plc控制系統(tǒng)培訓(xùn)講義

學(xué)習(xí)內(nèi)容●PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及步驟●

PLC的選擇●

PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

●

PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計原則及步驟；掌握PLC機型選擇的方法；掌握PLC輸入輸出線路及供電線路的設(shè)計方法；掌握PLC程序的順序設(shè)計法及功能圖設(shè)計法。為了實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的控制要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：①最大限度地滿足被控對象的控制要求。②在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，使用、維修方便。

③保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。

④考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，應(yīng)適當(dāng)留有擴充裕量。9.1.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則9.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及步驟分析生產(chǎn)工藝過程，明確控制要求確定控制方案選擇PLC硬件設(shè)計軟件設(shè)計總裝調(diào)試是否符合控制要求？軟件調(diào)整硬件調(diào)整投入運行9.1.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟

1．分析生產(chǎn)工藝過程，明確工藝過程對電氣控制的要求

2．確定控制方案

3．選擇可編程控制器機型

4．硬軟件設(shè)計

5．總裝調(diào)試

6．編制技術(shù)說明書

9.1.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類越來越多，而且功能也日趨完善。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、存儲容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各不相同，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。9.2PLC的選擇

1．結(jié)構(gòu)合理

2．功能合理

3．機型統(tǒng)一

4．是否在線編程

9.2.1機型的選擇

1．PLC控制系統(tǒng)I／O點數(shù)的估算

2．輸入／輸出模塊的選擇

9.2.2輸入／輸出的選擇

1．內(nèi)存利用率

2．開關(guān)量輸入／輸出點數(shù)

3．模擬量輸入／輸出點數(shù)

4．程序編寫質(zhì)量

9.2.3內(nèi)存估計

PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括設(shè)計PLC輸入輸出接線原理圖、PLC供電系統(tǒng)圖以及選擇輸入輸出元器件等工作。

9.3PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計設(shè)計輸入輸出電路通常還要考慮一下問題：

1）一般情況下，輸入輸出器件可以直接與PLC的輸入輸出端子相連，但是，當(dāng)配線距離較長或接近強干擾源、或大負(fù)荷頻繁通斷的外部信號，最好加中間繼電器再次隔離。

2）輸入電路一般由PLC內(nèi)部提供電源，輸出電路需根據(jù)負(fù)載額定電壓和額定電流外接電源。輸出電路需注意每個輸出點可能輸出的額定電流及公共端子的總電流的大小。

9.3.1PLC輸入/輸出電路的設(shè)計輸出電路的設(shè)計AC220V

FR1LQ0.0

NLQ0.1RCKM1KM2RCKM2KM1

3）對于雙向晶閘管及晶體管輸出型的PLC，如輸出點接感性負(fù)載，為保證輸出點的安全和防止干擾，需并接過電壓吸收回路。

對交流負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收回路，如阻容電路（電阻取51～120，電容取0.1～0.47F，電容的額定電壓應(yīng)大于電源峰值電壓）或壓敏電阻。DC220VFRYV1VD1YV2VD2.

.傳感器RS7-200CPU214MML+L1MI0.01LI0.1Q0.0I0.2Q0.1對直流負(fù)載需并接續(xù)流二極管，續(xù)流二極管可以選1A的管子，其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的三倍。輸出電路的設(shè)計

4）當(dāng)接近開關(guān)、光電開關(guān)這一類兩線式傳感器的漏電流較大時，可能出現(xiàn)故障的輸入信號。通常在輸入端并聯(lián)旁路電阻，以減小輸入電阻。旁路電阻的阻值R可由下式確定：

式中I為傳感器漏電流，Ue、Ie分別是PLC的額定輸入電壓和額定輸入電流，UL是PLC輸入電壓低電平的上限值。

5）為防止負(fù)載短路損壞PLC，輸出公共端需加熔斷器保護(hù)。

6）對重要的互鎖，如電動機正反轉(zhuǎn)等，需在外電路中用硬件再互鎖。

7）對輸入點不夠時，可參考下列方法擴展：

硬件邏輯組合輸入法1MI0.0I0.1

SB3SB4SB5FR1FR2FR3ML+⑴硬件邏輯組合輸入法對兩地操作按鈕、安全保護(hù)開關(guān)等可先進(jìn)行串并聯(lián)后再接入PLC輸入端子。SB11MI0.0I0.1

