PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則.ppt

1、第 7 部分 第五節(jié) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則與內(nèi)容 授課教師：陳曉梅 （華北電力大學電氣與電子工程學院）,可編程序控制器（PLC）原理及應用,第五節(jié) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則與內(nèi)容 一、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則,在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則： 最大限度地滿足控制要求 充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計中最重要的一條原則。設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料。同時要注意和現(xiàn)場工程管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問題。 保證系統(tǒng)的安全可靠 保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。

2、力求簡單、經(jīng)濟、使用與維修方便 在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。不宜盲目追求自動化和高指標。 適應發(fā)展的需要 適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。,第五節(jié) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則與內(nèi)容 二、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟,1）分析被控對象并提出控制要求 詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計任務書。 2）確定輸入輸出設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接

3、觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點數(shù)。,第五節(jié) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則與內(nèi)容 二 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟,3）選擇PLC PLC選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的選擇 4）分配I/O點并設(shè)計PLC外圍硬件線路 分配I/O點：畫出PLC的I/O點與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)P(guān)系表。 PLC外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進入PLC的控制電路等。 由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。,第五節(jié) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基

4、本原則與內(nèi)容 二 、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟,5）程序設(shè)計 程序設(shè)計：1）控制程序；2）初始化程序；3）檢測、故障診斷和顯示等程序；4）保護和連鎖程序。 模擬調(diào)試：根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。 6）硬件實施 設(shè)計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖； 設(shè)計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖； 根據(jù)施工圖紙進行現(xiàn)場接線，并進行詳細檢查。 由于程序設(shè)計與硬件實施可同時進行，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計周期可大大縮短。,第五節(jié) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則與內(nèi)容 二、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟,7）聯(lián)機調(diào)試 聯(lián)機調(diào)試是將通過模擬調(diào)試的程序進一步進行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)

5、機調(diào)試過程應循序漸進，從PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實際負載等逐步進行調(diào)試。如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可。 全部調(diào)試完畢后，交付試運行。經(jīng)過一段時間運行，如果工作正常、程序不需要修改，應將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。 8）整理和編寫技術(shù)文件 技術(shù)文件包括設(shè)計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細表、PLC程序以及使用說明書等。,三、 PLC的選擇,隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PL

6、C控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標有著重要意義。 PLC的選擇主要應從PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。,三 PLC的選擇 1 PLC機型的選擇,PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： 合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 安裝方式的選擇 安裝方式有集中式、遠程IO式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。 相應的功能要求 響應速度要求 系統(tǒng)可靠性的要求 對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng) 機型盡量統(tǒng)一 便于備品備件的采購和管理；有利于技術(shù)力

7、量的培訓和技術(shù)水平的提高，外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信。,三、 PLC的選擇 2 PLC容量的選擇,IO點數(shù)的選擇 在滿足控制要求的前提下力爭使用的IO點最少。 需要加上1015的裕量。 存儲容量的選擇 存儲容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，還與功能實現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學者，在完成同一復雜功能時，其程序量可能相差25之多。 在IO點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲容量后，再加2030的裕量。 存儲容量(字節(jié))開關(guān)量I/O點數(shù)10 模擬量I/O通道數(shù)100 存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。,三 PLC的選擇 3。 IO模塊的選擇,開關(guān)量

8、輸入模塊的選擇 1）輸入信號的類型及電壓等級 有直流輸入、交流輸入和交流直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。 直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接； 交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境。 開關(guān)量輸入模塊的電壓等級有：直流5、12、24、48、60等；交流110、220等。 選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。 一般5、12、24用于傳輸距離較近場合，如5輸入模塊最遠不得超過米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的。,三 PLC的選擇 3 IO模塊的選擇,開關(guān)量輸入模塊的選擇 2）輸入接線方式 主要

9、有匯點式和分組式兩種接線方式,三 PLC的選擇 3 IO模塊的選擇,開關(guān)量輸入模塊的選擇 3）注意同時接通的輸入點數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60。 4）輸入門檻電平 門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱PLC說明書。,三 PLC的選擇 3 IO模塊的選擇,開關(guān)量輸出模塊的選擇 1）輸出方式 開關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式 繼電器輸出：價格便宜，可以驅(qū)動交、直流負載，適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但動作速度較慢（驅(qū)動感性負載時，觸點動

10、作頻率不超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。 對于頻繁通斷的負載，應該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。,三 PLC的選擇 3 IO模塊的選擇,開關(guān)量輸出模塊的選擇 2）輸出接線方式 開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式,三 PLC的選擇 3 IO模塊的選擇,開關(guān)量輸出模塊的選擇 3）驅(qū)動能力 應根據(jù)實際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。 4）注意同時接通的輸出點數(shù)量 同時接通輸出設(shè)備的累計電流值必須小于

11、公共端所允許通過的電流值 一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60 5）輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān) 與不同的負載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。,三 PLC的選擇 3 IO模塊的選擇,模擬量I/O模塊的選擇 模擬量輸入（A/D）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量； 模擬量輸出(D/A)模塊是將PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號輸出。 典型模擬量I/O模塊的量程為-10V+10V、0+10V、420mA等，可根據(jù)實際需要選用，同時還應考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換

12、精度等因素。 一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如RTD、熱電偶等信號）,三 PLC的選擇 3 IO模塊的選擇,特殊功能模塊的選擇 PLC廠家相繼推出了一些具有特殊功能的I/O模塊，有的還推出了自帶CPU的智能型I/O模塊，如高速計數(shù)器、凸輪模擬器、位置控制模塊、PID控制模塊、通信模塊等。,三 PLC的選擇 3 IO模塊的選擇,電源模塊及其它外設(shè)的選擇 1）電源模塊的選擇 電源模塊選擇僅對于模塊式結(jié)構(gòu)的PLC而言，對于整體式PLC不存在電源的選擇。 電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。 2）編程器的選擇 3）寫入器的選擇 為了防止由于干擾

