控制触点动作，常开的闭合，常闭的断开。图图10.20输入单元的等效电路图输入单元的等效电路图10
151、.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.74第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.74由于由于PLC仅能识别输入继电器线圈的接通或断开，而无法识别外部输入仅能识别输入继电器线圈的接通或断开，而无法识别外部输入设备接的是常开触点还是常闭触点，所以在梯形图中，当用到某一输入信号时，设备接的是常开触点还是常闭触点，所以在梯形图中，当用到某一输入信号时，是用输入继电器的常开触点还是常闭触点，应由控制要求来决定。下面以电动是用输入继电器的常开触点还是常闭触点，应由控制要求来决定。下面以电动机的起停控制为例，说明系统中外部输入设备与内部输入继电器线圈及接点的机的起停控制
152、为例，说明系统中外部输入设备与内部输入继电器线圈及接点的关系。关系。如图如图10.21所示为电动机启、停控制的继电器线路。图中所示为电动机启、停控制的继电器线路。图中SB1为启动按为启动按钮钮(常开常开)、SB2为停止按钮为停止按钮(常闭常闭)、FR为常闭型热继电器保护触点，分别控为常闭型热继电器保护触点，分别控制电动机的启、停和过载保护。接触器制电动机的启、停和过载保护。接触器KM是是PLC的输出设备，用以执行电动的输出设备，用以执行电动机的通断任务。图机的通断任务。图10.22所示是电动机启、停控制所示是电动机启、停控制PLC的的I/O接线图及梯形图。接线图及梯形图。外部输入设备与内部输入
153、继电器线圈及接点的状态动作关系如表外部输入设备与内部输入继电器线圈及接点的状态动作关系如表10-4所示。所示。10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.75第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.75图图10.21电动机启、停控制的继电器电路电动机启、停控制的继电器电路图图10.22PLC控制的电动机的启、停控制的电动机的启、停10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.76第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.76表表10-4外部输入设备与内部输入继电器线圈及接点的关系外部输入设备与内部输入继电器线圈及接点的关系输入设备
154、输入设备SB1SB2SB3状态状态动作动作不动作不动作动作动作不动作不动作动作动作不动作不动作100101内部内部输入继电器输入继电器I0.010I0.101I0.201 由表由表10- -4可知，当可知，当SB1不不动动作作时时，不管，不管SB2和和FR是否是否动动作，作，Q0.0都不会接都不会接通；只有当通；只有当SB1动动作作时时，而，而SB2和和FR不不动动作作时时，Q0.0才会接通。才会接通。10.4 10.4 常用程序分析常用程序分析1.77第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.7710.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例10
155、.5.1旋转流管式膜微滤旋转流管式膜微滤(MF)系统系统PLC控制系统设计控制系统设计1.旋转流管式膜微滤旋转流管式膜微滤(MF)系统的工艺流程及设计要求系统的工艺流程及设计要求旋转流管式膜微滤污水处理系统的工艺流程如图旋转流管式膜微滤污水处理系统的工艺流程如图10.23所示。控制系统有所示。控制系统有两套净化装置，这两套净化装置不能同时工作，当一套处于净化状态时，另一两套净化装置，这两套净化装置不能同时工作，当一套处于净化状态时，另一套处于反冲状态或备用状态。净化时，进水加压泵套处于反冲状态或备用状态。净化时，进水加压泵2工作；反冲时，反冲加压工作；反冲时，反冲加压泵泵9工作。不论是在净化状
156、态还是在反冲状态，均有相应的仪表对流量和压力工作。不论是在净化状态还是在反冲状态，均有相应的仪表对流量和压力信号进行检测和记录。信号进行检测和记录。1.78第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.78图图10.23旋转流管式膜微滤系统工艺流程图旋转流管式膜微滤系统工艺流程图1原水池原水池2进水加压泵进水加压泵3滤液箱滤液箱4电磁阀电磁阀5压力表压力表6流量计流量计7自来水自来水8膜滤器膜滤器9反冲加压泵反冲加压泵10下水道下水道10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.79第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计
