PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2015

第八章PLC

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述邏輯設(shè)計(jì)法時(shí)序圖設(shè)計(jì)法順序控制設(shè)計(jì)法PLC的典型控制程序8.1

概述PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟

對控制任務(wù)做深入的調(diào)查研究確定系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)控制要求確定輸入/輸出元件,選擇PLC機(jī)型確定PLC的I/O點(diǎn)分配設(shè)計(jì)應(yīng)用程序調(diào)試應(yīng)用程序制作電氣控制柜和控制盤連機(jī)調(diào)試程序編寫技術(shù)文件8.2

邏輯設(shè)計(jì)法邏輯設(shè)計(jì)法適合對開關(guān)量進(jìn)行控制，基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)。電路中電器元件的邏輯規(guī)定：元件觸點(diǎn)的規(guī)定：用原變量表示常開觸點(diǎn)，反變量表示常閉 觸點(diǎn)。如按鈕的常開觸點(diǎn)用SB，常閉觸點(diǎn)用SB。元件觸點(diǎn)狀態(tài)的規(guī)定：觸點(diǎn)閉合狀態(tài)為邏輯“1”，觸點(diǎn)斷開 狀態(tài)為邏輯“0”。如常開觸點(diǎn)閉合為SB=1，如常閉觸點(diǎn)閉 合為SB=1。接觸器等電磁效應(yīng)元件線圈的規(guī)定：線圈用原變量表示；線 圈狀態(tài)得電為邏輯“1”，線圈斷電狀態(tài)為邏輯“0”。如接 觸器線圈得電為KM=1，接觸器線圈斷電為KM=0。邏輯代數(shù)的基本邏輯關(guān)系：邏輯“與”：只有全部條件同時(shí)具備時(shí)，結(jié)果才能發(fā)生。它的邏輯關(guān)系式為：KM=K1*K2，式中K1、K2稱為輸入變量，KM稱為輸出變量。只有當(dāng)K1和K2觸點(diǎn)全部閉合時(shí)，接觸器

KM線圈才能通電為“1”；如果在K1和K2觸點(diǎn)中，只要其中之一斷開，則線圈就斷電為“0”。這種邏輯關(guān)系與串聯(lián)電路相對應(yīng)。邏輯“或”：

只要有任何一個(gè)條件滿足，結(jié)果就會發(fā)生。它 的邏輯關(guān)系式為：

KM=K1+K2 。這種邏輯關(guān)系與并聯(lián)電路相 對應(yīng)

。邏輯“非”：

它的邏輯關(guān)系式為：

KM=K

。這種邏輯關(guān)系在 電路中稱為反向控制，通過串聯(lián)常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。例8.1

某系統(tǒng)中有4

臺通風(fēng)機(jī)，要求在以下幾種運(yùn)行狀態(tài)下應(yīng)發(fā)出不同的顯示信號：3

臺及3

臺以上開機(jī)時(shí)，綠燈常亮；兩臺開機(jī)時(shí)，綠燈以5Hz

的頻率閃爍；一臺開機(jī)時(shí)，紅燈以5Hz

的頻率閃爍；全部停機(jī)時(shí)，紅燈常亮。4臺通風(fēng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)是PLC的輸入信號;各種運(yùn)行狀態(tài)對應(yīng)的顯示信號（即紅燈和綠燈）是PLC的輸出。設(shè)4臺通風(fēng)機(jī)分別為A、B、C、D。當(dāng)通風(fēng)機(jī)開機(jī)時(shí)，為邏輯“1”狀態(tài)，用原變量表示，如A；當(dāng)通風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)，為邏輯

“0”狀態(tài)，用反變量表示，如A。設(shè)紅燈為F1，綠燈為F2。燈亮?xí)r為“1”，滅時(shí)為“0”。5Hz的頻率閃爍，周期為0.2s，可使用25501實(shí)現(xiàn)。1.紅燈常亮的程序設(shè)計(jì)ABCDF100001由狀態(tài)表可得F1的邏輯函數(shù):圖8.1紅燈常亮的梯形圖根據(jù)邏輯函數(shù)容易畫出其梯形圖四臺通風(fēng)機(jī)全部停機(jī)時(shí)，紅燈常亮，其狀態(tài)表為2.紅燈閃爍的程序設(shè)計(jì)ABCDF100011001010100110001圖8.2紅燈閃爍的梯形圖一臺開機(jī)時(shí),紅燈閃爍，其狀態(tài)表為由狀態(tài)表可得F1的邏輯函數(shù):將上式化簡為根據(jù)邏輯函數(shù)容易畫出其梯形圖3.同理，可得綠燈常亮和綠燈閃爍的程序設(shè)計(jì)圖8.3綠燈常亮的梯形圖圖8.4綠燈閃爍的梯形圖4.選擇PLC機(jī)型、作I/O點(diǎn)分配本例只有A、B、C、D共4個(gè)輸入信號，F(xiàn)1、F2兩個(gè)輸出信號，若系F2統(tǒng)選擇的機(jī)型是CPM1A,輸入A

