歐姆龍系列PLC入門與應(yīng)用第四章

第四講PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計PLC控制系統(tǒng)設(shè)計概述邏輯設(shè)計法時序圖設(shè)計法經(jīng)驗設(shè)計法順序控制設(shè)計法第一節(jié)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計概述

一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

1.對控制任務(wù)作深入的調(diào)查研究●弄清哪些是PLC的輸入信號，是模擬量還是開關(guān)量信號，用什么方式來獲取信號；●哪些是PLC的輸出信號，通過什么執(zhí)行元件去驅(qū)動負載；●弄清整個控制過程和將要完成的控制內(nèi)容；●了解運動部件的驅(qū)動方式，是液壓、氣動還是電動；●了解系統(tǒng)是否有周期運行、單周期運行、手動調(diào)整等控制要求等；●了解哪些量需要監(jiān)控、報警、顯示，是否需要故障診斷，需要哪些保護措施等；●了解是否有通信連網(wǎng)要求等。

2.確定系統(tǒng)總體設(shè)計方案

在深入了解控制要求的基礎(chǔ)上，確定電氣控制總體方案?！翊_定主回路所需的各電器，確定輸入、輸出元件的種類和數(shù)量；

3.確定系統(tǒng)的硬件構(gòu)成●確定保護、報警、顯示元件的種類和數(shù)量；●計算所需PLC的輸入/輸出點數(shù)，并參照其他要求選擇合適的PLC機型。

4．確定PLC的輸入/輸出點分配確定各輸入/輸出元件并作出PLC的I/O分配表?！窀鶕?jù)控制要求，擬訂幾個設(shè)計方案，經(jīng)比較后選擇出最佳編程方案?！癞?dāng)控制系統(tǒng)較復(fù)雜時，可分成多個相對獨立的子任務(wù)，分別對各子任務(wù)進行編程，最后將各子任務(wù)的程序合理地連接起來。

5．設(shè)計應(yīng)用程序

6．應(yīng)用程序的調(diào)試

編寫的程序必須先進行模擬調(diào)試。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試和修改，使程序滿足控制要求?！裨陂_始制作控制柜及控制盤之前，要畫出電氣控制主回路電路圖。

7．制作電氣控制柜和控制盤●全面地考慮各種保護、連鎖措施等問題?！癫扇∮行У拇胧┮种聘鞣N干擾信號?！褚⒁饨鉀Q防塵、防靜電、防雷電等問題。

8．連機調(diào)試程序●調(diào)試前要制定周密的調(diào)試計劃，以免由于工作的盲目性而隱藏了故障隱患?！癯绦蛘{(diào)試完畢，必須運行實際一段時間，以確認程序是否真正達到控制要求。

9．編寫技術(shù)文件

整理程序清單并保存程序，編寫元件明細表，整理電氣原理圖及主回路電路圖，整理相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，編寫控制系統(tǒng)說明書等。第二節(jié)邏輯設(shè)計法

①根據(jù)控制功能，將輸入與輸出信號之間建立起邏輯函數(shù)關(guān)系（可先列出邏輯狀態(tài)表）；

②對上述所得的邏輯函數(shù)進行化簡或變換；

③對化簡后的函數(shù)，利用PLC的邏輯指令實現(xiàn)其函數(shù)關(guān)系（作出I/O分配，畫出PLC梯形圖）；

邏輯設(shè)計法的基本步驟

④添加特殊要求的程序；

⑤上機調(diào)試程序，進行修改和完善。邏輯設(shè)計法舉例

某系統(tǒng)中有3臺通風(fēng)機，欲用一臺指示燈顯示通風(fēng)機的各種運行狀態(tài)。

要求：2臺及2臺以上風(fēng)機開機時，指示燈常亮；若只有一個臺開機時，指示燈以0.5Hz的頻率閃爍；全部停機時，指示燈以2Hz的頻率閃爍。用一個開關(guān)控制系統(tǒng)的工作。分析控制要求：反映臺風(fēng)機運行狀態(tài)的信號是PLC的輸入信號；要用PLC的輸出信號來控制指示燈的亮、滅。I/O分配為如下：輸入

輸出

風(fēng)機1風(fēng)機2風(fēng)機3

控制開關(guān)指示燈0000000001000020000301000用輔助繼電器20000~20002表示指示燈的幾種狀態(tài)。設(shè)開機為‘1’、停為‘0’；指示燈亮和閃為‘1’，滅為‘0’。

輸入

輸出00000000010000220000200012000200000101001100101001010010010111011101010010010020001=20000·2000220000=00000·00001·00002+00000·00001·0000200000·00001·00002+00000·00001·0000220002=00000·00001·0000220000：指示燈常亮20001：指示燈0.5Hz閃20002：指示燈2Hz閃

