電廠PLC培訓(xùn)講義

PLC培訓(xùn)講義

黃從智

控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院ASEA主要內(nèi)容—Outline第一章化學(xué)水處理仿真系統(tǒng)平臺簡介第二章PLC硬件組態(tài)第三章PLC控制策略組態(tài)緒論P(yáng)LC簡介緒論P(yáng)LC簡介什么是PLC？

PLC，ProgrammableLogicController，可編程序控制器，是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)控制裝置?，F(xiàn)代工業(yè)技術(shù)三大支柱之一

PLC、機(jī)器人、CAD/CAM技術(shù)PLC的產(chǎn)生？

1968年美國通用汽車公司GM提出設(shè)想：結(jié)合計(jì)算機(jī)和繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)制成一種通用控制裝置。

1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司DEC根據(jù)該設(shè)想，成功研制出世界上第一臺可編程序控制器PDP-14，并在汽車自動裝配線上成功試用。由于當(dāng)時(shí)主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，稱為可編程邏輯控制器。傳統(tǒng)的生產(chǎn)機(jī)械多采用繼電器、接觸器等繼電器控制系統(tǒng)。PLC廠家及產(chǎn)品？國內(nèi)廠家：國外廠家：

德國Simens的S系列，美國RockWell公司的PLC5，美日合資GEFANAC公司，法國Schneider公司的ModiconTSXQuantum系列，日本OMRON、三菱公司、松下公司、東芝公司、富士公司，美國AB公司無錫華光、南大傲拓、深圳合信、廈門海為、深圳德維深、和利時(shí)、北京凱迪恩、浙大中控、浙大中自。PLC的特點(diǎn)？編程、操作簡易方便，程序修改靈活；可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；易于設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修；硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；體積小、重量輕、功耗低、響應(yīng)快。PLC的應(yīng)用？運(yùn)動控制：步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)，機(jī)器人控制；開關(guān)量邏輯控制：組合邏輯控制、順序控制；數(shù)字控制：數(shù)控機(jī)床；過程控制：PID閉環(huán)反饋控制；通信聯(lián)網(wǎng)：與遠(yuǎn)程I/O通信，多臺PLC之間的通信。PLC的分類—結(jié)構(gòu)形式緊湊型PLC：將電源、CPU、I/O接口都集成在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。如西門子的S7-200，OMRON的C系列，三菱公司的F1、F2、FX0系列，東芝的EX20/40系列，AB公司的SLC500等。模塊式PLC：電源、CPU、I/O模塊在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，可根據(jù)實(shí)際需要組合安裝在導(dǎo)軌上構(gòu)成一個(gè)完整的PLC。如西門子的S7-300/400，OMRON的C200H系列，三菱公司的FX2系列，AB公司的SLC5/05等。PLC的分類—I/O點(diǎn)數(shù)及內(nèi)存容量型號I/O點(diǎn)數(shù)內(nèi)存容量實(shí)例小型256點(diǎn)以下4KB以下西門子S7-200中型2048點(diǎn)以下2～8KB西門子S7-300大型2048點(diǎn)以上8～16KB西門子S7-400PLC的分類—性能型號性能實(shí)例低檔只有基本的控制功能和一般的運(yùn)算能力，速度較低西門子S7-200中檔較強(qiáng)，速度較快，可完成較復(fù)雜的PID運(yùn)算。西門子S7-300高檔強(qiáng)大，速度很快，可完成規(guī)模很大的控制任務(wù)西門子S7-400PLC的發(fā)展趨勢？系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化；小型化、專用化、低成本；網(wǎng)絡(luò)化；高速化、大容量化和高性能化；隨著控制技術(shù)的發(fā)展，PLC的結(jié)構(gòu)和功能不斷改進(jìn)，各廠家不斷推出功能更強(qiáng)的產(chǎn)品，平均每3～5年更新?lián)Q代一次。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)—基本原則在滿足控制要求前提下，力求簡單、經(jīng)濟(jì)，使用維修方便；最大限度地滿足被控對象和用戶的控制要求；保證控制系統(tǒng)的安全、可靠；選擇PLC容量時(shí)適當(dāng)留有余量；PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)—基本內(nèi)容確定系統(tǒng)的構(gòu)成形式；選擇合適的PLC：機(jī)型選擇、容量選擇、I/O模塊選擇、電源模塊選擇；確定系統(tǒng)的運(yùn)行方式和控制方式；選擇用戶輸入設(shè)備(按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等)、輸出設(shè)備(繼電器、接觸器、信號燈等)，以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象(電動機(jī)、電磁閥等)；PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)—基本內(nèi)容分配I/O點(diǎn)；編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件：功能說明書、電氣原理圖及電氣元件明細(xì)表、I/O連接圖、I/O地址分配表、控制策略組態(tài)；設(shè)計(jì)控制程序和監(jiān)控畫面；必要時(shí)設(shè)計(jì)控制臺(柜)；PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)—一般步驟根據(jù)工藝控制要求，確定需要完成的動作(動作順序、動作條件、必需的聯(lián)鎖保護(hù)等)、操作方式(手動、自動、連續(xù)、單周期、單步等)；選擇合適的PLC類型；確定用戶I/O設(shè)備；控制策略組態(tài)和畫面組態(tài)；分配I/O點(diǎn)；PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)—一般步驟下裝組態(tài)程序；系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；