B00101

00102則I/O分配如下表所示。輸出C

D

F100103

00104

0110101102圖8.5通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)顯示的梯形圖5.總梯形圖邏輯設(shè)計(jì)法歸納如下:用不同的邏輯變量來表示各輸入、輸出信號

,并設(shè)定對應(yīng)輸入、輸出信號各種狀態(tài)時(shí)的邏輯值。根據(jù)控制要求,列出狀態(tài)表。由狀態(tài)表寫出相應(yīng)的邏輯函數(shù),并進(jìn)行化簡。(4)根據(jù)化簡后的邏輯函數(shù)畫出梯形圖。(5)上機(jī)調(diào)試,使程序滿足要求。8.3

時(shí)序圖設(shè)計(jì)法適用于PLC各輸出信號的狀態(tài)變化有一定的時(shí)間順序例8.2在十字路口上設(shè)置紅、黃、綠交通信號燈。由于東西方向的車流量較小、南北方向的車流量較大，所以南北方向的放行時(shí)間(綠燈亮)為30s,東西方向的放行時(shí)間(綠燈亮)

20s。當(dāng)東西(或南北)方向的綠燈滅時(shí),該方向的黃燈與南北方向的紅燈一起以5Hz的頻率閃爍5s,以提醒司機(jī)和行入注意。閃爍5s之后,立即開始另一個(gè)方向的放行。要求只用一個(gè)控制開關(guān)對系統(tǒng)進(jìn)行啟?？刂啤?.為了明確各燈之間亮、滅的時(shí)間關(guān)系,根據(jù)控制要求,可以先畫出各方向三色燈的工作時(shí)序圖。圖8.6交通燈工作時(shí)序圖2.由時(shí)序圖分析各輸出信號之間的時(shí)間關(guān)系。一個(gè)循環(huán)內(nèi)分

為4個(gè)區(qū)段,這4個(gè)時(shí)間區(qū)段對應(yīng)著4個(gè)分界點(diǎn):t1、t2、t3、t4。3.4個(gè)時(shí)間區(qū)段必須用4個(gè)定時(shí)器來控制定時(shí)器

t0t2t3t4TIM000定時(shí)30s開始定時(shí)南北綠燈、東西紅燈開始亮t1定時(shí)到,輸出0N且保持南北綠燈滅;南北黃燈、東西紅燈開始閃ONON開始下一個(gè)循環(huán)的定時(shí)TIM001定時(shí)35s開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到,輸出0N且保持南北黃燈、東西紅燈滅;東西綠燈、南北紅燈開始亮ON開始下一個(gè)循環(huán)的定時(shí)TIM002定時(shí)55s開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到,輸出0N且保持東西綠燈滅;東西黃燈、南北紅燈開始閃開始下一個(gè)循環(huán)的定時(shí)TIM003定時(shí)60s開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到,輸出0N，隨即自復(fù)位且開始下一個(gè)循

環(huán)的定時(shí)東西黃燈、南北紅燈滅;南北綠燈、東西紅燈開始亮4.選擇PLC機(jī)型、作I/O點(diǎn)分配5.總梯形圖輸入控制開關(guān)南北綠燈南北黃燈南北紅燈輸出東西綠燈東西黃燈東西紅燈00000010000100101002010030100401005時(shí)序圖設(shè)計(jì)法歸納如下:(1)詳細(xì)分析控制要求,明確輸入輸出信號個(gè)數(shù),合理選擇機(jī)型。

(2)明確各輸入和輸出信號之間的時(shí)序關(guān)系,畫出各輸入和輸出信號的工作時(shí)序圖。把時(shí)序圖劃分成若干個(gè)時(shí)間區(qū)段,確定各區(qū)段的時(shí)間長短。找出區(qū)段間的分界點(diǎn),明確分界點(diǎn)處各輸出信號狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系和轉(zhuǎn)換條件。根據(jù)時(shí)間區(qū)段的個(gè)數(shù)確定需要幾個(gè)定時(shí)器,分配定時(shí)器號,確定各定時(shí)器的設(shè)定值,確各定時(shí)器開始定時(shí)和定時(shí)時(shí)間到這兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻對各輸出信號狀態(tài)的影響。對PLC進(jìn)行I/O分配。根據(jù)定時(shí)器的功能明細(xì)表、時(shí)序圖和I/O分配畫出梯形圖。作模擬運(yùn)行實(shí)驗(yàn),檢查程序是否符合控制要求,進(jìn)一步修改程序。8.4

順序控制設(shè)計(jì)法對那些按動(dòng)作的先后順序進(jìn)行控制的系統(tǒng)

