可編程控制器 控制系統(tǒng)設(shè)計

可編程控制器西門子S7-300/400PLC實踐與應(yīng)用12控制系統(tǒng)設(shè)計概述控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案1可編程控制器的選擇2控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計3控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計4控制系統(tǒng)設(shè)計舉例512.1控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案一、控制系統(tǒng)形式的確定1、單機控制系統(tǒng)一、控制系統(tǒng)形式的確定2、集中控制系統(tǒng)12.1控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案一、控制系統(tǒng)形式的確定3、分散型控制系統(tǒng)12.1控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案一、控制系統(tǒng)形式的確定4、遠程I/O控制系統(tǒng)12.1控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案一、控制系統(tǒng)形式的確定5、就地（LOCAL）控制系統(tǒng)12.1控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案

(1)最大限度地滿足被控對象的控制要求。設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜集資料，并與機械部分的設(shè)計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電器控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。

(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，使用及維修方便。

(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，在選擇PLC容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則12.1控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案 (1)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、信號燈等執(zhí)行元件)以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象(電動機、電磁閥等)。

(2)PLC的選擇。選擇PLC，應(yīng)包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。

(3)分配I/O點，繪制I/O連接圖。

(4)設(shè)計控制程序。

(5)必要時還需設(shè)計控制臺(柜)。

(6)編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容12.1控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案 (1)根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動作(動作順序、動作條件、必需的保護和聯(lián)鎖等)，操作方式(手動、自動，連續(xù)、單周期、單步等)。

(2)根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備。據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。

(3)選擇PLC。

(4)分配PLC的I/O點，設(shè)計I/O連接圖[這一步也可以結(jié)合第(2)步進行]。

(5)進行PLC程序設(shè)計，同時可進行控制臺(柜)的設(shè)計和現(xiàn)場施工。四、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟12.1控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案四、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟12.1控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案 PLC程序設(shè)計的步驟是：

①對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)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(tǒng)，也可省去這一步。

②設(shè)計梯形圖。

③根據(jù)梯形圖編制程序清單。

④用編程器將程序鍵入到PLC的用戶存貯器中，并檢查鍵入的程序是否正確。

⑤對程序進行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。

⑥待控制臺(柜)及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行聯(lián)機調(diào)試。如不滿足要求，再回去修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。

⑦編制技術(shù)文件。

⑧交付使用。四、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟12.1控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案12.2可編程控制器的選擇

1、結(jié)構(gòu)合理 2、功能相當(dāng)

3、機型統(tǒng)一

4、是否在線編程一、機型的選擇 (1)確定I/O點數(shù)

(2)離散輸入/輸出

(3)模擬輸入輸出

(4)特殊功能輸入/輸出

(5)智能式輸入/輸出二、輸入/輸出的選擇12.2可編程控制器的選擇(1)確定電源的輸入電壓。

(2)將框架中每塊I/O模塊所需的總背板電流相加，計算出I/O模塊所需的總背板電流值。

(3)I/O模塊所需的總背板電流值再加上：

①框架中帶有處理器時，則加上處理器的最大電流值。

②當(dāng)框架中帶有遠程適配器模塊或擴展本地I/O適配器模塊時，加上其最大電流值。

(4)如果框架中留有空槽用作將來擴展時：

①列出將來要擴展的I/O模塊所需的背板電流。

②將所有擴展的I/O模塊的總背板電流值與步驟(3)中計算得出的總背板電流值相加。

(5)確定在框架中是否有用于電源的空槽，或者將電源裝到框架的外面。

(6)根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，從用戶手冊中選擇合適的電源。三、電源的選擇12.2可編程控制器的選擇

存貯器容量的選擇一般有兩種方法：

(1)根據(jù)編程實際使用的節(jié)點數(shù)計算這種方法可精確地計算出存貯器實際使用容量，缺點是要編完程序之后才能計算。

(2)估算法

用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按下面給出的公式進行估算。代替繼電器

M=Km[(10×DI)+(5×DO)]模擬量控制

M=Km[(10×DI)+(5×DO)+(100×AI)]多路采樣控制M=Km|[(10×DI)+(5×Do)+(100×AI)]+[1+采樣點×0．25]|四、存貯器類型及容量的選擇12.2可編程控制器的選擇

一般地，一個系統(tǒng)的軟件總是對應(yīng)于處理控制器具備的控制硬件的。但是，也有應(yīng)用系統(tǒng)需要控制硬件部件以外的軟件功能。例如，一應(yīng)用系統(tǒng)可能包括需要復(fù)雜數(shù)學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理操作的特殊控制或數(shù)據(jù)采集功能。指令集的選擇將決定實現(xiàn)軟件任務(wù)的難易程度?？捎玫闹噶罴瘜⒅苯佑绊憣崿F(xiàn)控制程序所需的時間和程序執(zhí)行時間。五、軟件選擇12.2可編程控制器的選擇1、編程手段

(1)攜帶式簡易編程器。

(2)CRT編程器。

(3)IBM-PC及其兼容機編程軟件包。

2、程序文本處理

(1)簡單程序文本處理，包括打印梯形邏輯圖、參量狀態(tài)和位置。

(2)程序標注，包括接點和線圈的賦值名、網(wǎng)絡(luò)注釋等，這對用戶或軟件工程師閱讀和調(diào)試程序是非常有用的。

(3)圖形和文本的處理。

3、程序貯存方式

4、通信軟件包六、支撐技術(shù)條件的考慮12.2可編程控制器的選擇12.3控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