157、1.79根据工艺流程，对旋转流管式膜微滤系统的控制系统提出以下要求。根据工艺流程，对旋转流管式膜微滤系统的控制系统提出以下要求。(1)按下按下套净化启动按钮，由接触器套净化启动按钮，由接触器KM1控制的进水加压泵控制的进水加压泵M1(由变频由变频器控制器控制)工作，同时电磁阀工作，同时电磁阀YVX11及及YV112、YV113、YV114打开，进行打开，进行套的套的污水净化工作。污水净化工作。(2)套进行污水净化工作时，通过压力表套进行污水净化工作时，通过压力表PIT1、PIT2，流量计，流量计FIT1、FIT2、FIT5对其管道中的压力与流量进行监测。当流量计对其管道中的压力与流量进行监测。
158、当流量计FIT5所检测到的流量所检测到的流量值小于某一给定的流量值时，说明值小于某一给定的流量值时，说明套的净化装置中发生了堵塞，此时套的净化装置中发生了堵塞，此时套净套净化停止，加压泵化停止，加压泵M1停止工作，电磁阀停止工作，电磁阀YVX11、YV112、YV113、YV114关闭，关闭，进行进行套反冲。由套反冲。由KM2控制的反冲泵控制的反冲泵M2工作，电磁阀工作，电磁阀YVX21、YV122和和YV123打开打开(反冲工作一段时间后自动停止反冲工作一段时间后自动停止)；同时，启动；同时，启动套净化装置进行净套净化装置进行净化。化。(3)套装置净化时，由接触器套装置净化时，由接触器KM1
159、控制的进水加压泵控制的进水加压泵M1(由变频器控制由变频器控制)工作，同时电磁阀工作，同时电磁阀YVX11及及YV212、YV213、YV214打开，同时通过压力表打开，同时通过压力表PIT3、PIT4，流量计，流量计FIT3、FIT4、FIT5对其管道中的压力和流量进行监测。当对其管道中的压力和流量进行监测。当流量计流量计FIT5所检测到的流量值小于某一给定的流量值时，说明所检测到的流量值小于某一给定的流量值时，说明套的净化装置套的净化装置中发生了堵塞，此时中发生了堵塞，此时套净化停止，加压泵套净化停止，加压泵M1停止工作，电磁阀停止工作，电磁阀10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实
160、例应用系统设计实例1.80第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.80YVX11及及YV212、YV213、YV214关闭，进行关闭，进行套反冲。由套反冲。由KM2控制的反冲泵控制的反冲泵M2工作，电磁阀工作，电磁阀YVX21、YV222和和YV223打开打开(反冲工作一段时间后自动停止反冲工作一段时间后自动停止)；同时，启动；同时，启动套净化装置进行净化，如此反复循环。套净化装置进行净化，如此反复循环。(4)套和套和套装置在工作过程中可通过停止按钮随时停止工作，套装置在工作过程中可通过停止按钮随时停止工作，套和套和套装置也可以单独进行反冲套装置也可以单独进行反冲
161、(设置相应的反冲启动按钮设置相应的反冲启动按钮)。(5)进水加压泵进水加压泵2采用变频器进行变频调速。采用变频器进行变频调速。(6)当当M1、M2过载时，会进行声、光报警，以提示操作人员进行处理。过载时，会进行声、光报警，以提示操作人员进行处理。(7)变频器故障时给变频器故障时给PLC提供相应的控制信号。提供相应的控制信号。(8)系统停止工作时，先停止水泵再关闭阀门。系统停止工作时，先停止水泵再关闭阀门。2.PLC控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计1)PLC控制系统的构成控制系统的构成根据系统的工艺流程及控制要求，系统中的开关量根据系统的工艺流程及控制要求，系统中的开关量I/O点共点共28点
162、，其中点，其中10点输入，点输入，18点输出。模拟量点输出。模拟量I/O点共点共10点，其中点，其中9点输入，点输入，1点输出。根据系统点输出。根据系统中的中的I/O点数并考虑一定的余量，设计系统的硬件配置如图点数并考虑一定的余量，设计系统的硬件配置如图10.24所示。所示。10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.81第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.81图图10.24旋转流管式膜微滤旋转流管式膜微滤PLC控制系统的硬件组成控制系统的硬件组成10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.82第第1010章章
