PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例4

第7章

PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)例

本章要點(diǎn)PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及常用的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用舉例PLC的裝配、檢測(cè)和維護(hù)

7.1應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

在了解了PLC的基本工作原理和指令系統(tǒng)之后，可以結(jié)合實(shí)際進(jìn)行PLC的設(shè)計(jì)，PLC的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，PLC設(shè)計(jì)的基本原則是：1.充分發(fā)揮PLC的控制功能，最大限度地滿足被控制的生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過程的控制要求。2.在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單，維修方便。3.保證控制系統(tǒng)安全可靠。4.考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選用PLC時(shí)，在I/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量上適當(dāng)留有余地。5.軟件設(shè)計(jì)主要是指編寫程序，要求程序結(jié)構(gòu)清楚，可讀性強(qiáng)，程序簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，掃描周期短。

7.2PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

7.2.1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟

1.PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.設(shè)計(jì)步驟

1.PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，進(jìn)行工藝分析，并確定控制方案，它是設(shè)計(jì)的依據(jù)。（2）選擇輸入設(shè)備（如按鈕、開關(guān)、傳感器等）和輸出設(shè)備（如繼電器、接觸器、指示燈等執(zhí)行機(jī)構(gòu)）。（3）選定PLC的型號(hào)（包括機(jī)型、容量、I/O模塊和電源等）。（4）分配PLC的I/O點(diǎn)，繪制PLC的I/O硬件接線圖。（5）編寫程序并調(diào)試。（6）設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的操作臺(tái)、電氣控制柜等以及安裝接線圖。（7）編寫設(shè)計(jì)說明書和使用說明書。

2.設(shè)計(jì)步驟

（1）工藝分析

深入了解控制對(duì)象的工藝過程、工作特點(diǎn)、控制要求，并劃分控制的各個(gè)階段，歸納各個(gè)階段的特點(diǎn)，和各階段之間的轉(zhuǎn)換條件，畫出控制流程圖或功能流程圖。（2）選擇合適的PLC類型在選擇PLC機(jī)型時(shí)，主要考慮下面幾點(diǎn)：1、功能的選擇。2、I/O點(diǎn)數(shù)的確定。3、內(nèi)存的估算。+定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量×2+通信接口個(gè)數(shù)×300+備用量。（3）分配I/O點(diǎn)。（4）程序設(shè)計(jì)。（5）控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。（6）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試。（7）編制技術(shù)文件。

1.PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書確定，進(jìn)行工藝分析，并確定控制方案，它是設(shè)計(jì)的依據(jù)。（2）選擇輸入設(shè)備（如按鈕、開關(guān)、傳感器等）和輸出設(shè)備（如繼電器、接觸器、指示燈等執(zhí)行機(jī)構(gòu)）。（3）選定PLC的型號(hào)（包括機(jī)型、容量、I/O模塊和電源等）。（4）分配PLC的I/O點(diǎn)，繪制PLC的I/O硬件接線圖。（5）編寫程序并調(diào)試。（6）設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的操作臺(tái)、電氣控制柜等以及安裝接線圖。（7）編寫設(shè)計(jì)說明書和使用說明書。2.設(shè)計(jì)步驟（1）工藝分析

（2）選擇合適的PLC類型

（3）分配I/O點(diǎn)

（4）程序設(shè)計(jì)

