第7章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

主講教師：朱清友長江師范學院物理學與電子工程學院可編程控制器教程1第7章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

主要內(nèi)容

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計實例

2023/1/3127.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟

分析控制對象

PLC的選擇

I/O地址分配程序設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試固化程序編寫技術(shù)文件

31.分析控制對象

明確了控制任務和要求，擬定控制方案。

2.PLC的選擇選擇合適的機型

I/O點數(shù)的估算用戶存儲器容量的估算

CPU功能與結(jié)構(gòu)的選擇3.I/O地址分配對軟件設(shè)計來說，I/O地址分配以后才可進行編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。4.程序設(shè)計根據(jù)控制要求設(shè)計出梯形圖、或功能塊圖、或語句表等語言的程序，這是整個設(shè)計的核心工作。47.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計實例例：臺車呼車控制

1．工藝過程一部電動運輸車供8個加工點使用。PLC上電后，車停在某個加工點（工位），若無用車呼叫（呼車）時，則各工位的指示燈亮，表示各工位可以呼車。某工作人員按本工位的呼車按鈕呼車時，各位的指示燈均滅，此時別的工位呼車無效。如停車位呼車時，小車不動；呼車工位號大于停車位時，小車自動向高位行駛；當呼車位號小于停車位號時，小車自動向低位行駛；當小車到呼車工位時自動停車。停車時間為30s供呼車工位使用，其他加工點不能呼車。從安全角度出發(fā)，停電再來電時，小車不會自行啟動。52．系統(tǒng)控制方案

63．PLC系統(tǒng)選擇選擇S7-200CPU224基本單元（14入/10出）1臺及EM221擴展單元（8入）1臺組成系統(tǒng)。

4．I/O地址分配輸入輸出限位開關(guān)ST1I0.0呼車按鈕SB1I2.0電機正轉(zhuǎn)接觸器Q0.0限位開關(guān)ST2I0.1呼車按鈕SB2I2.1電機反轉(zhuǎn)接觸器Q0.1限位開關(guān)ST3I0.2呼車按鈕SB3I2.2可呼車指示Q0.2限位開關(guān)ST4I0.3呼車按鈕SB4I2.3限位開關(guān)ST5I0.4呼車按鈕SB5I2.4限位開關(guān)ST6I0.5呼車按鈕SB6I2.5限位開關(guān)ST7I0.6呼車按鈕SB7I2.6限位開關(guān)ST8I0.7呼車按鈕SB8I2.7系統(tǒng)啟動按鈕I1.0系統(tǒng)停止按鈕I1.1表7-1呼車系統(tǒng)輸入/輸出端口安排785．程序設(shè)計

9位置開關(guān)呼車按鈕1011

設(shè)計一個三相異步電動機Y/△降壓啟動的PLC控制系統(tǒng) 三相異步電動機Y/△降壓啟動接觸器—繼電器控制原理圖，其控制要求:①按下啟動按鈕SB2，KM1和KM3吸合，電動機Y型起動，8s后，KM3斷開，KM2吸合，電動機△運行，啟動完成；②按下停止按鈕SB1，接觸器全部斷開，電動機停止運行；③如果電動機超負荷運行，熱繼電器FR斷開，電動機停止運行。12三相異步電動機Y/△降壓啟動電氣控制原理圖13輸入信號輸出信號PLC地址電氣符號功能說明PLC地址電氣符號功能說明I0.1SB2啟動按鈕，常開觸點Q0.1KM1接觸器線圈I0.2SB1停止按鈕，常閉觸點Q0.2KM2△接法接觸器線圈I0.3FR熱繼電器，常閉觸點Q0.3KM3Y接法接觸器線圈(1)I/O端口分配14(2)三相異步電動機Y/△降壓啟動的PLC控制系統(tǒng)外部接線圖如圖所示。15(3)程序設(shè)計16要求：用I0.0控制接在Q0.0～Q0.7上的8個彩燈循環(huán)移位，從右到左以0.5s的速度依次點亮，保持任意時刻只有一個指示燈亮，到達最左端后，再從右到左依次點亮。

分析：8個彩燈循環(huán)移位控制，可以用字節(jié)的循環(huán)移位指令。根據(jù)控制要求，首先應置彩燈的初始狀態(tài)為QB0=1，即右邊第一盞燈亮；接著燈從右到左以0.5s的速度依次點亮，即要求字節(jié)QB0中的“1”用循環(huán)左移位指令每0.5s移動一位，因此須在ROL-B指令的EN端接一個0.5s的移位脈沖(可用定時器指令實現(xiàn))。彩燈循環(huán)移位控制設(shè)計17LDSM0.1//首次掃描時MOVB1·QB0//置8位彩燈初態(tài)LDI0.0//T37產(chǎn)生周期為ANT370.5s的移位脈沖TONT37·+5