163、可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.82整个系统的整个系统的PLC硬件选择硬件选择SIEMENS公司的公司的S7-200系列系列PLC，其中主机为，其中主机为CPU224，两个数字量输出扩展模块，两个数字量输出扩展模块EM222，3个模拟量混合扩展模块个模拟量混合扩展模块EM235。(1)主机主机CPU224模块。模块。CPU224选择型号为选择型号为CPU224AC/DC/继电器。其继电器。其本机集成了本机集成了14点输入点输入/10点输出，共有点输出，共有24点数字量点数字量I/O。它可以连接。它可以连接7个扩展模块，个扩展模块，最大扩展至最大扩展至168点数字量点数字量I
164、/O或或35路模拟量路模拟量I/O。CPU224配有配有1个个RS-485通信通信/编编程口，具有程口，具有PPI通信、通信、MPI通信和自由方式通信能力，是具有较强控制能力的小通信和自由方式通信能力，是具有较强控制能力的小型控制器。型控制器。(2)EM222数字量输出模块。数字量输出模块。EM222数字量输出模块有两种类型。一种数字量输出模块有两种类型。一种为为8点点24V直流输出型，另一种为直流输出型，另一种为8点继电器输出型。两种类型均有隔离，本系点继电器输出型。两种类型均有隔离，本系统选用继电器输出型。统选用继电器输出型。(3)EM235模拟量混合模块。模拟量混合模块。EM235具有具
165、有4路模拟量输入和路模拟量输入和1路模拟量输路模拟量输出。它的输入信号可以是不同量程的电压或电流。其电压、电流的量程由开关出。它的输入信号可以是不同量程的电压或电流。其电压、电流的量程由开关SW1SW6设量。设量。EM235有有1路模拟量输出，其输出可以是电压，也可以是电路模拟量输出，其输出可以是电压，也可以是电流。流。2)系统系统I/O点的配置点的配置(1)CPU224的的I/O配置如图配置如图10.25所示。所示。10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.83第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.83图图10.25CPU224的的I
166、/O配置图配置图10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.84第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.84(2) EM222两两块块数字量数字量输输出模出模块块的的I/O配置如配置如图图10.26和和图图10.27所示。所示。 图10.26 EM222-1 I/O配置图 图10.27 EM222-2 I/O配置10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.85第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.85(3)3块块EM235模拟量混合模块的配置如图模拟量混合模块的配置如图10.28图图1
167、0.30所示。所示。图图10.28EM235-1的配置图的配置图图图10.29EM235-2的配置图的配置图10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.86第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.86图图10.30EM235-3的配置图的配置图10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.87第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.873)I/O地址分配表地址分配表根据以上各模块的根据以上各模块的I/O配置图，可以得到系统的配置图，可以得到系统的I/O地址分配表，它是编地址分配表，它是编写
168、系统梯形图的依据。写系统梯形图的依据。I/O地址分配合理，会有利于程序的编写，否则会给系地址分配合理，会有利于程序的编写，否则会给系统的编程带来不必要的麻烦。统的编程带来不必要的麻烦。I/O地址分配为表地址分配为表10-5所示。所示。表表10-5I/O地址分配表地址分配表名名称称地地址址7FIF1AIW168FIF2AIW189FIF3AIW2010变频器变频器AQW010.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.88第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.88名名称称地地址址11一套净化启动一套净化启动I0.012一套反冲启动一套反冲启动I
169、0.113二套净化启动二套净化启动I0.214二套反冲启动二套反冲启动I0.315报警解除按钮报警解除按钮I0.416热继电器热继电器FR1I0.517热继电器热继电器FR2I0.618热继电器热继电器FR3I0.719一套停止一套停止I1.020二套停止二套停止I1.121手动手动自动自动I1.210.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.89第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.89名名称称地地址址22YVX11Q0.023YV112Q0.124YV113Q0.225YV114Q0.326YVX21Q0.427YV122Q0.528Y