I/O通道測試、控制策略測試、畫面測試；交付使用；編制技術(shù)文檔：功能說明書、電氣原理圖、電氣元件明細(xì)表、PLC程序；第一章化學(xué)水處理仿真系統(tǒng)平臺簡介

1.1系統(tǒng)平臺構(gòu)成及功能

1.2系統(tǒng)平臺軟硬件配置

1.3火電廠化學(xué)水處理仿真系統(tǒng)1.1系統(tǒng)平臺構(gòu)成及功能監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)PLC火電廠化學(xué)水處理仿真系統(tǒng)火電廠化學(xué)水處理仿真系統(tǒng)本系統(tǒng)平臺的主要功能是模擬火電廠化學(xué)水處理順序控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程，通過PLC監(jiān)控仿真系統(tǒng)中各個(gè)閥門、泵及其它輔助設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)閥門和泵的單獨(dú)啟停操作，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對陽床、陰床、混床的投運(yùn)、再生、停運(yùn)等步序的順序控制。系統(tǒng)平臺構(gòu)成及功能

1.2系統(tǒng)平臺軟硬件配置畫面組態(tài)軟件:WindowsControlCenter(WinCC)6.0硬件：

西門子SIMATICS7-300PLC,ET200S

控制策略組態(tài)軟件:STEP7Manager1.3火電廠化學(xué)水處理仿真系統(tǒng)陰床順序控制系統(tǒng)混床順序控制系統(tǒng)化學(xué)水處理工藝流程陽床順序控制系統(tǒng)火電廠化學(xué)水處理工藝流程

陽床工藝流程A1—進(jìn)水門A2—出水門A3—進(jìn)酸門A4—中間排水門A5—反洗進(jìn)水門A6—正洗排水門A7—反洗排水門A9—正洗進(jìn)水門

陰床工藝流程A1—進(jìn)水門A2—出水門A3—進(jìn)堿門A4—中間排水門

A5—反洗進(jìn)水門A6—正洗排水門A7—反洗排水門A9—正洗進(jìn)水門

混床工藝流程A1—進(jìn)水門A2—出水門A3—反洗進(jìn)水門A4—反洗排水門A5—進(jìn)堿門A6—進(jìn)酸門A7—正洗排水門A8—進(jìn)壓縮空氣門A10—中間排水門

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第二章PLC硬件組態(tài)

PLC硬件組態(tài)設(shè)計(jì)

PLC硬件組成簡介實(shí)例分析2.1PLC硬件組成簡介功能模塊：執(zhí)行特殊功能通訊處理器信號模塊PS307電源模塊（2A）輸出電流：2A輸出電壓：24VDC為S7-300PLC供電輸出電壓有效時(shí)綠色LED顯示CPU模塊MRES：模塊復(fù)位功能(ModuleReset)STOP：停止模式：程序不執(zhí)行RUN：程序執(zhí)行，編程器只讀操作數(shù)字量模塊數(shù)字量輸入DI模塊：