LDT37//每來一個脈沖RLBQB0·1

彩燈循環(huán)左移1位18

設(shè)計一個按鈕控制的8彩燈依次點亮的PLC控制系統(tǒng)

要求：當按下啟動按鈕SB1時，點亮彩燈L1，之后每按一次SB2·彩燈后移一位彩燈亮，按鈕SB3為停止按鈕，如果按下停止按鈕SB3時，所有的彩燈都熄滅。

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(1)I/O端口分配輸入信號輸出信號PLC地址電氣符號功能說明PLC地址電氣符號功能說明I0.0SB1啟動按鈕，常開Q0.0～Q0.8L1～L88個彩燈I0.1SB2控制按鈕，常開I0.2SB3停止按鈕，常開20(2)按鈕控制的8彩燈依次點亮的PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖如圖所示。21(3)程序設(shè)計22 控制要求:用HL1～HL4四個霓虹燈，分別做成“歡迎光臨”四個字。其閃爍要求見表，其時間間隙為1s，反復循環(huán)進行。

步序燈號12345678HL1亮亮亮HL2亮亮亮HL3亮亮亮HL4亮亮亮設(shè)計霓虹燈閃爍的PLC控制23(1)I/O端口分配輸入信號輸出信號PLC地址電氣符號功能說明PLC地址電氣符號功能說明I0.0SB1起動按鈕，常開Q0.0HL1“歡“字燈Q0.1HL2“迎“字燈Q0.2HL3“光“字燈Q0.3HL4“臨“字燈24(2)

PLC外部接線如圖所示。25(3)程序設(shè)計。26梯形圖LAD語句表STL功能

SEGIN，OUT當使能位EN為1時，將輸入字節(jié)IN的低四位有效數(shù)字值，轉(zhuǎn)換為七段顯示碼，并輸出到字節(jié)OUT七段顯示譯碼指令27七段顯示碼的編碼規(guī)則28七段顯示碼指令的用法

a)梯形圖程序

b)執(zhí)行結(jié)果29停車場數(shù)碼顯示PLC控制系統(tǒng)

某停車場最多可停50輛車，用2位數(shù)碼管顯示停車數(shù)量。用出入傳感器檢測進出車輛數(shù)，每進一輛車停車數(shù)量增1，每出一輛車停車數(shù)量減1。場內(nèi)停車數(shù)量小于45時，入口處綠燈亮，允許入場；等于和大于45但小于50時，綠燈閃爍，提醒待進場車輛司機注意將滿場；等于50時，紅燈亮，禁止車輛入場。停車場輸入、輸出設(shè)備位置示意圖如圖所示。停車場輸入/輸出設(shè)備位置示意圖30(1)I/O端口分配輸入信號輸出信號PLC地址電氣符號功能說明PLC地址功能說明I0.0傳感器IN檢測進場車輛Q0.6～Q0.0個位數(shù)顯示I0.1傳感器OUT檢測出場車輛Q1.0綠燈，允許信號Q1.1紅燈，禁行信號Q2.6～Q2.0十位數(shù)顯示31停車場控制電路接線圖32(3)程序設(shè)計。33

要求：在十字路口的東西南北方向裝設(shè)紅、綠、黃燈，它們按照一定時序輪流發(fā)亮。信號燈受一個啟動開關(guān)控制，當啟動開關(guān)接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，首先南北紅燈亮，東西綠燈亮，南北紅燈亮維持15s，東西綠燈亮維持10s；到10s時，東西綠燈閃亮，綠燈閃亮周期為1s（亮0.5s，熄0.5s），綠燈閃亮3s后熄滅，東西黃燈亮，并維持2s，到2s時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄滅，南北綠燈亮，綠燈亮維持10s；到10s時，南北綠燈閃亮，綠燈閃亮周期為1

s（亮0.5s，熄0.5s），綠燈閃亮3s后熄滅，南北黃燈亮，并維持2s，到2s時，南北黃燈熄滅，南北紅燈亮，同時東西紅燈熄滅，東西綠燈亮；開始第二周期的動作，以后周而復始地循環(huán)。當啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈熄滅。交通信號燈的PLC控制系統(tǒng)3435（1）I/O端口分配