SB2SB3譯碼輸入法L+M⑵譯碼輸入法硬件邏輯組合輸入法對在工藝上絕對不可能同時出現(xiàn)的的開關(guān)信號，用二極管譯碼的方法擴展輸入點。⑶分組輸入法對在工藝中不同工作方式使用的輸入點，可通過外電路分組的方法達(dá)到擴展輸入點的目的。SQ11MI0.0I0.1

I0.5L+MSQ2SB2SB1分組輸入法自手1M1LI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3L+M二極管矩陣輸入法⑷矩陣輸入法當(dāng)PLC的輸出點富裕且輸入點不夠用時，可通過對輸出點的掃描，實現(xiàn)二極管矩陣輸入，從而大大擴展輸入點數(shù)。1L

AC220V輸入按鈕的直接控制法Q0.2Q0.1Q0.0⑸輸入按鈕直接控制法將輸入按鈕直接連接在需要控制的輸出設(shè)備上，以減少對輸入點數(shù)的使用。1LQ0.0Q0.1

Q0.2AC220V輸出分組控制法 ⑴分組控制法

對不同時工作的負(fù)載，可通過分組控制的方法減少輸出點的使用。8）對輸出點不夠時，可參考下列方法擴展：1LQ0.0Q0.1

Q0.2AC220VAC220V

K1K2K3輸出繼電器接點譯碼法K3K3K2K2

K1⑵輸出繼電器接點譯碼法

通過輸出繼電器接點譯碼可擴展輸出點。

1）電源進(jìn)線處應(yīng)該設(shè)置緊急停止PLC的硬線主控繼電器(MasterControlRelay)，它可以專用一只零壓繼電器，也可以借用液壓泵電機接觸器的常開觸點。

2）用戶電網(wǎng)電壓波動較大或附近有大的電磁干擾源，需在電源與PLC間加設(shè)隔離變壓器或電源濾波器，使用隔離變壓器的供電。

3）當(dāng)輸入交流電斷電時，應(yīng)不破壞控制器程序和數(shù)據(jù)，故使用UPS供電。

4)在控制系統(tǒng)不允許斷電的場合，考慮供電電源的冗余，采用雙路供電。

9.3.2PLC供電系統(tǒng)的設(shè)計

PLC的主機和擴展單元可以和電源斷路器、控制變壓器、主控繼電器以及保護(hù)電器一起安裝在控制柜內(nèi)，既要防水、防粉塵、防腐蝕，又要注意散熱，若PLC的環(huán)境溫度大于550C時，要用風(fēng)扇強制冷卻。與PLC裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)、但不是由PLC控制的電感性元件，如接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)消弧電路，保證PLC不受干擾。

PLC在柜內(nèi)應(yīng)遠(yuǎn)離動力線，兩者之間的距離應(yīng)大于200mm,PLC與柜壁間的距離不得小于100mm，與頂蓋、底板間距離要在150mm以上。

9.3.3電氣柜結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）PLC系統(tǒng)應(yīng)單獨接地，其按地電阻應(yīng)小于100Ω，不可與動力電網(wǎng)共用接地線，也不可接在自來水管或房屋鋼筋構(gòu)件上，但允許多個PLC機或與弱電系統(tǒng)共用接地線，接地極應(yīng)盡量靠近PLC主機。

2）敷設(shè)控制線時要注意與動力線分開敷設(shè)（最好保持200mm以上的距離），分不開時要加屏蔽措施，屏蔽要有良好接地。控制線要遠(yuǎn)離有較強的電氣過渡現(xiàn)象發(fā)生的設(shè)備（如晶閘管整流裝置、電焊機等）。交流線與直流線、輸入線與輸出線都最好分開走線。開關(guān)量、模擬量I/O線最好分開敷設(shè)，后者最好用屏蔽線。

9.3.4現(xiàn)場布線圖設(shè)計9．4PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計1．繪制系統(tǒng)控制流程圖2．編制程序3．程序測試4．編制程序設(shè)計說明書

9.4.1梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法在PLC應(yīng)用的初期，大多數(shù)工程技術(shù)人員設(shè)計繼電接觸控制電路的習(xí)慣，基本上還是沿用設(shè)計繼電接觸控制電路圖的方法來設(shè)計PLC應(yīng)用程序的梯形圖，這種方法即稱為梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法。用經(jīng)驗法設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖應(yīng)用程序，存在著以下一些問題：