SM321:DI32/16×24VDC數(shù)字量輸出DO模塊：

SM322:DO32/16/8×24VDC

SM322:DO8×Rel.230VAC/5A繼電器輸出模塊：

SM323:DI16/DO16×24VDC數(shù)字量輸入/輸出模塊：模擬量模塊模擬量輸入AI模塊：

SM331:AI8×16/13/12位，2×12，8×RTD/TC模擬量輸出AO模塊：

SM332:AO8/4/×12位

SM334:AI4/AO2×8/8位模擬量輸入/輸出模塊：其它信號模塊仿真模塊：SM374:IN/OUT16占位模塊DM370位置檢測模塊SM338可仿真16DI/16DO/8DI+8DO為不可編程模塊保留一個(gè)插槽仿真模塊：SM374:IN/OUT16接口模塊接口模塊：IM360接口模塊：IM361接口模塊：IM365

配置導(dǎo)軌、電源、CPU和I/O模件，可以從硬件目錄中選擇模件。2.2硬件組態(tài)設(shè)計(jì)

1模件配置

2I/O配置

配置I/O模件中的各通道的地址及定義。I/O通道地址分配DI通道地址表示:I0.0~I0.7,I1.0~I1.7,…中間變量的地址表示:M0.0~M0.7,M1.0~M1.7,…DO通道地址表示:Q0.0~Q0.7,Q1.0~Q1.7,…2.3實(shí)例分析1.打開SIMATICManager1.進(jìn)入Step7Manager組態(tài)環(huán)境2.Step7Manager，新建一個(gè)項(xiàng)目2.Step7Manager，命名項(xiàng)目并保存2.進(jìn)入Step7Manager，新建項(xiàng)目插入一個(gè)站啟動硬件組態(tài)編輯器產(chǎn)生硬件設(shè)定組態(tài)S7-300?模塊編址地址0.0地址0.7地址1.0地址1.7模塊槽號

PS CPU SM SM SM SM SM SM SMSM1 2 4 5 6 7 8 9 1011模塊地址概況“AddressOverview”可變編址2xCPU屬性：循環(huán)/時(shí)鐘存儲器雙擊時(shí)鐘存儲器位76543210頻率(Hz)0.50.6211.2522.5510周期(s)21.610.80.50.40.20.1

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第三章PLC控制策略組態(tài)

PLC編程方法和編程語言

PLC仿真演示

順序控制系統(tǒng)組態(tài)實(shí)例分析程序結(jié)構(gòu)分塊程序結(jié)構(gòu)化程序所有的指令都放在一個(gè)塊中(通常是組織塊OB1)單一功能的指令放在單一的塊

中，OB1調(diào)用這些單獨(dú)的塊可重復(fù)使用的功能裝入單個(gè)塊中，

OB1(或其他塊)調(diào)用這些塊并傳遞

相關(guān)數(shù)據(jù)。OB1OB1RecipeARecipeBMixerOutletOB1PumpOutlet線性化程序塊結(jié)構(gòu)和塊編輯OB1FBFCFBFBFBFBFCFBFC故障

OB組織塊循環(huán)定時(shí)過程程序塊類型操作系統(tǒng)FBSFCFB帶背景數(shù)據(jù)塊圖例:OB =組織塊FB =功能塊FC =功能SFB =系統(tǒng)功能塊SFC =系統(tǒng)功能

DB =數(shù)據(jù)塊FBFCFBFBDBDBSFB最大嵌套深度:S7-300: 8 (16對CPU318)S7-400: 24(2至4個(gè)附加級給故障

OB,

對每一個(gè)優(yōu)先級)FB和FC功能塊FB或功能FC實(shí)際是用戶子程序。功能塊FB帶“記憶”，有一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與該功能塊的參數(shù)表完全相同的數(shù)據(jù)塊DB附屬于該功能塊，并隨功能塊的調(diào)用而打開，隨功能塊的結(jié)束而關(guān)閉。該附屬數(shù)據(jù)塊為背景數(shù)據(jù)塊，存放在背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)在FB塊結(jié)束時(shí)繼續(xù)保持。功能FC不帶“記憶”，沒有背景數(shù)據(jù)塊，當(dāng)FC完成操作后數(shù)據(jù)不能保持。數(shù)據(jù)塊DB是用戶定義的用于存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū)，也可被打開或關(guān)閉。DB可以是屬于某個(gè)FB的背景數(shù)據(jù)塊，也可以是通用的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊，用于FB或FC。