（5）控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工

（6）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試

（7）編制技術(shù)文件

鏈接文件夾第七章\001.doc7.2.2PLC的硬硬件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)和和軟軟件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)及及調(diào)調(diào)試試1.PLC的硬硬件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)PLC硬件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)包包括括：：PLC及外外圍圍線線路路的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)、、電電氣氣線線路路的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)和和抗抗干干擾擾措措施施的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)等等。。選定定PLC的機(jī)機(jī)型型和和分分配配I/O點(diǎn)后后，，硬硬件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的主主要要內(nèi)內(nèi)容容就就是是電電氣氣控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的原原理理圖圖的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)，，電電氣氣控控制制元元器器件件的的選選擇擇和和控控制制柜柜的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。。電電氣氣控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的原原理理圖圖包包括括主主電電路路和和控控制制電電路路。?？乜刂浦齐婋娐仿分兄邪ɡ≒LC的I/O接線線和和自自動(dòng)動(dòng)、、手手動(dòng)動(dòng)部部分分的的詳詳細(xì)細(xì)連連接接等等。。電電器器元元件件的的選選擇擇主主要要是是根根據(jù)據(jù)控控制制要要求求選選擇擇按按鈕鈕、、開開關(guān)關(guān)、、傳傳感感器器、、保保護(hù)護(hù)電電器器、、接接觸觸器器、、指指示示燈燈、、電電磁磁閥閥等等。。2.PLC的軟件設(shè)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)計(jì)包括系系統(tǒng)初始始化程序序、主程程序、子子程序、、中斷程程序、故故障應(yīng)急急措施和和輔助程程序的設(shè)設(shè)計(jì)，小小型開關(guān)關(guān)量控制制一般只只有主程程序。首首先應(yīng)根根據(jù)總體體要求和和控制系系統(tǒng)的具具體情況況，確定定程序的的基本結(jié)結(jié)構(gòu)，畫畫出控制制流程圖圖或功能能流程圖圖，簡(jiǎn)單單的可以以用經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)法設(shè)計(jì)計(jì)，復(fù)雜雜的系統(tǒng)統(tǒng)一般用用順序控控制設(shè)計(jì)計(jì)法設(shè)計(jì)計(jì)。3.軟件硬件件的調(diào)試試調(diào)試分模模擬調(diào)試試和聯(lián)機(jī)機(jī)調(diào)試。。軟件設(shè)計(jì)計(jì)好后一一般先作作模擬調(diào)調(diào)試。模模擬調(diào)試試可以通通過仿真真軟件來來代替PLC硬件在計(jì)計(jì)算機(jī)上上調(diào)試程程序。用用編程軟軟件將輸輸出點(diǎn)強(qiáng)強(qiáng)制ON/OFF，觀察對(duì)應(yīng)應(yīng)的控制制柜內(nèi)PLC負(fù)載（指指示燈、、接觸器器等）的的動(dòng)作是是否正常常，或?qū)?duì)應(yīng)的接接線端子子上的輸輸出信號(hào)號(hào)的狀態(tài)態(tài)變化是是否正確確。聯(lián)機(jī)調(diào)試試時(shí)，把把編制好好的程序序下載到到現(xiàn)場(chǎng)的的PLC中。調(diào)試試時(shí)，主主電路一一定要斷斷電，只只對(duì)控制制電路進(jìn)進(jìn)行聯(lián)機(jī)機(jī)調(diào)試。。通過現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的聯(lián)聯(lián)機(jī)調(diào)試試，還會(huì)會(huì)發(fā)現(xiàn)新新的問題題或?qū)δ衬承┛刂浦乒δ艿牡母倪M(jìn)。。