長春工業(yè)大學(xué)2014電氣控制技術(shù)plc (：電氣控制與plc應(yīng)用第三版)PPT第6章

第6章

可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用1第6章可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

了解可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計的一般原則與步驟熟悉可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計的硬件配置及軟件設(shè)計掌握軟、硬件設(shè)計的基本環(huán)節(jié)及設(shè)計技巧

學(xué)習(xí)目標：2教學(xué)內(nèi)容：

6.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

6.2PLC控制系統(tǒng)硬件配置

6.3PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

6.4PLC應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)及設(shè)計技巧

6.5PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用

6.6提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施

第6章可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

36.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

返回可編程控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：

6.1.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則最大限度的滿足被控對象的要求；在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、適用及維護方便；保證系統(tǒng)的安全可靠；考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進的要求，在選型時應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊?6.1.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容有：

分析控制對象，明確設(shè)計任務(wù)和要求；選定PLC的型號，對控制系統(tǒng)的硬件進行配置；選擇所需的輸入/輸出模塊，編制PLC的輸入/輸出分配表和輸入/輸出端子接線圖;根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求編寫程序規(guī)格要求說明書，再用相應(yīng)的編程語言進行程序設(shè)計；設(shè)計操作臺、電氣柜、選擇所需的電器元件；編寫設(shè)計說明書和操作使用說明書。56.1.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟

PLC的結(jié)構(gòu)和工作方式與一般微機和繼電器相比各有特點，其具體設(shè)計步驟如下：

詳細了解被控對象的生產(chǎn)工藝過程，分析控制要求。根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備。選擇PLC類型。分配PLC的I/O點，設(shè)計I/O連接圖。PLC軟件設(shè)計，同時可進行控制臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。系統(tǒng)調(diào)試，固化程序，交付使用。66.1.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟圖8-1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟76.2PLC控制系統(tǒng)硬件配置

硬件系統(tǒng)設(shè)計主要包括PLC及外圍線路的設(shè)計、電氣線路的設(shè)計和抗干擾措施的設(shè)計等內(nèi)容。隨著PLC功能的不斷提高和完善，PLC幾乎可以完成工業(yè)控制領(lǐng)域的所有任務(wù)。但PLC還是有它最適合的應(yīng)用場合，所以在接到一個控制任務(wù)后，要分析被控對象的控制過程和要求，看看用什么控制裝備（PLC、單片機、DCS或工控機IPC）來完成該任務(wù)最合適。返回86.2.1PLC的選型

當(dāng)確定由PLC來完成控制后，設(shè)計者接下來要解決兩個主要問題：

PLC容量的選擇：首先要對控制任務(wù)進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及這些I/O點的性質(zhì)。然后對用戶存儲器容量進行估算。PLC機型的選擇：由于生產(chǎn)PLC的廠家眾多，實現(xiàn)的功能雖基本相同，但性能、價格和編程語言卻有較大差別，一般應(yīng)從功能方面、價格方面和售后服務(wù)等幾個方面考慮。96.2.2I/O地址分配

輸入／輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。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。在進行I/O地址分配時最好把I/O點的名稱、代碼和地址以表格的形式列寫出來。如下表所示：輸入信號輸出信號停止按鈕SB1I0.0正轉(zhuǎn)接觸器KM1反轉(zhuǎn)接觸器KM1Q0.1Q0.2正轉(zhuǎn)按鈕SB2I0.1反轉(zhuǎn)按鈕SB3I0.2106.2.3響應(yīng)時間

對于過程控制，掃描周期和響應(yīng)時間必須認真考慮。PLC順序掃描的工作方式，使它不能可靠地接收持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號。總之，PLC的處理速度應(yīng)滿足實時控制的要求。

選定PLC及其擴展模塊（如需要的話）和分配完I/O地址后，硬件設(shè)計的主要內(nèi)容就是完成電氣控制系統(tǒng)原理圖的設(shè)計、電氣控制元器件的選擇和控制柜的設(shè)計。116.3PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