170、V123Q0.629YV212Q0.730YV213Q1.031YV214Q2.132YV222Q2.210.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.90第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.90名名称称地地址址33YV223Q2.434KM1Q3.035KM2Q3.136HL1Q3.437HL2Q3.538HL3Q3.639声音报警声音报警Q3.710.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.91第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.913PLC控制系统的软件设计控制系统的软件设计1)
171、系统程序的编制系统程序的编制在充分理解工艺流程和控制要求后，依据系统的在充分理解工艺流程和控制要求后，依据系统的I/O配置，编制系统的程配置，编制系统的程序。由于梯形图所占篇幅较大，所以其程序以序。由于梯形图所占篇幅较大，所以其程序以STL语言的形式表现。语言的形式表现。NETWORK1/检测流量值和压力值检测流量值和压力值LDSM0.0MOVWPIT1,VW2MOVWPIT2,VW4MOVWPIT3,VW10MOVWPIT4,VW12MOVWFIT1,VW16MOVWFIT2,VW18MOVWFIT3,VW20MOVWFIT4,VW8MOVWFIT5,VW30NETWORK2/一套净化的启动
172、一套净化的启动10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.92第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.92LD一套净化启动一套净化启动OM0.0OM1.5ANM0.1ANM0.3ANM0.5A一套停止一套停止=M0.0NETWORK3/二套净化的启动二套净化的启动LD二套净化启动二套净化启动OM0.1OM0.5ANM0.0ANM0.4A二套停止二套停止ANM1.5=M0.110.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.93第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.93NETWORK4/一套反
173、冲的启动一套反冲的启动LD一套反冲启动一套反冲启动OM0.3OM0.5ANM0.4ANM0.0ANT37=M0.3NETWORK5/二套反冲的启动二套反冲的启动LD二套反冲启动二套反冲启动OM0.4OM1.5ANM0.3ANM0.1ANT38=M0.4NETWORK6/一套净化的进水加压泵的控制一套净化的进水加压泵的控制10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.94第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.94LDM0.0=KM1净化泵净化泵NETWORK7LDM0.0OM3.5ANM3.0=M3.5NETWORK8/一套净化电磁阀一套净化
174、电磁阀YVX11、YV112、YV113、YV114的控制的控制LDM3.5=YVX11=YV112=YV113=YV114NETWORK9/二套净化的进水加压泵的控制二套净化的进水加压泵的控制LDM0.1=KM1净化泵净化泵10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.95第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.95NETWORK10LDM0.1OM3.6ANM3.1=M3.6NETWORK11/二套净化电磁阀二套净化电磁阀YVX11及及YV212、YV213、YV214的控制的控制LDM3.6=YVX11=YV212=YV213=YV21
175、4NETWORK12/FIT5流量值与设量值的比较流量值与设量值的比较LDW=VW0,+100LPSAM0.010.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.96第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.96=M0.5LPPAM0.1=M1.5NETWORK13/一套自动反冲时的定时一套自动反冲时的定时LDM0.5OM0.6ANT37=M0.6NETWORK14LDM0.6ANT37TONT37,T1NETWORK15/二套自动反冲时的定时二套自动反冲时的定时LDM1.5OM1.610.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1