7.2.3PLC程序設(shè)計(jì)計(jì)常用的的方法PLC程序設(shè)計(jì)計(jì)常用的的方法主主要有經(jīng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)法、繼繼電器控控制電路路轉(zhuǎn)換為為梯形圖圖法、邏邏輯設(shè)計(jì)計(jì)法、順順序控制制設(shè)計(jì)法法等。1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)法鏈接文件件夾第七七章\005.doc。2.繼電器控控制電路路轉(zhuǎn)換為為梯形圖圖法鏈接文件件夾第七七章\006.doc。3.邏輯設(shè)計(jì)計(jì)法鏈接文件件夾第七七章\007.doc。4.順序控制制設(shè)計(jì)法法鏈接文件件夾第七七章\008.doc。1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)法即在在一些典典型的控控制電路路程序的的基礎(chǔ)上上，根據(jù)據(jù)被控制制對(duì)象的的具體要要求，進(jìn)進(jìn)行選擇擇組合，，并多次次反復(fù)調(diào)調(diào)試和修修改梯形形圖，有有時(shí)需增增加一些些輔助觸觸點(diǎn)和中中間編程程環(huán)節(jié)，，才能達(dá)達(dá)到控制制要求。。這種方方法沒有有規(guī)律可可遵循，，設(shè)計(jì)所所用的時(shí)時(shí)間和設(shè)設(shè)計(jì)質(zhì)量量與設(shè)計(jì)計(jì)者的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)有很很大的關(guān)關(guān)系，所所以稱為為經(jīng)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)法。。經(jīng)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)法用用于較簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的梯梯形圖設(shè)設(shè)計(jì)。應(yīng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)法法必須熟熟記一些些典型的的控制電電路，如如起保停停電路、、脈沖發(fā)發(fā)生電路路等，這這些電路路在前面面的章節(jié)節(jié)中已經(jīng)經(jīng)介紹過過。2.繼電器控控制電路路轉(zhuǎn)換為為梯形圖圖法（1）熟悉現(xiàn)現(xiàn)有的繼繼電器控控制線路路。（2）對(duì)照PLC的I/O端子接線線圖，將將繼電器器電路圖圖上的被被控器件件（如接接觸器線線圈、指指示燈、、電磁閥閥等）換換成接線線圖上對(duì)對(duì)應(yīng)的輸輸出點(diǎn)的的編號(hào)，，將電路路圖上的的輸入裝裝置（如如傳感器器、按鈕鈕開關(guān)、、行程開開關(guān)等））觸點(diǎn)都都換成對(duì)對(duì)應(yīng)的輸輸入點(diǎn)的的編號(hào)。。（3）將繼電電器電路路圖中的的中間繼繼電器、、定時(shí)器器，用PLC的輔助繼繼電器、、定時(shí)器器來代替替。（4）畫出全全部梯形形圖，并并予以簡(jiǎn)簡(jiǎn)化和修修改。鏈接文件件夾第七七章\006.doc3.邏邏輯設(shè)計(jì)計(jì)法邏輯設(shè)計(jì)計(jì)法是以以布爾代代數(shù)為理理論基礎(chǔ)礎(chǔ)，根據(jù)據(jù)生產(chǎn)過過程中各各工步之之間的各各個(gè)檢測(cè)測(cè)元件（（如行程程開關(guān)、、傳感器器等）狀狀態(tài)的變變化，列列出檢測(cè)測(cè)元件的的狀態(tài)表表，確定定所需的的中間記記憶元件件，再列列出各執(zhí)執(zhí)行元件件的工序序表，然然后寫出出檢測(cè)元元件、中中間記憶憶元件和和執(zhí)行元元件的邏邏輯表達(dá)達(dá)式，再再轉(zhuǎn)換成成梯形圖圖。該方方法在單單一的條條件控制制系統(tǒng)中中，非常常好用，，相當(dāng)于于組合邏邏輯電路路，但和和時(shí)間有有關(guān)的控控制系統(tǒng)統(tǒng)中，就就很復(fù)雜雜。鏈接文件件夾第七七章\007.doc4.順順序控制制設(shè)計(jì)法法根據(jù)功能能流程圖圖，以步步為核心心，從起起始步開開始一步步一步地地設(shè)計(jì)下下去，直直至完成成。此法法的關(guān)鍵鍵是畫出出功能流流程圖。。首先將將被控制制對(duì)象的的工作過過程按輸輸出狀態(tài)態(tài)的變化化分為若若干步，，并指出出工步之之間的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換條件件和每個(gè)個(gè)工步的的控制對(duì)對(duì)象。