1．設(shè)計方法不規(guī)范，難于掌握，設(shè)計周期長

2．裝置交付使用后維修困難9．4．2梯形圖的功能圖設(shè)計法功能圖設(shè)計法又稱狀態(tài)流程圖設(shè)計法，亦稱為Grafacet法，是專門用于順序控制的一種程序設(shè)計法。1．功能圖的概念功能圖是一種描述順序控制系統(tǒng)功能的圖解表示方法，主要由“步”、“轉(zhuǎn)移”及“有向線段”等元素組成。1）步

(1)初始步

(2)工作步

(3)與步對應(yīng)的動作當(dāng)系統(tǒng)中的某步處于活動狀態(tài)時，稱該步為“活動步”。2）有向線段3）轉(zhuǎn)移2．功能圖構(gòu)成規(guī)則控制系統(tǒng)的功能圖必須滿足以下規(guī)則：⑴步與步不能相連，必須用轉(zhuǎn)移分開；

⑵轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移不能相連，必須用步分開；⑶步與轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移與步之間的連接必須采用有向線段，從上向下畫時，可以省略箭頭。當(dāng)有向線從下向上畫時，必須畫上箭頭，以表示方向；⑷一個功能圖至少要有一個初始步。3．功能圖的基本結(jié)構(gòu)形式及其邏輯表達(dá)式

⑴單序列功能圖由一系列相繼激活的步組成。每一步僅連接一個轉(zhuǎn)移，每個轉(zhuǎn)移也僅連接一個步，如圖9-19所示。各步的狀態(tài)可用邏輯表達(dá)式表示，如圖9-19中第三步的狀態(tài)可表示為:⑵選擇序列是指在一步后有若干個單序列等待著選擇，且一次僅能選擇進(jìn)入其中的一個序列。用邏輯表達(dá)式表示第三、第六步的狀態(tài)分別為：⑶并行序列是指在某一轉(zhuǎn)移條件下，同時啟動若干個序列。并行序列之間的邏輯表達(dá)式為：⑷跳步與循環(huán)某組合機床由動力頭、液壓滑臺及液壓夾緊裝置組成。

控制要求為：機床工作時，首先啟動液壓及主軸電機。機床具有半自動和手動調(diào)整兩種工作方式，由SA方式選擇開關(guān)選擇。SA接通時為調(diào)整方式，SA斷開時為半自動方式。半自動工作方式時，其工作過程為：按下夾緊按鈕SB1，待工件夾緊后，壓力繼電器SP動作，使滑臺快進(jìn)，快進(jìn)過程中壓下液壓行程閥后轉(zhuǎn)工進(jìn)，加工結(jié)束壓下行程開關(guān)SQ2轉(zhuǎn)快退，快退至原位壓下SQ1，自動松開工件，一個工作循環(huán)結(jié)束。其工作循環(huán)圖如圖9-25所示，元件動作表如表9-1所示。手動調(diào)整工作方式時，用四個點動按鈕分別單獨點動滑臺的前進(jìn)和后退及夾具的夾緊與放松。（1）繪制功能圖用啟動脈沖P激活預(yù)備狀態(tài)后，通過方式選擇開關(guān)SA建立半自動和手動調(diào)整兩個選擇序列。當(dāng)選擇開關(guān)SA斷開時，通過它的常閉觸點進(jìn)入半自動工作方式，按下夾緊按鈕SB1，系統(tǒng)開始工作，并按夾緊→快進(jìn)→工進(jìn)→快退→放松的步驟自動順序進(jìn)行，當(dāng)最后工步完成后，自動返回之預(yù)備狀態(tài)，以確保下一次自動工作的啟動。當(dāng)選擇開關(guān)SA閉合時，通過選擇開關(guān)的常開接點激活手動調(diào)整方式，此方式激活后，按下任意一按鈕均可開啟相應(yīng)的調(diào)整工步并自鎖，直到后續(xù)工步開啟才能關(guān)斷，而后續(xù)工步的開啟條件是調(diào)整按鈕常閉接點的復(fù)位，由此可見，用調(diào)整按紐的常開、常閉接點分別作為調(diào)整工步啟動、停止的轉(zhuǎn)換條件，就可以達(dá)到手動調(diào)整的目的，而且調(diào)整結(jié)束后都開啟了預(yù)備步，保證了后續(xù)工步的順利進(jìn)行。對應(yīng)的功能圖如圖9-26所示。（2）編制現(xiàn)場信號與PLC輸入輸出端子分配表（3）用LPC內(nèi)部寄存器的狀態(tài)位表示功能圖（3）用LPC內(nèi)部寄存器的狀態(tài)位表示功能圖①采用觸點及線圈指令編寫程序（4）編寫梯形圖程序②采用置位/復(fù)位指令編寫