1、可編程控制器的環(huán)境適應(yīng)性

溫度： 工作溫度O～55Z℃，最高為60℃

保存溫度-40～+85℃

濕度： 相對濕度5％～95％(無凝結(jié)霜)

振動和沖擊：滿足國際電工委員會標準

電源： 200V(AC)，

允許變化范圍

-15％～+15％，頻率47～53Hz

瞬間停電保持10ms

環(huán)境： 周圍空氣不能混有可燃性、

爆炸性和腐蝕性氣體一、環(huán)境技術(shù)條件設(shè)計12.3控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計2、環(huán)境條件對可編程控制器的影響

(1)溫度的影響

(2)濕度的影響

(3)振動和沖擊的影響

(4)周圍空氣的影響一、環(huán)境技術(shù)條件設(shè)計12.3控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

3、改善環(huán)境設(shè)計

(1)高溫對策①盤、柜內(nèi)設(shè)置風(fēng)扇或冷風(fēng)機，經(jīng)過濾網(wǎng)把自然風(fēng)引入盤、柜內(nèi)。②把控制系統(tǒng)置于有空調(diào)的控制室內(nèi)，不能直接放在日光下。③控制器的安裝都應(yīng)考慮通風(fēng)，控制器的上下都要留有100mm的距離，I/O模塊配線時要使用導(dǎo)線槽，以免妨礙通風(fēng)。④安裝時要把發(fā)熱體(如電阻器或電磁接觸器等)遠離控制器，或者把控制器安裝在發(fā)熱體的下面。一、環(huán)境技術(shù)條件設(shè)計12.3控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

3、改善環(huán)境設(shè)計

(2)低溫對策①盤、柜內(nèi)設(shè)置加熱器，冬季時這種加熱器特別有效，可使盤、柜內(nèi)溫度保持在0℃以上或在10℃左右。②停運時，不切斷控制器和I/O模塊電源，靠其本身的發(fā)熱量使周圍溫度升高，特別是夜間低溫時，這種措施是有效的。③在溫度急驟變化的場合，不要打開盤、柜的門，以防冷空氣進人。一、環(huán)境技術(shù)條件設(shè)計12.3控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

3、改善環(huán)境設(shè)計

(3)濕度不宜對策①盤、柜設(shè)計成密封型，并放人吸濕劑。②把外部干燥的空氣引入盤、柜內(nèi)。③印制板上再覆蓋一層保護層，如噴松香水等。④在濕度低、干燥的場合進行檢修時，人體應(yīng)盡量不接觸模塊，以防感應(yīng)電損壞器件。一、環(huán)境技術(shù)條件設(shè)計12.3控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

3、改善環(huán)境設(shè)計

(4)防振和防沖擊措施

在有振動和沖擊時，應(yīng)弄清振動源是什么，以便采取相應(yīng)的防振措施。①如果振動源來自盤、柜之外，可對相應(yīng)的盤、柜采用防振橡皮，以達到減振目的。同時亦可把盤柜設(shè)置在遠離振源的地方，或者使盤柜與振源共振。②如果振動來自盤、柜內(nèi)，則要把產(chǎn)生振動和沖擊的設(shè)備從盤、柜內(nèi)移走，或單獨設(shè)置盤、柜。③強固控制器或I/O模塊印制板、連接器等可能產(chǎn)生松動的部分或器件，連接線亦要固定緊。一、環(huán)境技術(shù)條件設(shè)計12.3控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

3、改善環(huán)境設(shè)計

(5)防周圍環(huán)境空氣不清潔的措施如果周圍環(huán)境空氣不清潔，可采取下面相應(yīng)措施：①盤、柜采用密封型結(jié)構(gòu)。②盤、柜內(nèi)打人高壓清潔空氣，使外界不清潔空氣不能進入盤柜內(nèi)部。③印制板表面涂一層保護層，如松香水等。一、環(huán)境技術(shù)條件設(shè)計12.3控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

1、環(huán)境條件富余2、控制器的并列運行

3、雙機雙工熱后備控制系統(tǒng)

4、與繼電器控制盤并用

5、手動運行二、控制系統(tǒng)的冗余設(shè)計12.3控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

供電系統(tǒng)的設(shè)計直接影響控制系統(tǒng)的可靠性，因此在設(shè)計供電系統(tǒng)時應(yīng)考慮下列因素：(1)輸入電源電壓允許在一定的范圍內(nèi)變化。(2)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)。(3)在控制系統(tǒng)不允許斷電的場合，要考慮供電電源的冗余。(4)當(dāng)外部設(shè)備電源斷電時，應(yīng)不影響控制器的供電。(5)要考慮電源系統(tǒng)的抗干擾措施。三、控制系統(tǒng)供電系統(tǒng)設(shè)計12.3控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計1、使用隔離變壓器的供電系統(tǒng)2、使用UPS供電系統(tǒng)3、雙路供電系統(tǒng)三、控制系統(tǒng)供電系統(tǒng)設(shè)計12.4控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計1、使用隔離變壓器2、使用濾波器3、分離供電系統(tǒng)一、抗電源干擾措施12.4控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計

接地應(yīng)注意：(1)接地電阻小于100Q。(2)接地線應(yīng)盡量粗，一般用大于2mm2的線接地。(3)接地點應(yīng)盡量靠近控制器，接地點與控制器之間的距離不大于50m。(4)接地線應(yīng)盡量避開強電回路和主回路的電