（1）單流程程及編程程方法功能流程程圖的單單流程結(jié)結(jié)構(gòu)形式式簡(jiǎn)單，，如圖7-7所示，鏈接文件件夾第七七章\33.doc其特點(diǎn)是是：每一一步后面面只有一一個(gè)轉(zhuǎn)換換，每個(gè)個(gè)轉(zhuǎn)換后后面只有有一步。。各個(gè)工工步按順順序執(zhí)行行，上一一工步執(zhí)執(zhí)行結(jié)束束，轉(zhuǎn)換換條件成成立，立立即開通通下一工工步，同同時(shí)關(guān)斷斷上一工工步。用用順序控控制指令令來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)功能流流程圖的的編程方方法，在在前面的的章節(jié)已已經(jīng)介紹紹過了，，在這里里將重點(diǎn)點(diǎn)介紹用用中間繼繼電器M來記憶工工步的編編程方法法。1使用起保保停電路路模式的的編程方方法在梯形圖圖中，為為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)前級(jí)步步為活動(dòng)動(dòng)步且轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換條件件成立時(shí)時(shí)，才能能進(jìn)行步步的轉(zhuǎn)換換，總是是將代表表前級(jí)步步的中間間繼電器器的常開開接點(diǎn)與與轉(zhuǎn)換條條件對(duì)應(yīng)應(yīng)的接點(diǎn)點(diǎn)串聯(lián)，，作為代代表后續(xù)續(xù)步的中中間繼電電器得電電的條件件。當(dāng)后后續(xù)步被被激活，，應(yīng)將前前級(jí)步關(guān)關(guān)斷，所所以用代代表后續(xù)續(xù)步的中中間繼電電器常閉閉接點(diǎn)串串在前級(jí)級(jí)步的電電路中。。2使用置位位、復(fù)位位指令的的編程方方法S7-200系列PLC有置位和和復(fù)位指指令，且且對(duì)同一一個(gè)線圈圈置位和和復(fù)位指指令可分分開編程程，所以以可以實(shí)實(shí)現(xiàn)以轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換條件件為中心心的編程程。當(dāng)前步為為活動(dòng)步步且轉(zhuǎn)換換條件成成立時(shí)，，用S將代表后后續(xù)步的的中間繼繼電器置置位（激激活），，同時(shí)用用R將本步復(fù)復(fù)位（關(guān)關(guān)斷）。。如用M0.0的常開接接點(diǎn)和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換條件件I0.0的常開接接點(diǎn)串聯(lián)聯(lián)作為M0.1置位的條條件，同同時(shí)作為為M0.0復(fù)位的條條件。這這種編程程方法很很有規(guī)律律，每一一個(gè)轉(zhuǎn)換換都對(duì)應(yīng)應(yīng)一個(gè)S/R的電路塊塊，有多多少個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換就有有多少個(gè)個(gè)這樣的的電路塊塊。用置置位、復(fù)復(fù)位指令令編制的的梯形圖圖程序如如圖7-10所示。鏈接文件件夾第七七章\34.doc3使用移位位寄存器器指令編編程的方方法單流程的的功能流流程圖各各步總是是順序通通斷，并并且同時(shí)時(shí)只有一一步接通通，因此此很容易易采用移移位寄存存器指令令實(shí)現(xiàn)這這種控制制?？梢砸灾付ㄒ灰粋€(gè)兩位位的移位位寄存器器，用M0.1、M0.2代表有有輸出出的兩兩步，，移位位脈沖沖由代代表步步狀態(tài)態(tài)的中中間繼繼電器器的常常開接接點(diǎn)和和對(duì)應(yīng)應(yīng)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換條條件組組成的的串聯(lián)聯(lián)支路路并聯(lián)聯(lián)提供供，數(shù)數(shù)據(jù)輸輸入端端（DATA）的數(shù)據(jù)據(jù)由初初始步步提供供。對(duì)對(duì)應(yīng)的的梯形形圖程程序如如圖7-11所示。。鏈接文文件夾夾第七七章\35.doc7.2.4PLC程序設(shè)設(shè)計(jì)步步驟1.程序設(shè)設(shè)計(jì)前前的準(zhǔn)準(zhǔn)備工工作程序設(shè)設(shè)計(jì)前前的準(zhǔn)準(zhǔn)備工工作就就是要要了解解控制制系統(tǒng)統(tǒng)的全全部功功能、、規(guī)模模、控控制方方式、、輸入入/輸出信信號(hào)的的種類類和數(shù)數(shù)量、、是否否有特特殊功功能的的接口口、與與其它它設(shè)備備的關(guān)關(guān)系、、通信信的內(nèi)內(nèi)容與與方式式等，，從而而對(duì)整整個(gè)控控制系系統(tǒng)建建立一一個(gè)整整體的的概念念。