176、.97第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.97ANT38=M1.6NETWORK16LDM1.6ANT38TONT38,T1NETWORK17/一、二套反冲泵的控制一、二套反冲泵的控制LDM0.3OM0.4=KM2反冲泵反冲泵NETWORK18/一套反冲电磁阀一套反冲电磁阀YVX21、YV122和和YV123的控制的控制LDM0.3=YVX21=YV122=YV123NETWORK19/二套反冲二套反冲10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.98第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.98LDM0.4=
177、YVX21=YV222=YV223NETWORK20/KM1过载报警过载报警LD热继电器热继电器FR1EDOM2.0A报警解除按钮报警解除按钮=M2.0NETWORK21/KM1过载报警过载报警LDM2.0=HL1=声音报警声音报警NETWORK22/KM2过载报警过载报警LD热继电器热继电器FR2ED10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.99第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.99OM2.1A报警解除按钮报警解除按钮=M2.1NETWORK23/KM2过载报警过载报警LDM2.1=HL2=声音报警声音报警NETWORK24/变频
178、器故障报警变频器故障报警LDI1.3EDOM2.2A报警解除按钮报警解除按钮=M2.2NETWORK25LDM2.2=HL3=声音报警声音报警10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.100第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.100NETWORK26/一套净化先停泵后停阀的控制一套净化先停泵后停阀的控制LDM0.0EDOM3.0ANT39=M3.0NETWORK27LDM3.0ANT39TONT39,T3NETWORK28/二套净化先停泵后停阀的控制二套净化先停泵后停阀的控制LDM0.1EDOM3.1ANT40=M3.110.5 PL
179、C10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.101第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.101NETWORK29LDM3.1ANT40TONT40,T32)系统程序的调试及运行系统程序的调试及运行首先将程序进行编译，通过后下载到首先将程序进行编译，通过后下载到CPU224中，通过模拟开关的扳动，中，通过模拟开关的扳动，观察各模块的输出状态，也可以通过观察梯形图中的程序状态来反映输出的变观察各模块的输出状态，也可以通过观察梯形图中的程序状态来反映输出的变化，程序正常工作后即可进行现场调试，然后投入使用。化，程序正常工作后即可进行现场调试，然后投入使用。1
180、0.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.102第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.10210.5.2组合机床机械滑台组合机床机械滑台PLC控制系统设计控制系统设计在很多企业中，由于设备老化已不能满足实际生产的需要，需要对旧设备在很多企业中，由于设备老化已不能满足实际生产的需要，需要对旧设备进行改造，包括工艺设备及电气控制设备的改造。在传统的控制设备中，通常进行改造，包括工艺设备及电气控制设备的改造。在传统的控制设备中，通常采用电气控制系统采用电气控制系统(主要由继电器、接触器构成主要由继电器、接触器构成)，这种设备工作可靠性较低，这种
181、设备工作可靠性较低，而采用而采用PLC进行系统改造后，系统不仅可靠性会得到提高，而且会降低系统的进行系统改造后，系统不仅可靠性会得到提高，而且会降低系统的成本。成本。1组合机床机械滑台电气控制线路的分析组合机床机械滑台电气控制线路的分析组合机床机械滑台具有一次工进的电气控制线路如图组合机床机械滑台具有一次工进的电气控制线路如图10.31所示。该控制线所示。该控制线路中有两台进给电动机，一台为快速进给电动机，用来拖动滑台快进和快退运路中有两台进给电动机，一台为快速进给电动机，用来拖动滑台快进和快退运动；另一台为慢速工进拖动电动机。主轴旋转由另一台专门电动机拖动，由动；另一台为慢速工进拖动电动机。