在一些典型的控制環(huán)節(jié)和電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控制對象對控制系統(tǒng)的具體要求，憑經(jīng)驗進行選擇、組合。有時為了得到一個滿意的設(shè)計結(jié)果，需要進行多次反復(fù)地調(diào)試和修改，增加一些輔助觸點和中間編程元件。經(jīng)驗設(shè)計法對于一些比較簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計是比較奏效的，可以收到快速、簡單的效果。但是，由于這種方法主要是依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗進行設(shè)計，所以對設(shè)計人員的要求也比較高，特別是要求設(shè)計者有一定的實踐經(jīng)驗。6.3.1經(jīng)驗設(shè)計法

返回126.3.2邏輯設(shè)計法

工業(yè)電氣控制線路中，有不少都是通過繼電器等電器元件來實現(xiàn)，因此，用“0”和“1”兩種取值的邏輯代數(shù)設(shè)計電器控制線路是完全可以的，用邏輯設(shè)計法設(shè)計PLC應(yīng)用程序的一般步驟如下：列出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表；繪制電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；進行系統(tǒng)的邏輯設(shè)計；編寫程序；對程序檢測、修改和完善。136.3.3順序功能圖法

順序功能圖法是首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計順序功能圖，然后再依據(jù)順序功能圖設(shè)計順序控制程序。在順序功能圖中，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換時使前級步的活動結(jié)束而使后續(xù)步的活動開始，步之間沒有重疊。順序控制繼電器（SCR）指令是基于順序功能圖（SFC）的編程方式，專門用于編制順序控制程序。使用它必須依據(jù)順序功能圖進行編程。14本節(jié)小結(jié)：在編程語言的選擇上，用梯形圖編程還是用語句表編程或使用功能圖編程，這主要取決于以下幾點：

有些PLC使用梯形圖編程不是很方便，則可以使用語句表編程，但是梯形圖總比語句表直觀。經(jīng)驗豐富的人員可以使用語句表直接編程，就像使用匯編語言一樣。如果是清晰的單順序、選擇順序或并發(fā)順序的控制任務(wù)，則最好用順序功能圖來設(shè)計。156.4PLC應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)及設(shè)計技巧

復(fù)雜的控制程序一般都是由一些典型的基本環(huán)節(jié)有機地組合而成的，因此，掌握這些基本環(huán)節(jié)尤為重要。它有助于程序設(shè)計水平的提高。幾個常用的典型環(huán)節(jié)：6.4.1應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)

電動機的起動與停止控制程序；具有點動功能電動機起動、停止控制程序；電動機的正、反轉(zhuǎn)控制程序；

?

??返回166.4.1應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)

1.電動機的起動與停止控制程序：

表8-1I/O分配表

圖8-3I/O接線圖

圖8-4

停止優(yōu)先梯形圖圖8-5

起動優(yōu)先梯形圖

注意：常閉按紐在編程中的變化返回輸入信號輸出信號停止按鈕SB1I0.1接觸器KMQ0.1起動按鈕SB2I0.2176.4.1應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)2.具有點動功能電動機起動、停止控制程序

表8-2I/O分配表

圖8-6起、停、點動控制I/O接線圖圖8-7電動機起、停、點動控制

輸入信號輸出信號停止按鈕SB1I0.0接觸器KMQ0.1起動按鈕SB2I0.1點動按鈕SB3I0.2186.4.1應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)3.電動機的正、反轉(zhuǎn)控制程序表8-3I/O分配表

圖8-9

電動機正、反轉(zhuǎn)梯形圖輸入信號輸出信號停止按鈕SB1I0.0正轉(zhuǎn)接觸器KM1反轉(zhuǎn)接觸器KM1Q0.1Q0.2正轉(zhuǎn)按鈕SB2I0.1反轉(zhuǎn)按鈕SB3I0.2196.4.1應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)4.通電禁止輸出程序圖8-10

