S7300系列PLC應用系統設計課件

第6章S7-300系列PLC應用系統設計6.1PLC應用系統設計的內容和步驟6.2PLC應用系統的硬件設計6.3PLC應用系統的軟件設計6.4PLC應用系統設計實例6.1PLC應用系統設計的內容和步驟

按照規(guī)范的設計步驟進行PLC系統設計，可以提高工作效率。6.1.1系統設計的原則與內容1．設計原則

(1)最大限度地滿足被控設備或生產過程的控制要求；(2)在滿足控制要求的前提下，力求簡單、經濟，操作方便；(3)保證控制系統工作安全可靠；(4)考慮到今后的發(fā)展改進，應適當留有進一步擴展的余地。

2．設計內容(1)擬定控制系統設計的技術條件，它是整個設計的依據；(2)選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構；(3)選定PLC的型號；(4)編制PLC的輸入/輸出分配表或繪制輸入/輸出端子接線圖；(5)根據系統要求編寫軟件說明書，然后再進行程序設計；(6)重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友善關系；(7)設計操作臺、電氣柜及非標準電器元部件；(8)編寫設計說明書和使用說明書。6．將程序輸入PLC，當使用計算機上編程時，可將程序下載到PLC中。7．進行軟件測試，在將PLC連接到現場設備上之前，必須進行軟件測試，以排除程序中的錯誤。8．應用系統整體調試，在PLC軟硬件設計和控制柜及現場施工完成后，就可以進行整個系統的聯機調試。調試中發(fā)現的問題要逐一排除，直至調試成功。

9．編制技術文件，系統技術文件包括功能說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、PLC梯形圖等。6.2PLC應用系統的硬件設計6.2.1PLC選型在滿足控制要求的前提下，選型時應選擇最佳的性能價格比，具體應考慮以下幾點。1．性能與任務相適應2．PLC的處理速度應滿足實時控制的要求3．PLC應用系統結構合理、機型系列應統一4．在線編程和離線編程的選擇6.2.2PLC容量估算

PLC容量包括兩個方面：一是I/O的點數，二是用戶存儲器的容量。

1．I/O點數的估算

根據功能說明書，可統計出PLC系統的開關量I/O點數及模擬量I/O通道數，以及開關量和模擬量的信號類型。應在統計后得出I/O總點數的基礎上，增加10％～15％的裕量。選定的PLC機型的I/O能力極限值必須大于I/O點數估算值，并應盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應留有30％左右的裕量。6.2.3I/O模塊的選擇1．開關量輸入模塊的選擇PLC的輸入模塊用來檢測來自現場(如按鈕、行程開關、溫控開關、壓力開關等)電平信號，并將其轉換為PLC內部的低電平信號。開關量輸入模塊按輸入點數分，常用的有8點、12點、16點、32點等；按工作電壓分，常用的有直流5V、12V、24V，交流110V、220V等；按外部接線方式又可分為匯點輸入、分隔輸入等。選擇輸入模塊主要應考慮以下兩點：(1)根據現場輸入信號(如按鈕、行程開關)與PLC輸入模塊距離的遠近來選擇電壓的高低。一般，24V以下屬低電平，其傳輸距離不宜太遠。如12V電壓模塊一般不超過10m，距離較遠的設備選用較高電壓模塊比較可靠。(2)高密度的輸入模塊，如32點輸入模塊，允許同時接通的點數取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般，同時接通的點數不得超過總輸入點數的60％。

2．開關量輸出模塊的選擇

輸出模塊的任務是將PLC內部低電平的控制信號轉換為外部所需電平的輸出信號，驅動外部負載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向可控硅輸出和晶體管輸出。1)輸出方式的選擇