接接著進(jìn)進(jìn)一步步熟悉悉被控控對(duì)象象，可可把控控制對(duì)對(duì)象和和控制制功能能按照照響應(yīng)應(yīng)要求求、信信號(hào)用用途或或控制制區(qū)域域分類類，確確定檢檢測(cè)設(shè)設(shè)備和和控制制設(shè)備備的物物理位位置，，了解解每一一個(gè)檢檢測(cè)信信號(hào)和和控制制信號(hào)號(hào)的形形式、、功能能、規(guī)規(guī)模及及之間間的關(guān)關(guān)系。。2.設(shè)計(jì)程程序框框圖根據(jù)軟軟件設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)格書書的總總體要要求和和控制制系統(tǒng)統(tǒng)的具具體情情況，，確定定應(yīng)用用程序序的基基本結(jié)結(jié)構(gòu)、、按程程序設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)繪繪制出出程序序結(jié)構(gòu)構(gòu)框圖圖，然然后再再根據(jù)據(jù)工藝藝要求求，繪繪出各各功能能單元元的功功能流流程圖圖。3.編寫程程序根據(jù)設(shè)設(shè)計(jì)出出的框框圖逐逐條地地編寫寫控制制程序序。編編寫過過程中中要及及時(shí)給給程序序加注注釋。。4.程序調(diào)調(diào)試調(diào)試時(shí)時(shí)先從從各功功能單單元入入手，，設(shè)定定輸入入信號(hào)號(hào)，觀觀察輸輸出信信號(hào)的的變化化情況況。各各功能能單元元調(diào)試試完成成后，，再調(diào)調(diào)試全全部程程序，，調(diào)試試各部部分的的接口口情況況，直直到滿滿意為為止。。程序序調(diào)試試可以以在實(shí)實(shí)驗(yàn)室室進(jìn)行行，也也可以以在現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)進(jìn)行。。如果果在現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)進(jìn)行測(cè)測(cè)試，，需將將可編編程控控制器器系統(tǒng)統(tǒng)與現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信信號(hào)隔隔離，，可以以切斷斷輸入入/輸出模模板的的外部部電源源，以以免引引起機(jī)機(jī)械設(shè)設(shè)備動(dòng)動(dòng)作。。程序序調(diào)試試過程程中先先發(fā)現(xiàn)現(xiàn)錯(cuò)誤誤，后后進(jìn)行行糾錯(cuò)錯(cuò)?；驹瓌t是是“集集中發(fā)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)錯(cuò)誤，，集中中糾正正錯(cuò)誤誤。5.編寫程程序說說明書書在說明明書中中通常常對(duì)程程序的的控制制要求求、程程序的的結(jié)構(gòu)構(gòu)、流流程圖圖等給給以必必要的的說明明，并并且給給出程程序的的安裝裝操作作使用用步驟驟等。。7.3應(yīng)用舉舉例7.3.1機(jī)械手手的模模擬控控制7.3.2組合機(jī)機(jī)床的的控制制7.3.3除塵室室PLC控制7.3.3水塔水水位的的模擬擬控制制實(shí)訓(xùn)訓(xùn)7.3.4溫度的的檢測(cè)測(cè)與控控制實(shí)實(shí)訓(xùn)7.3.1機(jī)械手手的模模擬控控制圖7-29為傳送送工件件的某某機(jī)械械手的的工作作示意意圖，，其任任務(wù)是是將工工件從從傳送送帶A搬運(yùn)到到傳送送帶B。1.控制要要求鏈接文文件夾夾第七七章\009.doc2.I/O分配鏈接文文件夾夾第七七章\010.doc3.控制程程序設(shè)設(shè)計(jì)鏈接文文件夾夾第七七章\011.doc4.輸入程程序，，調(diào)試試并運(yùn)運(yùn)行程程序鏈接文文件夾夾第七七章\012.doc7.3.2組合機(jī)床的的控制兩工位鉆孔孔、攻絲組組合機(jī)床，，能自動(dòng)完完成工件的的鉆孔和攻攻絲加工，，自動(dòng)化程程度高，生生產(chǎn)效率高高。兩工位位鉆孔、攻攻絲組合機(jī)機(jī)床如圖7-32所示鏈接文件夾夾第七章\013.doc1.控制要求鏈接文件夾夾第七章\014.doc2.I/O分配鏈接文件夾夾第七章\015.doc3.程序設(shè)計(jì)鏈接文件夾夾第七章\016.doc4.程序的調(diào)試試和運(yùn)行鏈接文件夾夾第七章\017.doc7.3.3除塵室PLC控制在制藥、水水廠等一些些對(duì)除塵要要求比較嚴(yán)嚴(yán)格的車間間，人、物物進(jìn)入這些些場(chǎng)合首先先