將20000~20002的邏輯表達式化簡：化簡得：

20000=00000·00001+00000·00002+00001·0000220002=00000·00001·0000220001=20000·2000220000=00000·00001·00002+00000·00001·0000200000·00001·00002+00000·00001·00002設(shè)計梯形圖程序20002=00000·00001·0000220000=00000·00001+00000·00002+00001·0000220001=20000·20002常亮控制開關(guān)2Hz閃0.5Hz閃0000300001000022000020002200010100000000000020000000001000000000100002200002000220001TIM00020002TIM002TIM001TIM000#0010TIM001#0010TIM00020000aTIM003#0003TIM002TIM002#0002TIM003a第三節(jié)時序圖設(shè)計法

如果PLC各輸出信號的狀態(tài)變化有一定的時間順序，可由時序圖入手進行程序設(shè)計。(1)根據(jù)各輸入、輸出信號之間的時序關(guān)系，畫出輸入和輸出信號的工作時序圖。(2)把時序圖劃分成若干個區(qū)段，確定各區(qū)段的時間長短。找出區(qū)段間的分界點，弄清分界點處各輸出信號狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系和轉(zhuǎn)換條件。一般方法為：(3)確定所需的定時器個數(shù)，分配定時器號，確定各定時器的設(shè)定值。(4)明確各定時器開始定時和定時到兩個時刻各輸出信號的狀態(tài)。最好作一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換明細表。(5)作PLC的I/O分配表。(6)根據(jù)時序圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換明細表和I/O分配表，畫出PLC梯形圖。(7)作模擬實驗，進一步修改、完善程序。時序圖設(shè)計法舉例

圖為十字路口上的紅、黃、綠交通信號燈。綠燈亮放行、紅燈亮禁行。

控制要求：①放行時間：南北方向為30秒，東西方向為20秒。②禁行預(yù)告：欲禁行方向的黃燈和欲放行方向的紅燈以5Hz的頻率閃爍5秒，5秒后另一個方向放行。③只用一個控制開關(guān)對系統(tǒng)進行運行控制。南北西東（1）分析控制要求，確定輸入和輸出信號。原則：在滿足控制要求的前提下，應(yīng)盡量少占用PLC的I/O點數(shù)。

對本例，由控制開關(guān)輸入的信號是輸入信號；指示燈的亮、滅由PLC的輸出信號控制。

由于同方向的同色燈在同一時間亮、滅，可將同色燈并聯(lián)，用一個輸出信號控制。這樣只占6個輸出點。南北西東（2）畫出各方向三色燈的工作時序圖。5s5s

南北黃燈南北綠燈30s30s5s東西紅燈5s20s20s東西綠燈東西黃燈5s5s南北紅燈20s5s20s5s

啟動t0t1t2t3t4

一個循環(huán)

一個循環(huán)（3）由時序圖分析各輸出信號之間的時間關(guān)系。

紅燈和綠燈常亮的時間相同（30s/20s）；黃燈和紅燈閃爍的時間相同（5s）。一個循環(huán)有4個時間分界點：t1

、

t2、

t3、

t4。在這4個分界點處信號燈的狀態(tài)將發(fā)生變化。5s5s

南北黃燈南北綠燈30s30s5s東西紅燈5s20s20s東西綠燈東西黃燈5s5s南北紅燈20s5s20s5s

啟動t0t1t2t3t4

（4）確定信號燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換點。

用TIM000~TIM0034個定時器控制信號燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。（5）確定定時器的個數(shù)及編號。5s5s

南北黃燈南北綠燈30s30s5s東西紅燈5s20s20s東西綠燈東西黃燈5s5s南北紅燈20s5s20s5s

啟動t0t1t2t3t4

TIM000TIM001TIM002TIM003（6）列出定時器的功能明細表。5s5s

南北黃燈南北綠燈30s30s5s東西紅燈5s20s20s東西綠燈東西黃燈5s5s南北紅燈20s5s20s5s

啟動t0t1t2t3t4

TIM000TIM001TIM002TIM003

定時器t0t1t2t3t4TIM000(通電延時OFF控制)開始定時。(為南/北綠燈、東/西紅燈亮定時）TIM000O南/北綠燈滅，南/北黃、東西紅燈開始閃。ONON開始下一個循環(huán)的定時。5s5s

南北黃燈南北綠燈30s30s5s東西紅燈5s20s20s東西綠燈東西黃燈5s5s南北紅燈20s5s20s5s

啟動t0t1t2t3t4

TIM000TIM001TIM002TIM003

定時器t0t1t2t3t4TIM000(定時30s)開始定時。(為南/北綠燈、東西紅燈亮定時）TIM000O南/北綠燈滅，南/北黃、東西紅燈開始閃。ONON開始下一個循環(huán)的定時。TIM001(定時35s)開始定時。繼續(xù)定時。TIM001ON。閃爍的燈滅，東西綠、南北紅燈亮。ON開始下一個循環(huán)的定時。

