第7章可編程控制器應用系統(tǒng)的設計

第七章

可編程控制器應用系統(tǒng)的設計

第一節(jié)

可編程控制器控制系統(tǒng)總體設計

第二節(jié)STEP7結構化程序設計

第三節(jié)

程序設計實例習題與思考題第一節(jié)

可編程控制器控制系統(tǒng)總體設計

一、系統(tǒng)設計的基本原則

1、最大限度的滿足被控對象提出的各項性能指標2、確?？刂葡到y(tǒng)的安全可靠3、力求控制系統(tǒng)簡單

4、留有適當?shù)脑Ａ?/p>

二、系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容及步驟

1、明確并評估設計任務2、確定用戶輸入輸出設備3、PLC機型及相關模塊的選型

（1）輸入/輸出點數(shù)

I/O點數(shù)=（10～15％）輸入輸出點統(tǒng)計數(shù)

（2）用戶程序存儲器的容量

①開關量I/O點數(shù)

所需內(nèi)存字數(shù)＝開關量I/O總點數(shù)

10

②僅有模擬量輸入時

內(nèi)存字數(shù)＝模擬量點數(shù)

100

③模擬量輸入和模擬量輸出并存

內(nèi)存字數(shù)＝模擬量點數(shù)

200內(nèi)存字數(shù)＝（20～25％）*（開關量I/O總點數(shù)＋模擬量I/O點數(shù)

16)

10。4、分配I/O地址，繪制I/O接線圖

5、設計控制程序6、控制程序的模擬調(diào)試7、現(xiàn)場聯(lián)機統(tǒng)調(diào)

7、編制控制系統(tǒng)的技術文件

三、PLC控制系統(tǒng)的可靠性設計

PLC控制系統(tǒng)的可靠性設計：供電系統(tǒng)設計、接地設計和冗余設計。

1、PLC供電系統(tǒng)設計

①CPU工作電源的設計

②I/O模板工作電源的設計

2、接地設計

接地設計目的：消除各個支路電流流經(jīng)公共地線阻抗時所產(chǎn)

生的噪聲電壓和避免磁場與電位差的影響。①接地電阻小于4歐姆；②保證足夠的機械強度；③具有耐腐蝕能力并做防腐處理；④PLC的控制系統(tǒng)要單獨設計接地。

3、冗余設計

冗余設計是指在系統(tǒng)中人為地設計某些“多余”的部分。①冷備份冗余設計；②熱備份冗余設計；③表決系統(tǒng)冗余配置。

第二節(jié)STEP7的結構化程序設計一、功能塊及其組成

1、功能塊FB或功能FCFB或FC實質(zhì)上是用戶編寫的子程序，其中功能塊（FB）有一個數(shù)據(jù)結構與該功能塊的參數(shù)完全相同的數(shù)據(jù)塊（DB），稱為背景數(shù)據(jù)塊，背景數(shù)據(jù)塊依附于功能塊，它隨著功能塊的調(diào)用而打開，隨著功能塊的結束而關閉。功能FC則不需要背景數(shù)據(jù)塊。

2、功能塊組成：局部變量聲明表和控制程序。

局部變量聲明表對當前邏輯塊所使用的局部變量進行聲明。

局部變量：靜態(tài)變量或臨時變量

二、功能塊局部變量聲明表

類型參數(shù)／變量說

明In輸入?yún)?shù)由調(diào)用塊向被調(diào)用塊提供數(shù)據(jù)Out輸出參數(shù)將被調(diào)用塊的執(zhí)行結果數(shù)據(jù)，返回到調(diào)用塊In_OutI／O參數(shù)由調(diào)用塊向被調(diào)用塊提供數(shù)據(jù)，經(jīng)被調(diào)用塊處理后，返回到調(diào)用塊Stat靜態(tài)變量靜態(tài)變量存儲在背景數(shù)據(jù)塊中，塊調(diào)用結束后，其內(nèi)容被保留Temp臨時變量臨時變量存儲在L堆棧中，塊執(zhí)行結束后，其內(nèi)容不保留