輸入信號輸出信號PLC地址電氣符號功能說明PLC地址電氣符號功能說明I0.0SB1啟動按鈕，常開Q0.3HL1南北綠燈I0.1SB2停止開關(guān),常閉Q0.4HL2南北黃燈Q0.5HL3南北紅燈Q0.0HL4東西綠燈Q0.1HL5東西黃燈Q0.2HL6東西紅燈36(2)十字路口交通燈控制系統(tǒng)的PLC外部接線圖37(3)程序設(shè)計38任務：液體攪拌機的PLC控制系統(tǒng)如圖所示為一液體A和液體B混合攪拌機示意圖。在圖中，H為高液面，ST1為高液位傳感器；M為中液面，ST2為中液位傳感器；L為低液面，ST3為低液位傳感器；YV1、YV2、YV3為電磁閥；當液面到達相應位置時，相應的傳感器送出ON信號，否則為OFF?？刂埔螅撼跏紶顟B(tài)下，容器為空容器，電磁閥YV1、YV2、YV3為關(guān)閉狀態(tài)；傳感器ST1、ST2、ST3為OFF狀態(tài)，攪拌器M未啟動。其控制要求是：①按下啟動按鈕SB1，電磁閥YV1打開，液體A開始注入容器內(nèi)，經(jīng)過一定時間，液體達到低液面(L)處，低液位傳感器ST3＝ON，繼續(xù)往容器內(nèi)注入液體A。②當液面到達中液面(M)處時，中液面?zhèn)鞲衅鱏T2＝ON，此時電磁閥YV1關(guān)閉，電磁閥YV2打開，液體A停止注入，液體B開始注入容器中。39液體混合攪拌機示意圖40③當液體到達高液面(H)處時，高液面?zhèn)鞲衅鱏T1＝ON，電磁閥YV2關(guān)閉，液體B停止注入，同時攪拌電動機M啟動運轉(zhuǎn)，對液體進行攪拌。④經(jīng)過1min后，攪拌機停止攪拌，電磁閥YV3打開，放出液體。⑤當液面低于低液面時，低液面?zhèn)鞲衅鱏T3＝OFF，延時8s后，容器中的液體放完，電磁閥YV3關(guān)閉，攪拌機又開始執(zhí)行下一個循環(huán)。41（1）I/O端口分配輸入信號輸出信號PLC地址電氣符號功能說明PLC地址電氣符號功能說明I0.0SB1啟動按鈕，常開觸點Q0.0YV1電磁閥I0.1SB2停止按鈕，常開觸點Q0.1YV2電磁閥I0.2ST1高液面?zhèn)鞲衅?，常開觸點Q0.2YV3電磁閥I0.3ST2中液面?zhèn)鞲衅鳎ｉ_觸點Q0.3KM,電機控制接觸器I0.4ST3低液面?zhèn)鞲衅?，常開觸點I/O端口分配表42（2）液體攪拌機控制系統(tǒng)的PLC外部接線圖如圖所示。43(3)程序設(shè)計44循環(huán)指令(FOR、NEXT)

循環(huán)指令的功能是重復執(zhí)行相同功能的計算和邏輯處理程序段，極大地優(yōu)化了程序結(jié)構(gòu)。該指令有兩個，分別為循環(huán)開始指令(FOR)和循環(huán)結(jié)束指令(NEXT)。梯形圖LAD語句表STL功能FORINDX，INIT，F(xiàn)INAL條件滿足時，循環(huán)開始NEXT循環(huán)結(jié)束45

循環(huán)開始指令有3個數(shù)據(jù)輸入端，輸入數(shù)據(jù)類型均為整數(shù)型。INDX為當前循環(huán)計數(shù)，INIT為循環(huán)初值，F(xiàn)INAL為循環(huán)終值。其中，當前循環(huán)計數(shù)INDX，其操作數(shù)為VW、IW、QW、MW、SW、SMW、LW、T、C、AC、*VD、*AC和*CD；循環(huán)初值INIT，循環(huán)終值FINAL，它們的操作數(shù)為：VW、IW、QW、MW、SW、SMW、LW、T、C、AC、常數(shù)、*VD、*AC和*CD。循環(huán)結(jié)束指令的功能是結(jié)束循環(huán)體。

執(zhí)行循環(huán)指令時，F(xiàn)OR和NEXT指令必須配合使用。循環(huán)指令可以嵌套使用，但最多不能超過8層，且循環(huán)體之間不可有交叉。使能有效時，循環(huán)指令各參數(shù)將自動復位。46練習：1.求1+2+3+…+100之和（要求用FOR循環(huán)指令）2.求連續(xù)數(shù)平方之和47編程技巧1.設(shè)置中間單元 在梯形圖中，若多個線圈都受某一觸點串并聯(lián)電路的控制，為了簡化電路，在梯形圖中可設(shè)置該電路控制的存儲器的位，這類似于繼電器電路中的中間繼電器。482.盡量減少可編程控制器的輸入信號和輸出信號

可編程控制器的價格與I/O點數(shù)有關(guān)，因此減少I/O點數(shù)是降低硬件費用的主要措施。如果幾個輸入器件觸點的串并聯(lián)電路總是作為一個整體出現(xiàn)，可以將他們作為可編程控制器的一個輸入信號，只占可編程控制器的一個輸入點。如果某器件的觸點只用一次并且與PLC輸出端的負載串聯(lián)，不必將它們作為PLC的輸入信號，可以將它們放在PLC外部的輸出回路，與外部負載串聯(lián)。493.外部