定時器t0t1t2t3t4TIM000定時30秒開始定時。南北綠、東西紅燈開始亮ON且保持。南北綠燈滅；南北黃、東西紅燈開始閃ONON開始下一個循環(huán)的定時TIM001定時35秒

開始定時

繼續(xù)定時ON且保持。南北黃、東西紅燈滅；東西綠、南北紅燈亮ON開始下一個循環(huán)的定時TIM002定時55秒

開始定時

繼續(xù)定時

繼續(xù)定時ON且保持。東西綠燈滅；東西黃、南北紅燈開始閃開始下一個循環(huán)的定時TIM003定時60秒

開始定時

繼續(xù)定時

繼續(xù)定時

繼續(xù)定時ON，隨即復(fù)位且開始下一個循環(huán)的定時。

輸入

輸出

控制開關(guān)

南北綠燈南北黃燈南北紅燈東西綠燈東西黃燈東西紅燈00000010000100101002010030100401005（8）根據(jù)定時器功能明細表和I/O分配，畫出PLC的梯形圖。（7）作PLC的I/O分配表。

用一個控制開關(guān)進行控制。將全部程序放在指令I(lǐng)L/ILC之間，用00000作為指令I(lǐng)L的執(zhí)行條件，即可實現(xiàn)控制要求。IL(02)00000TIM000#0300TIM003TIM001#0350TIM002#0550TIM003#0600TIM00001000系統(tǒng)啟動TIM00025501TIM001ILC(03)END(01)0100001005010010100301004TIM00225501TIM003TIM001TIM00201001010030100201004南北綠亮30秒東西紅亮30秒東西綠亮20秒南北紅亮20秒南北黃閃5秒東西紅閃5秒東西黃閃5秒南北紅閃5秒

經(jīng)驗設(shè)計法的基礎(chǔ)是：具有繼電器控制的設(shè)計經(jīng)驗，熟練掌握PLC指令的功能。

典型控制電路包括：電動機的啟保?？刂?、正/反轉(zhuǎn)控制、點動控制、Y-△啟動控制、幾臺電動機的連鎖控制、異地控制、掉電保持等等。

一、典型控制電路的PLC程序設(shè)計

設(shè)計經(jīng)驗，是指能熟練掌握典型繼電器控制電路的設(shè)計思路，并能將這種設(shè)計思路移植到PLC程序設(shè)計中。第四節(jié)經(jīng)驗設(shè)計法1.啟保?？刂瞥绦?000200003KEEP01000010000100000002000030000200003SET01000RESET01000（a）（b）（c）常用的啟保停PLC控制程序。2.電動機正反轉(zhuǎn)控制程序正反轉(zhuǎn)控制的程序設(shè)計為確保運行可靠,要采取軟、硬件兩種互鎖措施。01001000020000001001010020000101002010020000201001SB30000001001000010100200002COMCOMSB1~220VSB2DC24VKM1KM2PLCKHKM1KM2正轉(zhuǎn)啟動反轉(zhuǎn)啟動停車按鈕正轉(zhuǎn)接觸器反轉(zhuǎn)接觸器觸點互鎖觸點互鎖010010100000003010010100000000010010000200001

3.電動機順序啟/?？刂瞥绦騼膳_電動機順序啟/?？刂频某绦蛟O(shè)計啟動時，只有電動機M1啟動(01000ON)、電動機M2才可能啟動(01001ON)；停止時，只有M1先停、M2才可能停。

輸入

輸出M1啟動00000KM101000M1停車00001KM201001M2啟動00002M2停車0000301000000020000020000000012000020000

4.電動機既可長動、又可點動的控制程序電動機長/點動控制的程序輸入輸出點動按鈕SB100000KM01000長動按鈕SB200001停車按鈕SB300002長動:按一下SB2。點動:按住SB1不放,電動機轉(zhuǎn)動,釋放SB1電動機停轉(zhuǎn)。停車:按一下SB3。

二、經(jīng)驗法編程舉例在兩處往返裝料/卸料的小車，工作過程如圖。ST1ST3ST2右左裝料處卸料處卸料處要求：小車單數(shù)次運行時，在ST3卸料。偶數(shù)次運行時，ST3處不卸，而在ST2處卸料。裝料15s、卸料10s。輸入輸出右行啟動SB100000右行KM01000左行啟動SB200001左行KM01001停車按鈕SB300002裝料KM01002行程開關(guān)ST100004卸料KM01003行程開關(guān)ST200003行程開關(guān)ST300005I/O分配表01000000020000001000000010100101001000050000200003000010100120000TIM001000040000001000TIM00001000000030100101003TIM000#0100000050000401002TIM001#01500000520000200000100100003右行左行卸料裝料右行啟動ST1ST3ST2進退裝料卸料卸料