通電禁止輸出梯形圖

PLC上電進入RUN狀態(tài)時，SM0.3接通一個掃描周期。使M1.0置1，M1.0的常閉接點切斷了輸出線圈Q1.0、Q1.1…Q2.3的控制邏輯，故輸出被禁止。只有接通允許工作的按鈕Il.0時，M1.0被復(fù)位，輸出線圈Q1.0、Q1.1…Q2.3才有可能輸出。206.4.1應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)5.閃爍電路閃爍電路實際上就是一個時鐘電路。它可以是等間隔的通斷，也可以是不等間隔的通斷。圖8-11為一個典型閃爍電路的程序及時序圖。在該例中，當(dāng)I0.0有效時，T37就會產(chǎn)生一個1s通、2s斷的閃爍信號。Q0.0和T37一樣開始閃爍。圖8-11

閃爍電路

216.4.1應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)6.報警電路輸入信號I0.0故障I1.0消鈴I1.1測試輸出信號Q0.0警燈Q0.7警鈴I/O分配表圖8-13

標準故障報警

226.4.1應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)7.高精度時鐘程序

圖8-15

高精度時鐘梯形圖

輸入信號I0.1、I0.2用于建立期望的時鐘設(shè)置，即調(diào)整分針、時針。236.4.1應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)8.脈沖寬度可控制電路

在輸入信號寬度不規(guī)范的情況下，要求在每一個輸入信號的上升沿產(chǎn)生一個寬度固定的脈沖，該脈沖寬度可以調(diào)節(jié)。如果輸入信號的兩個上升沿之間的距離小于該脈沖寬度，則忽略輸入信號的第二個上升沿。圖8-16脈沖寬度可控制電路

246.4.1應(yīng)用程序的典型環(huán)節(jié)9.分頻電路

由于M0.1常閉觸點的作用，M0.0在I0.1每次有效信號時間內(nèi)僅接通一個掃描周期的導(dǎo)通信號，即單脈沖。圖8-17二分頻電路

256.4.2PLC控制程序設(shè)計技巧

減少輸入點的方法：1.用二極管隔離的分組輸入法;

控制系統(tǒng)一般具有手動和自動的兩種工作方式。由于手動與自動是不同時發(fā)生的，可分成兩組，并由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA選擇自動(位置2)和手動(位置1)的工作位置，如圖8-18所示。這樣一個輸入點就可當(dāng)作兩個輸入點使用。二極管的作用是避免產(chǎn)生寄生電路，保證信號的正確輸入。

圖8-18用二極管隔離輸入法

266.4.2PLC控制程序設(shè)計技巧減少輸入點的方法：2.觸點合并輸入法;圖8-19I/O接線圖

表8-4I/O分配表

圖8-20I/O梯形圖

輸入信號輸出信號甲、乙停止按鈕串聯(lián)（SB1*SB2）I0.0I0.1接觸器KMQ0.5甲、乙啟動按鈕串聯(lián)（SB3+SB4）276.4.2PLC控制程序設(shè)計技巧減少輸入點的方法：3.單按鈕啟、停控制程序;圖8-21

單按鈕控制梯形圖

現(xiàn)介紹只用一個按鈕，通過軟件編程，實現(xiàn)起動與停止的控制。如圖8-21所示，I0.0作為起動、停止按鈕的地址，第一次按下時Q1.0有輸出，第二次按下時Q1.0無輸出，第三次按下Q1.0又有輸出。286.4.2PLC控制程序設(shè)計技巧減少輸出點的方法：圖8-22

并聯(lián)輸出法

對于兩個通斷狀態(tài)完全相同的負載，可將它們并聯(lián)后共用一個PLC的輸出點，如圖8-22所示。圖8-22

并聯(lián)輸出法，兩個負載并聯(lián)共用一個輸出點，應(yīng)注意兩個輸出負載電流總和不能大于輸出端子的負載能力。

296.5PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用

現(xiàn)有四臺電動機M1、M2、M3、M4，要求四臺電動機順序啟動和順序停車。順序啟動的時間間隔為30s，順序停車的時間間隔為10s。可選用S7-200（CPU224）進行控制。對電動機順序啟、?？刂朴泻芏喾N方法，可根據(jù)編程習(xí)慣選擇。本題給出兩種方法：