182、主轴旋转由另一台专门电动机拖动，由KM控制控制(图中虚线内图中虚线内)。滑台在快进或快退过程中，工作进给电动机可以工作，。滑台在快进或快退过程中，工作进给电动机可以工作，也可以不工作。若两台电动机同时工作，则快进和快退的速度不等，快进时的也可以不工作。若两台电动机同时工作，则快进和快退的速度不等，快进时的速度等于快进速度和工进速度之和；快退时的速度等于快退速度与工进速度之速度等于快进速度和工进速度之和；快退时的速度等于快退速度与工进速度之差。而工作进给时只允许工进电动机单独工作，快速进给电动机应由电磁制动差。而工作进给时只允许工进电动机单独工作，快速进给电动机应由电磁制动器器YB制动。制动。1
183、0.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.103第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.103图图10.31组合机床机械滑台具有一次工进的电气控制线路图组合机床机械滑台具有一次工进的电气控制线路图10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.104第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.104图中图中SQ1、SQ2、SQ3分别为原位、快进转工进及终点限位开关，分别为原位、快进转工进及终点限位开关，SQ4为超行程保护限位开关，为超行程保护限位开关，SA为单独调整开关，为单独调整开关，YB为快
184、速电动机的电磁制动器，为快速电动机的电磁制动器，具有断电制动作用。对组合机床机械滑台具有一次工进的电气控制线路的分析具有断电制动作用。对组合机床机械滑台具有一次工进的电气控制线路的分析如下。如下。当主轴启动后，当主轴启动后，KM常开触点闭合，此时按下常开触点闭合，此时按下SB1，KM1得电并自锁，进得电并自锁，进电动机制动器电动机制动器YB通电松闸，电机通电松闸，电机M2正转，滑台快进，碰到限位开关正转，滑台快进，碰到限位开关SQ2时，时，由快进转入工进；此时电机由快进转入工进；此时电机M2断电并迅速制动，继电器线圈断电并迅速制动，继电器线圈KM2接通，电机接通，电机M1通电，碰到限位开关通电
185、，碰到限位开关SQ3时，电机时，电机M1断电，继电器线圈断电，继电器线圈KM3接通，电机接通，电机M2反转，进入快退，碰到限位开关反转，进入快退，碰到限位开关SQ1时，表明滑台已完成一个行程回到了时，表明滑台已完成一个行程回到了原位。在滑台工作的过程中，电动机原位。在滑台工作的过程中，电动机M1的正反转要进行互锁。的正反转要进行互锁。图中图中SA为方便滑台调整而设置的开关，为方便滑台调整而设置的开关，SQ4为超行程保护开关，当滑台为超行程保护开关，当滑台向前越位时，向前越位时，SQ4被压下，切断工作台进给电路而停车，同时可设报警装置，被压下，切断工作台进给电路而停车，同时可设报警装置，通知操作
186、者来处理。通知操作者来处理。SB2为快退按钮，在工作台进给过程中或因超行程而停止为快退按钮，在工作台进给过程中或因超行程而停止在终点位置时，按下在终点位置时，按下SB2，滑台便快退，回到原位自动停止。控制线路还具有，滑台便快退，回到原位自动停止。控制线路还具有过载保护功能，任一台电动机过载都将使控制电路断电。过载保护功能，任一台电动机过载都将使控制电路断电。10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.105第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.1052组合机床机械滑台具有一次工进的组合机床机械滑台具有一次工进的PLC控制系统的设计控制系统
187、的设计通过对组合机床机械滑台一次工进控制线路的分析可知，系统中共有开关通过对组合机床机械滑台一次工进控制线路的分析可知，系统中共有开关量量I/O点点13个，其中输入点个，其中输入点9个，输出点个，输出点4个。系统选用个。系统选用SIEMENSS7-200系列系列PLC中的中的CPU224即可满足控制需要，其即可满足控制需要，其I/O配置图及配置图及I/O地址分配表分别如图地址分配表分别如图10.32和表和表10-6所示，梯形图如图所示，梯形图如图10.33所示。所示。10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.106第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器