系統(tǒng)程序000040000500003單數(shù)次運行01000000020000001000000010100101001000050000200003000010100120000TIM001000040000001000TIM00001000000030100101003TIM000#0100000050000401002TIM001#01500000520000200000100100003右行左行卸料裝料右行啟左行啟ST1ST3ST2進退裝料卸料卸料偶數(shù)次運行000040000500003第五節(jié)順序控制設(shè)計法1.功能表圖的組成

一、功能表圖以某動力頭的控制為例來說明功能表圖的組成。動力頭的運動有三種狀態(tài)：快進→工進→快退。各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件為：快進結(jié)束壓限位開關(guān)ST1則轉(zhuǎn)為工進；工進結(jié)束壓限位開關(guān)ST2則轉(zhuǎn)為快退；退回原位壓ST3自動停止?！窬匦慰虮硎靖鞑?，框內(nèi)數(shù)字是步的號。初始步用雙線框?！窆δ鼙韴D的組成：步、有向連線、轉(zhuǎn)換條件、動作說明。1啟動壓ST12壓ST23

工進車停原位

快退

快進壓ST34控制動力頭的功能表圖如圖所示?！裾趫?zhí)行的步叫活動步，當(dāng)前一步為活動步且轉(zhuǎn)換條件滿足時，啟動下一步并終止前一步。2.功能表圖的類型(1)單序列結(jié)構(gòu)1啟動壓ST12壓ST23

工進車停原位

快退

快進壓ST34

單序列單序列——沒有分支選擇序列并行序列每個步后只有一個步各步間需要轉(zhuǎn)換條件后一步成為活動步時，前一步變?yōu)椴换顒硬健?2)選擇序列結(jié)構(gòu)●序列的開始稱為分支，各分支不能同時執(zhí)行。分支1分支3●當(dāng)前一步為活動步、且轉(zhuǎn)換條件滿足時，才能轉(zhuǎn)向下一步?！窈笠徊匠蔀榛顒硬綍r，前一步變?yōu)椴换顒硬??！袢暨x擇轉(zhuǎn)向某個分支，其他分支的首步不能成為活動步。abcdefj14268ghi537分支2●選擇序列的結(jié)束稱為合并。eac1b23d47658(3)并行序列結(jié)構(gòu)●并行序列的開始用雙線表示，轉(zhuǎn)換條件放在雙線之上?！癞?dāng)并行序列首步為活動步且條件滿足時，各分支首步同時變?yōu)榛顒硬??！癫⑿行蛄械慕Y(jié)束稱為合并，用雙線表示并行序列的合并，轉(zhuǎn)換條件放在雙線之下。分支2分支1●當(dāng)各分支的末步都為活動步、且條件滿足時，將同時轉(zhuǎn)換到合并步，且各末步都變?yōu)椴换顒硬?。分?B1SiB2Si+1

SiSi-1Si+1SiCiSi+1Si+2Si+1SiCi+1……3.功能表圖與梯形圖的對應(yīng)關(guān)系

步程序的梯形圖結(jié)構(gòu)如圖?！馭i-1，Si，Si+1是各步的控制位，Ci，Ci＋1是各步的轉(zhuǎn)換條件●當(dāng)轉(zhuǎn)換條件滿足時(激活下一步的條件之二)，則下一步的控制位為ON，而上一步的控制位變?yōu)镺FF，上一步對應(yīng)的程序停止執(zhí)行?！裼捎谵D(zhuǎn)換條件常是短信號，因此每步要加自鎖?！癞?dāng)后續(xù)步成為活動步時，前一步要變?yōu)椴换顒硬?。B1SiB2Si+1

SiSi-1Si+1SiCiSi+1Si+2Si+1SiCi+1……

必須將常閉觸點Si+1和Si+2與前一步的控制位線圈串聯(lián)?！癞?dāng)某一步成為活動步時，其控制位為ON，可以利用這個ON信號實現(xiàn)相應(yīng)的控制。4.根據(jù)功能表圖畫PLC梯形圖20000TIM00400001TIM00100000CNT00200002CNT003HR0000HR000120004TIM00020001200022000520003200062000720008B1SiB2Si+1

SiSi-1Si+1SiCiSi+1Si+2Si+1SiCi+1……200002000120001200020000120005200042000520007TIM0012000620008200032000820000TIM0042000620000TIM00400001TIM00100000CNT00200002CNT003HR0000HR000120004TIM000200012000220005200032000620007200082000820000000002000020001HR00012000020004200042000500001200072000