6.5.1四臺電動機的順序啟、?？刂?/p>

利用順序控制繼電器指令設(shè)計程序；利用移位寄存器指令設(shè)計程序。返回30現(xiàn)有四臺電動機M1、M2、M3、M4，要求四臺電動機順序啟動和順序停車。啟、停的順序均為M1→M2→M3→M4。順序啟動時的時間間隔為30s，順序停車的時間間隔為10s。輸入輸出分配表如表8-5所示。PLC的I/O接線圖如圖8-23所示。四臺電動機順序啟、停利用順序控制繼電器設(shè)計梯形圖，如圖8-24所示。1.利用順序控制繼電器指令設(shè)計程序

311.利用順序控制繼電器指令設(shè)計程序表8-5輸入輸出分配表

表8-5輸入輸出分配表

輸入信號停止按鈕SB1I0.0啟動按鈕SB2I0.1輸出信號接觸器KM1Q0.0接觸器KM2Q0.1接觸器KM3Q0.2接觸器KM4Q0.3321.利用順序控制繼電器指令設(shè)計程序

圖8-23四臺電機順序啟、停I/O接線圖

33四臺電動機啟動的順序為M1→M2→M3→M4，停止的順序為M4→M3→M2→M1。順序啟動時的時間間隔為30s，順序停止的時間間隔為10s。輸入輸出分配表如表8-5所示。PLC的I/O接線圖如圖8-23所示。四臺電動機順序啟、停利用移位寄存器指令設(shè)計梯形圖，如圖8-25所示。

2.利用移位寄存器指令設(shè)計程序

346.5.2電動機星形～三角形減壓起動控制

現(xiàn)選用S7-200（CPU222）進行電動機星形～三角形減壓起動控制。輸入輸出分配表如表8-6所示，控制接線圖如圖8-26所示，梯形圖如圖8-27所示。圖8-26中，電動機由接觸器KM1、KM2、KM3控制，其中KM3將電動機定子繞組連接成星形，KMKM2將電動機定子繞組連接成三角形。KM2與KM3不能同時吸合，否則將產(chǎn)生電源短路。在程序設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮由星形向三角形切換的時間，即由KM3完全斷開（包括滅弧時間）到KM2接通這段時間應(yīng)鎖定住，以防電源短路。返回356.5.2電動機星形～三角形減壓起動控制

輸入輸出分配表

表8-6輸入輸出分配表

輸入信號停止按鈕SB1I0.0啟動按鈕SB2I0.1輸出信號接觸器KM1Q0.1接觸器KM2Q0.2接觸器KM3Q0.3366.5.2電動機星形～三角形減壓起動控制

電動機星形～三角形減壓起動控制I/O接線圖

圖8-26電動機星形～三角形減壓起動控制I/O接線圖

376.5.3節(jié)日彩燈的PLC控制

用PLC實現(xiàn)對節(jié)日彩燈的控制，結(jié)構(gòu)簡單、變幻形式多樣、價格低。彩燈形式及變幻盡管花樣繁多，但其負載不外乎三種：長通類負載、變幻類負載及流水類負載。本例所選彩燈變幻花樣為逐次閃爍方式：程序開始時，燈1（Q0.0）、燈2（Q0.1）亮；一次循環(huán)掃描且定時時間到后，燈1（Q0.0）滅，燈2（Q0.1）亮、燈3（Q0.2）亮；再次循環(huán)掃描且定時時間到后，燈2（Q0.1）滅，燈3（Q0.2）亮、燈4（Q0.3）亮……。其動作時序表如下表8-7所示，梯形圖如圖8-28所示。返回386.5.3節(jié)日彩燈的PLC控制節(jié)日彩燈動作時序表

表8-7節(jié)日彩燈動作時序表

：表示燈亮

節(jié)拍輸出123456789101112131415Q0.0＠＠＠Q0.1＠＠＠＠Q0.2＠＠＠＠Q0.3＠＠＠＠Q0.4＠＠＠＠Q0.5＠＠＠＠Q0.6＠＠＠＠Q0.7＠＠＠396.5.4十字路口交通信號燈的PLC控制