,非常適宜使用順序控制設(shè)計(jì)法編程。順序控制設(shè)計(jì)法規(guī)律性很強(qiáng),雖然編出的程序偏長,但是程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好。順序功能圖能清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。1.順序功能圖的組成某動(dòng)力頭的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有3種,即快進(jìn)→工進(jìn)→快退。各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件是:快進(jìn)到一定位置壓限位開關(guān)ST1則轉(zhuǎn)為工進(jìn),工進(jìn)到一定位置壓限位開關(guān)ST2則轉(zhuǎn)為快退,退回原位壓

ST3,動(dòng)力頭自動(dòng)停止運(yùn)行。其順序功能圖如下圖所示。順序功能圖是由步、有向連線、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作內(nèi)容說明等組成的。用矩形框表示各步,框內(nèi)的數(shù)字是步的編號。初始步使用雙線框，每步的動(dòng)作內(nèi)容放在該步旁邊的框中,步與步之間用有向線段相連,箭頭表示步的轉(zhuǎn)換方向，步與步之間的短橫線旁標(biāo)注轉(zhuǎn)換條件。正在執(zhí)行的步稱為活動(dòng)步,當(dāng)前一步為活動(dòng)步且轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí),將啟動(dòng)下一步并終止前一步的執(zhí)行。2.順序功能圖的類型(1)單序列結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的順序功能圖沒有分支,每步后只有一步,步與步之間只有一個(gè)轉(zhuǎn)換條件。2.順序功能圖的類型(2)選擇序列結(jié)構(gòu)選擇序列的開始稱為分支,如步1之后有3個(gè)分支，例如,當(dāng)步1為活動(dòng)步且條件a滿足時(shí)則轉(zhuǎn)向步2,步1自動(dòng)變?yōu)椴换顒?dòng)步。各選擇分支不能同時(shí)執(zhí)行,所以應(yīng)該使各選擇分支之間聯(lián)鎖。選擇序列的結(jié)束稱為合并:無論哪個(gè)分支的最后一步成為活動(dòng)步,當(dāng)轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)都要轉(zhuǎn)向步5。2.順序功能圖的類型(3)并行序列結(jié)構(gòu)并行序列的開始也稱為分支,為了區(qū)別于選擇序列結(jié)構(gòu)的順序功能圖,用雙線來表示并行序列分支的開始,轉(zhuǎn)換條件放在雙線之上。例如,圖中的步1之后有3個(gè)并行分支，當(dāng)步1為活動(dòng)步且條件a滿足時(shí),則步2、步3、步4同時(shí)被激活變?yōu)榛顒?dòng)步,而步1變?yōu)椴换顒?dòng)步。并行序列的結(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。當(dāng)各并行序列的最后一步即步5、6、7都為活動(dòng)步且條件e滿足時(shí),將同時(shí)轉(zhuǎn)換到步8,且步5、步6、步7同時(shí)都變?yōu)椴换顒?dòng)步。3.順序功能圖與梯形圖的對應(yīng)關(guān)系線圈Si、Si+1、S

i+2等是各步的控制位,Ci、Ci+1是各步的轉(zhuǎn)換條件。某一步成為活動(dòng)步的條件是:前一步是活動(dòng)步且轉(zhuǎn)換條件滿足。所以圖中將常開觸點(diǎn)Si-1、Ci以及Si、Ci+1相串聯(lián)作為步啟動(dòng)的條件。由于轉(zhuǎn)換條件是短信號,因此每步要加自鎖。當(dāng)后續(xù)步成為活動(dòng)步時(shí),前一步要變?yōu)椴换顒?dòng)步,所以圖中將常閉觸點(diǎn)Si+1和S

i+2與前一步的控制位線圈相串聯(lián)。當(dāng)某一步成為活動(dòng)步時(shí),其控制位為ON,這個(gè)ON信號可以控制輸出繼電器以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制,如圖中的B1、B2。4.根據(jù)順序功能圖畫梯形圖的方法圖8.18的順序功能圖總體上是并行的,其中包括了一個(gè)單序列和一個(gè)選擇序列。4.根據(jù)順序功能圖畫梯形圖的方法順序控制設(shè)計(jì)法有一定的規(guī)律可循,所編寫的程序易讀、易檢查、易修改,是常用的設(shè)計(jì)方法之一。使用順序控制設(shè)計(jì)法的關(guān)鍵有3點(diǎn):一是理順動(dòng)作順序,明確各步的轉(zhuǎn)換條件;二是準(zhǔn)確地畫出順序功能圖;三是根據(jù)順序功能圖正確地畫出相應(yīng)的梯形圖,最后根據(jù)某些特殊功能要求,添加部分控制程序。要想用好順序控制設(shè)計(jì)法,重要的是熟練掌握順序功能圖的畫法以及根據(jù)順序功能圖畫出相應(yīng)梯形圖的方法。8.5