S7-300/400PLCPCU還提供標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)功能塊SFB、FC，它們是預(yù)先編好的經(jīng)過測試集成在CPU中的功能程序庫。用戶可直接調(diào)用它們，高效地編制自己的程序。不同的CPU提供不同的SFB、SFB功能。插入S7塊循環(huán)程序執(zhí)行執(zhí)行OB1中的程序

(循環(huán)執(zhí)行)事件(日期時(shí)間中斷、硬件中斷等)調(diào)用其他

OB，F(xiàn)B，F(xiàn)C輸出

模塊AI0.1AI0.2=Q4.0塊OB1循環(huán)監(jiān)視時(shí)間的開始啟動塊

(OB100)上電后執(zhí)行一次從模塊讀信號狀態(tài)，并保存到過程映象區(qū)(PII)把過程映象輸出表(PIQ)寫到輸出模塊CPU循環(huán)輸入

模塊LAD/STL/FBD編輯器聲明表代碼部分細(xì)節(jié)窗口STEP7編程語言A I0.0A I0.1= Q8.0STL&Q8.0=I0.0I0.1FBDI0.0I0.1Q8.0LAD選擇編程語言

LAD編程常用功能塊位邏輯指令：常開接點(diǎn)、常閉接點(diǎn)、輸出線圈、中間輸出線圈、SR置位復(fù)位觸發(fā)器。定時(shí)器指令：接通延時(shí)定時(shí)器S_ODT、擴(kuò)展脈沖S5定時(shí)器S_PEXT。算術(shù)運(yùn)算指令：整數(shù)加法、實(shí)數(shù)加法。常開接點(diǎn)當(dāng)保存在<地址>中的位值為“1”時(shí)，常開接點(diǎn)閉合。當(dāng)接點(diǎn)閉合時(shí)，梯形圖中的信號流經(jīng)接點(diǎn)，邏輯運(yùn)算結(jié)果為“1”；否則結(jié)果為“0”。當(dāng)下列條件之一成立時(shí)，則電流接通。輸入I0.0和I0.1的信號狀態(tài)均為“1”；輸入I0.2的信號狀態(tài)為“1”。常閉接點(diǎn)當(dāng)保存在<地址>中的位值為“0”時(shí)，常開接點(diǎn)閉合。當(dāng)接點(diǎn)閉合時(shí)，梯形圖中的信號流經(jīng)接點(diǎn)，邏輯運(yùn)算結(jié)果為“1”；否則結(jié)果為“0”。當(dāng)下列條件之一成立時(shí)，則電流接通。輸入I0.0和I0.1的信號狀態(tài)均為“1”；輸入I0.2的信號狀態(tài)為“0”。位異或XOR當(dāng)保存在<地址1>和<地址2>中的位值不同時(shí)，邏輯運(yùn)算結(jié)果為“1”；否則結(jié)果為“0”。當(dāng)下列條件之一成立時(shí)，則輸出Q4.0為“1”。輸入I0.0和I0.1的信號狀態(tài)分別為“0”和“1”；輸入I0.0和I0.1的信號狀態(tài)分別為“1”和“0”。信號流反向當(dāng)下列條件之一成立時(shí)，則輸出Q4.0為“1”。輸入I0.0的信號狀態(tài)為“0”；輸入I0.0和I0.1的信號狀態(tài)均為“0”。輸出線圈如有電流流過線圈，即邏輯運(yùn)算結(jié)果為“1”，則<地址>中的位被置為1；否則，置為0。輸出線圈只能放在梯形圖的最右端。中間輸出中間賦值元素，可將邏輯運(yùn)算結(jié)果保存到指定的<地址>?？杀４媲耙环种г氐倪壿嫿Y(jié)果。與其它接點(diǎn)并聯(lián)時(shí)可像一個(gè)接點(diǎn)那樣插入梯形圖中。不能連接到電源線上或直接連到一個(gè)分支連接的后面或一個(gè)分支的末尾。RS復(fù)位置位觸發(fā)器如果R端輸入“1”，S端輸入“0”，則復(fù)位；如果S端輸入“1”，R端輸入“0”，則置位；如果S端和R端的輸入均為“1”，則置位；如均為0則無變化。定時(shí)器常用功能塊定時(shí)器常用功能塊接通延時(shí)S5定時(shí)器S_ODT擴(kuò)展脈沖S5定時(shí)器S_PEXTPLC仿真演示1-FC1在OB1中調(diào)用塊塊的保存帶有塊名稱的當(dāng)前項(xiàng)目路徑下載塊到