繼電器輸出價格便宜，使用電壓范圍廣，導通壓降小，承受瞬間過電壓和過電流的能力較強，且有隔離作用。但繼電器有觸點，壽命較短，且響應速度較慢，適用于動作不頻繁的交/直流負載。當驅動電感性負載時，最大開閉頻率不得超過1Hz。晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無觸點開關輸出，適用于通斷頻繁的感性負載。感性負載在斷開瞬間會產生較高的反壓，必須采取抑制措施。6.2.4分配輸入/輸出點一般輸入點與輸入信號、輸出點與輸出控制是一一對應的；在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關系接好線(如兩個觸點先串聯或并聯)，然后再接到輸入點。1.明確I/O通道范圍不同型號的PLC，其輸入/輸出通道的范圍是不一樣的，應根據所選PLC型號，弄清相應的I/O點地址的分配。2.內部輔助繼電器內部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器、計數器時作數據存儲或數據處理用。根據程序設計的需要，應合理安排PLC的內部輔助繼電器，在設計說明書中應詳細列出各內部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。3．分配定時器/計數器對用到定時器和計數器的控制系統，注意定時器和計數器的編號不能相同。若掃描時間較長，則要使用高速定時器以保證計時準確。6.2.5安全回路設計安全回路起保護人身安全和設備安全的作用，它應能獨立于PLC工作，并采用非半導體的機電元件以硬接線方式構成。確保系統安全的硬接線邏輯回路，在以下幾種情況下將發(fā)揮安全保護作用：①PLC或機電元件檢測到設備發(fā)生緊急異常狀態(tài)時；②PLC失控時；③操作人員需要緊急干預時。設計安全回路的任務包括以下內容：(1)確定控制回路之間邏輯和操作上的互鎖關系；(2)設計硬回路以提供對過程中重要設備的手動安全性干預手段；(3)為PLC定義故障形式和重新啟動特性。(3)程序結構分析與設計；(4)軟件設計規(guī)格說明書編制；(5)用編程語言、PLC指令進行程序設計；(6)軟件測試；(7)程序使用說明書編制。6.3.2PLC應用系統的軟件設計步驟根據可編程序控制器系統硬件結構和生產工藝要求，在軟件規(guī)格說明書的基礎上，編制實際應用程序并形成程序說明書的過程就是應用系統的軟件設計。1.制定設備運行方案制定方案就是根據生產工藝的要求，分析各輸入、輸出與各種操作之間的邏輯關系，確定需要檢測的量和控制的方法，并設計出系統中各設備的操作內容和操作順序。據此便可畫出流程圖。2.畫控制流程圖對于較復雜的應用系統，需要繪制系統控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。對于簡單的控制系統，可省去這一步。3.制定系統的抗干擾措施根據現場工作環(huán)境、干擾源的性質等因素，綜合制定系統的硬件和軟件抗干擾措施，如硬件上的電源隔離、信號濾波，軟件上的平均值濾波等。4.編寫程序根據被控對象的輸入/輸出信號及所選定的PLC型號分配PLC的硬件資源，為梯形圖的各種繼電器或接點進行編號，再按照軟件規(guī)格說明書(技術要求、編制依據、測試)，用梯形圖進行編程。6.4PLC應用系統設計實例機械手控制系統設計

1.工藝過程及控制要求

1)工藝過程圖6.1所示為一簡易物料搬運機械手的工藝流程圖。該機械手是一個水平/垂直位移的機械設備，其操作是將工件從左工作臺搬運到右工作臺，由光耦合器VLC來檢測工作臺上有沒有工件。機械手通常位于原點，它的動作全部由氣缸驅動，而氣缸則由相應的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈二位電磁閥控制，放松/夾緊由一個單線圈二位電磁閥(稱為夾緊電磁閥)控制。圖6.1搬運機械手工藝流程圖

2)控制要求機械手整個搬運過程要求都能自動控制。在啟動過程中能切換到手動控制及自動控制或半自動控制(又稱單周期控制)，以便對設備進行調整和檢修。圖6.2是機械手控制系統的邏輯流程圖。系統啟動之前，機械手處于原始位置，條件是機械手在高位﹑左位。圖6.2機械手控制的程序流程圖表6.1I/O地址分配(1)夾緊定時器T1，定時5s；(2)放松定時器T2，定時5s；(3)自動方式標志M0.0；(4)單動方式標志M0.1；(5)手動方式標志M0.2；(6)結束標志M0.5。3)其它地址分配3.機械手程序設計1)邏輯功能塊(子程序)邏輯功能塊包括兩個部分：自動方式或單動方式控制(FC10)和手動方式控制(FC11)。(1)自動方式或單動方式控制(FC10)的具體程序(梯形圖表示)如圖6.3所示。(2)手動方式控制(FC11)的具體程序(梯形圖表示