188、应用系统设计1.106图图10.32机械滑台具有一次工进机械滑台具有一次工进PLC控制系统的控制系统的I/O配置图配置图10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.107第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.107表表10-6I/O地址分配表地址分配表序序号号元器件名称元器件名称PLC地址地址1启动按钮启动按钮SB1I0.02停止按钮停止按钮SB2I0.13快退转工进限位开关快退转工进限位开关SQ2I0.24超行程限位开关超行程限位开关SQ4I0.35终点限位开关终点限位开关SQ3I0.46原位限位开关原位限位开关SQ1I0.57FR2(
189、M2过载保护过载保护)I0.68FR1(M1过载保护过载保护)I0.710.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.108第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.1089SAI1.010KM1Q0.011KM2Q0.112KM3Q0.213YBQ0.3序序号号元器件名称元器件名称PLC地址地址10.5 PLC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.109第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.109图图10.33机械滑台具有一次工进的机械滑台具有一次工进的PLC控制系统梯形图控制系统梯形图10.5 P
190、LC10.5 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例1.110第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.110思考题与习题思考题与习题10-1用用PLC对两台电动机对两台电动机Ml和和M2进行控制，控制要求分别如下。进行控制，控制要求分别如下。(1)启动：启动：M1、M2同时运转；停止：同时运转；停止：M1先停止，先停止，M2才能停。才能停。(2)启动：启动：Ml先运转，先运转，M2才能运转；停止：才能运转；停止：M2先停止，先停止，M1才能停止。才能停止。(3)启动：启动：M1先运转，稍后先运转，稍后M2跟着运转；停止：跟着运转；停止：M1和和M2同时停止。同时停
191、止。10-2有一台电动机的要求为按下启动按钮后，运行有一台电动机的要求为按下启动按钮后，运行15s后停止后停止8s，重复执，重复执行行5次后停止。要求设计其梯形图。次后停止。要求设计其梯形图。10-3对梯形图设计的控制要求如下。有一台对梯形图设计的控制要求如下。有一台4级皮带运输机，分别由级皮带运输机，分别由M1、M2、M3、M44台电动机拖动，其动作顺序为启动时要求按顺序启动；停车时要台电动机拖动，其动作顺序为启动时要求按顺序启动；停车时要求按反顺序停车。求按反顺序停车。10-4图图10.34为小车的往返车运行图，小车由异步电动机拖动，其动作为小车的往返车运行图，小车由异步电动机拖动，其动作
192、程序如下。程序如下。(1)小车由原位开始前进，到终端后自动停止。小车由原位开始前进，到终端后自动停止。(2)在终端停留在终端停留2min后自动返回原位停止。后自动返回原位停止。(3)要求能在前进或后退中任意位置都能停止或启动。要求能在前进或后退中任意位置都能停止或启动。试选择试选择PLC主机的型号，画出其主机的型号，画出其I/O模块分配图并设计其梯形图。模块分配图并设计其梯形图。1.111第第1010章章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计1.111图图10.34小车的往返运动小车的往返运动10-5两台电动机的控制要求为第两台电动机的控制要求为第1台先运转台先运转5s后停止，切换
193、到第后停止，切换到第2台运转，台运转，10s后第后第2台自动停止，试编写出相应的程序。台自动停止，试编写出相应的程序。10-6有有3台电动机，要求启动时每隔台电动机，要求启动时每隔8min依次启动一台，每台运行依次启动一台，每台运行8小小时自动停止。运行的过程中还可以用停止按钮将时自动停止。运行的过程中还可以用停止按钮将3台电动机同时停机，试编出台电动机同时停机，试编出其程序。其程序。10-7十字路口车行灯十字路口车行灯(有红、黄、绿有红、黄、绿3种颜色种颜色)和人行灯和人行灯(有红、绿两种颜有红、绿两种颜色色)的控制要求为开始车行绿灯亮，人行红灯亮，的控制要求为开始车行绿灯亮，人行红灯亮，30s后车行黄灯亮，后车行黄灯亮，15s后车后车行红灯亮，延时行红灯亮，延时5s，人行绿灯亮，过，人行绿灯亮，过15s，人行绿灯闪光，人行绿灯闪光5次次(每次亮每次亮0.5s)后人后人行红灯亮，延时行红灯亮，延时5s后车行绿灯亮，人行红灯亮，试编出其程序。后车行绿灯亮，人行红灯亮，试编出其程序。思考题与习题思考题与习题