控制要求：

接通啟動按鈕后，信號燈開始工作，南北向紅燈、東西向綠燈同時亮；東西向綠燈亮30s后，閃爍3次（每次亮0.5s，間隔0.5秒，合計3秒），接著東西向黃燈亮，2s后東西向紅燈亮，35s后東西向綠燈又亮……，如此不斷循環(huán)，直至停止工作；南北向紅燈亮35s后，南北向綠燈亮，30s后南北向綠燈閃爍3次（每次0.5s），接著南北向黃燈亮，2s后南北向紅燈又亮……，如此不斷循環(huán)，直至停止工作。返回406.5.4十字路口交通信號燈的PLC控制

交通信號燈設(shè)置示意圖圖8-29交通信號燈示意圖416.5.4十字路口交通信號燈的PLC控制

交通信號燈時序圖

紅亮35秒＝綠亮30秒＋綠閃3秒＋黃亮2秒426.5.4十字路口交通信號燈的PLC控制

交通信號燈輸入輸出分配表

表8-8輸入輸出分配表

輸入信號啟動按鈕SB1I0.1停止按鈕SB2I0.2輸出信號南北向紅燈HL1、HL2Q0.0南北向黃燈HL3、HL4Q0.1南北向綠燈HL5、HL6Q0.2南北向紅燈HL7、HL8Q0.3南北向黃燈HL9、HL10Q0.4南北向綠燈HL11、HL12Q0.5436.5.4十字路口交通信號燈的PLC控制

交通信號燈I/O接線圖

圖8-31交通燈I/O接線圖

446.5.5造紙廠堿回收蒸發(fā)工段PLC控制

整個蒸發(fā)工段控制系統(tǒng)的控制信號主要有開關(guān)量輸入信號（切斷閥、泵的狀態(tài)反饋等）、開關(guān)量輸出信號（切斷閥、泵的控制等）、模擬量輸入信號（如溫度、壓力、液位等）、模擬量輸出信號（調(diào)節(jié)閥的控制等）。整個蒸發(fā)工段控制系統(tǒng)需要控制與檢測的變量有：66個模擬量輸入（AI）、23個模擬量輸出（AO）、10個數(shù)字量輸入（DI）和19個數(shù)字量輸出（DO）。表8-9給出了部分測控點。返回456.5.5造紙廠堿回收蒸發(fā)工段PLC控制

控制系統(tǒng)硬件配置圖

466.5.5造紙廠堿回收蒸發(fā)工段PLC控制

蒸發(fā)工段控制工程視圖

476.6提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施

PLC專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，其顯著特點之一就是高可靠性，為了提高PLC的可靠性，PLC本身在軟、硬件上均采取了一系列抗干擾措施，在一般工廠內(nèi)使用完全可以可靠地工作，一般平均無故障時間可達幾萬小時。在過于惡劣的環(huán)境條件下，如強電磁干擾、超高溫、超低溫、過欠電壓等情況，或安裝使用不當(dāng)?shù)龋伎赡軐?dǎo)致PLC內(nèi)部存儲信息的破壞，引起控制紊亂，嚴重時還會使系統(tǒng)內(nèi)部的元器件損壞。為了提高PLC控制系統(tǒng)運行的可靠性，必須選擇合理的抗干擾措施，使系統(tǒng)正常可靠的工作。

返回486.6.1PLC安裝的環(huán)境條件

要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，要求設(shè)計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。因此在使用中應(yīng)注意以下問題：

溫度：PLC要求環(huán)境溫度在0～55oC；濕度：空氣的相對濕度應(yīng)在35%～85%（無凝露）。震動：應(yīng)使PLC遠離強烈的震動源?？諝猓罕苊庥懈g和易燃的氣體。電源：PLC對于電源線的干擾具有一定的抵制能力。

496.6.2抗干擾措施

現(xiàn)場電磁干擾是PLC控制系統(tǒng)中最常見也是最易影響系統(tǒng)可