1、功能塊FB：操作系統(tǒng)為參數(shù)和靜態(tài)變量分配存儲空間即背景數(shù)據(jù)塊，在功能塊調(diào)用結束后，其運行結果保存在背景數(shù)據(jù)塊中。如果在調(diào)用FB時沒有提供實際參數(shù)，則功能塊使用背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)值。2、功能FC：操作系統(tǒng)在L堆棧中為FC的臨時變量分配存儲空間。輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、I/O參數(shù)以指向?qū)嶋H參數(shù)的指針形式存儲在操作系統(tǒng)為參數(shù)傳遞而保留的額外空間中。（在FC中無靜態(tài)變量）

參數(shù)類型大小說

明定時器（Timer）2Bybe在功能塊中定義一個定時器形參，調(diào)用時賦以定時器實參

計數(shù)器（Counter）2Byte在功能塊中定義一個計數(shù)器形參，調(diào)用時賦以計數(shù)器實參塊：Block_FBBlock_FCBlock_DBBlock_SDB2Byte在功能塊中定義一個功能塊或數(shù)據(jù)塊形參變量，調(diào)用時給功能塊類或數(shù)據(jù)塊類形參賦予實際的功能塊或數(shù)據(jù)塊編號，如FC20、DB33

指針（Pointer）6Byte在功能塊中定義一個形參，該形參說明的是內(nèi)存的地址指針。例如：調(diào)用時可以給形參賦予實參，P#M10.0，以訪問內(nèi)存M10.0ANY10Byte當實參的數(shù)據(jù)類型未知時，可以使用該類型三、局部變量的數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)類型：基本數(shù)據(jù)類型、復式數(shù)據(jù)類型、參數(shù)類型（定時器、計數(shù)器、塊的地址或指針等）

四、功能塊調(diào)用過程及內(nèi)存分配

五、功能塊（或功能）的編程及調(diào)用

1、局部變量的調(diào)用①局部變量名，如：

#start（符號地址是用于全局變量的）。②直接使用局部變量的地址（僅適用于背景數(shù)據(jù)塊及L堆棧），如start變量所對應的Address——0.0。2、編程案例（雙速電機控制）3、功能塊創(chuàng)建與調(diào)用

雙速電機控制電路功能圖、語句表。

AI0.0=L20.0BLD103AI0.1=L20.1BLD103AQ4.0=L20.2BLD103AQ4.1=L20.3BLD103AQ4.2=L20.4BLD103CALLFC1start:=L20.0stop:=L20.1low_coil:=L20.2high_coil:=L20.3coil:=L20.4【7-1】兩臺三級皮帶機分別由M1、M2、M3及M4、M5、M6六臺電機驅(qū)動。當按下起動按鈕時，每臺皮帶機按M3→M2→M1(M6→M5→M4)順序間隔啟動，1#、2#皮帶機電機啟動間隔分別為5s、8s;當按下停止按鈕時,則按M1→M2→M3(M4→M5→M6)逆序間隔停止，兩臺皮帶機電機停止間隔均為4s.按下急停按鈕，六臺電機全部立刻停止。試分別用FB、FC設計控制程序。

FB1——順序起動程序FB1——停止條件FB1——逆序停止程序OB1程序

OB1兩次無條件調(diào)用FB1，將不同的實參賦于FB1的In、Out、In_Out形參，實現(xiàn)兩臺皮帶機的控制。圖中DB1、DB2作為FB1的背景數(shù)據(jù)塊。

六、STEP7的數(shù)據(jù)塊編程

1、定義數(shù)據(jù)塊

①

STEP7管理器中添加數(shù)據(jù)塊。

②打開數(shù)據(jù)塊編輯器。

③數(shù)據(jù)塊的類型:基本數(shù)據(jù)類型、復式數(shù)據(jù)類型。

復式數(shù)據(jù)類型：日期—時間型（Data_and_Time）、字符串型（String）、數(shù)組型（Array）、結構型（Struct）、用戶數(shù)據(jù)類型（UDT）。2、數(shù)據(jù)塊訪問①直接訪問數(shù)據(jù)塊