PLC

簡單程序調(diào)試PLC仿真演示2-FC2PLC仿真演示3-FC3PLC仿真演示4-FC4PLC仿真演示5-FC5PLC仿真演示5-FC5PLC仿真演示5-FC5PLC仿真演示5-FC5PLC仿真演示5-FC5PLC仿真演示5-FC5的調(diào)用順序控制系統(tǒng)組態(tài)案例分析問題：利用STEP7Manager實(shí)現(xiàn)1#陽床投運(yùn)步序的順序控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)的功能：按下全自動按鈕，自動執(zhí)行如下步序，實(shí)現(xiàn)1#陽床的投運(yùn)順序控制系統(tǒng)。如某一步故障，則停止運(yùn)行。第一步：打開1-1進(jìn)水門反饋：1-1進(jìn)水門已打開第二步：打開1-6正洗排水門反饋：1-6正洗排水門已打開1#陽床投運(yùn)順序控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)案例分析子問題1：利用Step7Manager實(shí)現(xiàn)1#陽床投運(yùn)步序所涉及的各個(gè)閥門的狀態(tài)判斷。實(shí)現(xiàn)的功能1：1-1進(jìn)水門的狀態(tài)判斷：已開、已關(guān)和故障。實(shí)現(xiàn)的功能2：1-6正洗排水門的狀態(tài)判斷：已開、已關(guān)和故障。狀態(tài)判斷功能FC2的封裝

FC2反饋封裝功能可根據(jù)反饋信號確定閥門的狀態(tài)：已開、已關(guān)或故障。

反饋輸入信號1反饋輸入信號2已開已關(guān)故障FC2FC2-閥門狀態(tài)的確定反饋輸入信號1(F1)反饋輸入信號2(F2)閥門狀態(tài)(S)

0

1已關(guān)

1

0已開

1

1故障閥門的狀態(tài)判斷：OB1中調(diào)用FC1，F(xiàn)C1調(diào)用FC2兩次。

調(diào)用FC2，實(shí)現(xiàn)#1陽床1-1進(jìn)水門的狀態(tài)判斷。調(diào)用FC2，實(shí)現(xiàn)#1陽床1-6正洗排水門的狀態(tài)判斷。第一次調(diào)用FC2時(shí)，實(shí)現(xiàn)#1陽床1-1進(jìn)水門的狀態(tài)判斷。

第二次調(diào)用FC2，實(shí)現(xiàn)#1陽床1-6正洗排水門的狀態(tài)判斷。1#陽床投運(yùn)順序控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)案例分析子問題2：利用Step7Manager實(shí)現(xiàn)1#陽床投運(yùn)步序所涉及的各個(gè)閥門的單獨(dú)手自動操作。實(shí)現(xiàn)的功能1：實(shí)現(xiàn)1-1進(jìn)水門的單獨(dú)手自動操作。實(shí)現(xiàn)的功能2：實(shí)現(xiàn)1-6正洗排水門的單獨(dú)手自動操作。1#陽床投運(yùn)順序控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)案例分析子問題3：利用STEP7Manager實(shí)現(xiàn)1#陽床投運(yùn)步序的一鍵全自動順序控制系統(tǒng)。第一步指令：打開1-1進(jìn)水門。

第一步反饋：1-1進(jìn)水門已打開。第二步指令：打開1-6正洗排水門。

第二步反饋：1-6正洗排水門已打開。步序單步功能塊FB1的封裝

FB1是