布爾變量：DB10.DBX0.0

或DB10.start

DB10.DBX0.2

或DB10.M1

實數(shù)：DB10.DBD2

或DB10.TT1

②打開后訪問OPNDB10

A（

ODBX0.0

OM1//符號地址

）

ANDBX0.1

=M1

//符號地址

第三節(jié)

程序設計實例【7-2】小車送料控制系統(tǒng)（1）控制要求：當小車處于A點時，按起動按鈕SB1，小車正向前進至B點停車卸料，10秒后小車反向后退至A點停車裝料，15秒后小車再次前進至C點停車卸料，10秒后小車反向后退至A點停車裝料，15秒后小車再次前進至D點停車卸料，10秒后小車反向后退至A點停車裝料，15秒后小車再次前進至B點……如此循環(huán)往復，直至按下停止按鈕SB2，小車結束本次送料過程返回A點停止。（2）報警及處理：小車一旦超限（SQ1/SQ2動作）、驅(qū)動電機過載、急停SB3時小車立即停止工作，報警燈以1Hz頻率閃爍，運行過程中誤操作報警燈則常亮。1、輸入輸出點分配2、OB1程序設計（1）起動控制

自動運行標志M0.0

2、OB1程序設計（2）停車卸料控制

自動運行時，送料小車到達B、C、D點，若符合停車條件，則停車卸料，并起動卸料定時器T0。

2、OB1程序設計（3）B、C、D點經(jīng)停處理

位變量M1.0記憶送料小車B點停車卸料；

位變量M1.1記憶送料小車C點停車卸料；

位變量M0.4表示在B或C或D點已完成卸料且已回到A點。

2、OB1程序設計（4）A點起?？刂?/p>

位變量M0.6表示循環(huán)運行標志。2、OB1程序設計（5）故障停車處理報警

位變量M0.5表示自動運行停止標志。2、OB1程序設計（6）輸出控制

2、OB1程序設計（7）故障處理【7-3】機械手控制系統(tǒng)

控制要求：當機械手位于原位時，按下起動按鈕且光電開關檢測到A點工件后，機械手即進入如圖所示的工作循環(huán)，將A點工件抓取至B點；在自動運行過程中，若按下停止按鈕SB2，機械手待整個工作流程結束才停止工作。其中，機械手上升/下降、左移/右移由雙線圈二位電磁閥驅(qū)動，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥驅(qū)動，線圈通電執(zhí)行夾緊動作，反之，執(zhí)行放松動作。控制模式：機械手分手動、自動二種工作方式，連續(xù)、單周、單步三種自動運行模式。1、輸入輸出分配2、OB1程序設計（1）原位指示與起動邏輯2、OB1程序設計（2）循環(huán)賦值2、OB1程序設計（3）移位控制

在移位脈沖的控制下，MW10依次進行移位操作，每次左移1位，控制機械手完成下一個動作，直至完成當前的工作流程。2、OB1程序設計（4）輸出控制——上升下降2、OB1程序設計（5）輸出控制——左移右移、夾緊放松

習題與思考題7-1設計PLC控制系統(tǒng)時要遵循的基本原則是什么？7-2設計PLC控制系統(tǒng)應包含哪些任務？7-3設計PLC控制系統(tǒng)的一般步驟有哪些？7-4PLC選型要注意哪些參數(shù)？7-5PLC控制系統(tǒng)的可靠性設計有哪些內(nèi)容？7-6組織塊能否調(diào)用其它的組織塊？7-7在變量聲明表中，靜態(tài)變量與臨時變量有何不同？7-8某十字路口的東西方向和南北方向分別安裝紅、綠、黃交通信號燈，其動作時序如圖7-31所示，相應的輸入輸出分配如表7-17所示。試采用結構化編程方式設計其控制系統(tǒng)。圖7-31表7-177-9某三相六級步進電機有3種通電方式：三相單三拍：（A－B－C－A…正轉(zhuǎn)，A－C－B－A…反轉(zhuǎn)）；三相雙三拍：（AB－BC－CA－AB…正轉(zhuǎn)，AC－CB－BA－AC…反轉(zhuǎn)