13、或鋰電池電壓不足等原因破壞RAM中的用戶程序，可選用EPROM寫入器，通過它將用戶程序固化在EPROM中。有些PLC或其編程器本身就具有EPROM 寫入的功能。,四 PLC與輸入輸出設(shè)備的連接 1 PLC與常用輸入設(shè)備的連接,PLC與主令電器類設(shè)備的連接,四 PLC與輸入輸出設(shè)備的連接 1 PLC與常用輸入設(shè)備的連接,PLC與撥碼開關(guān)的連接,四 PLC與輸入輸出設(shè)備的連接 1 PLC與常用輸入設(shè)備的連接,PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器的連接,四 PLC與輸入輸出設(shè)備的連接 1 PLC與常用輸入設(shè)備的連接,PLC與傳感器類設(shè)備的連接,I -傳感器的漏電流（mA） UOFF-PLC輸入電壓低電平的上限值（V）

14、 RC-PLC的輸入阻抗（K）,四 PLC與輸入輸出設(shè)備的連接 2 PLC與常用輸出設(shè)備的連接,PLC與輸出設(shè)備的一般連接方法,四 PLC與輸入輸出設(shè)備的連接 2 PLC與常用輸入設(shè)備的連接,PLC與感性輸出設(shè)備的連接,續(xù)流二極管的額定電流為1A、額定電壓大于電源電壓的3倍； 電阻值可取50120 電容值可取0.10.47F， 電容的額定電壓應大于電源的峰值電壓。 接線時要注意續(xù)流二極管的極性,四 PLC與輸入輸出設(shè)備的連接 2 PLC與常用輸入設(shè)備的連接,PLC與七段LED顯示器的連接,四 PLC與輸入輸出設(shè)備的連接 2 PLC與常用輸入設(shè)備的連接,PLC與輸出設(shè)備連接的其它注意事項 1）除

15、了PLC輸入和輸出共用同一電源外，輸入公共端與輸出公共端一般不能接在一起； 2）PLC的晶體管和晶閘管型輸出都有較大的漏電流，尤其是晶閘管輸出，將可能會出現(xiàn)輸出設(shè)備的誤動作。所以要在負載兩端并聯(lián)一個旁路電阻，旁路電阻R的阻值估算可由下式確定： UON是負載的開啟電壓（V），I是輸出漏電流（mA）,五 減少I/O點數(shù)的措施,PLC在實際應用中常碰到這樣兩個問題： 1）PLC的I/O點數(shù)不夠，需要擴展，然而增加I/O點數(shù)將提高成本； 2）是已選定的PLC可擴展的I/O點數(shù)有限，無法再增加。 在滿足系統(tǒng)控制要求的前提下，合理使用I/O點數(shù)，盡量減少所需的I/O點數(shù)是很有意義的。 本節(jié)將介紹幾種實用的

16、減少I/O點數(shù)的措施。,五 減少I/O點數(shù)的措施 1 減少輸入點數(shù)的措施,分組輸入,五 減少I/O點數(shù)的措施 1 減少輸入點數(shù)的措施,矩陣輸入,1）矩陣輸入方法需要硬件與軟件相配合來完成 2）由于矩陣輸入的輸入信號為一系列斷續(xù)的脈沖信號。 3）應保證輸入信號的寬度要大于Y0、Y1、Y2輪流導通一遍的時間,五 減少I/O點數(shù)的措施 1 減少輸入點數(shù)的措施,組合輸入 對于不會同時接通的輸入信號，可采用組合編碼的方式輸入,五 減少I/O點數(shù)的措施 1 減少輸入點數(shù)的措施,輸入設(shè)備多功能化 例如,五 減少I/O點數(shù)的措施 1 減少輸入點數(shù)的措施,合并輸入 將某些功能相同的開關(guān)量輸入設(shè)備合并輸入。如果是

17、幾個常閉觸點，則串聯(lián)輸入；如果是幾個常開觸點，則并聯(lián)輸入。 某些輸入設(shè)備可不進PLC 有些輸入信號功能簡單、 涉及面很窄，有時就沒有必要 作為PLC的輸入，將它們放在 外部電路中同樣可以滿足要求。,五 減少I/O點數(shù)的措施 2 減少輸出點數(shù)的措施,矩陣輸出 注意：采用矩陣輸出時，必須要將同一時間段接通的負載安排在同一行或同一列中，否則無法控制。,五 減少I/O點數(shù)的措施 2 減少輸出點數(shù)的措施,分組輸出 當兩組輸出設(shè)備或負載不會同時工作，可通過外部轉(zhuǎn)換開關(guān)或通過受PLC控制的電器觸點進行切換，所以PLC的每個輸出點可以控制兩個不同時工作的負載。,五 減少I/O點數(shù)的措施 2 減少輸出點數(shù)的措施

18、,并聯(lián)輸出 注意PLC輸出點同時驅(qū)動多個負載時，應考慮PLC輸出點的驅(qū)動能力是否足夠。 輸出設(shè)備多功能化 利用PLC的邏輯處理功能，一個輸出設(shè)備可實現(xiàn)多種用途。 某些輸出設(shè)備可不進PLC 系統(tǒng)中某些相對獨立、比較簡單的控制部分，可直接采用PLC外部硬件電路實現(xiàn)控制。,五 減少I/O點數(shù)的措施 3 注意的問題,以上一些常用的減少I/0點數(shù)的措施，僅供參考，實際應用中應該根據(jù)具體情況，靈活使用。 同時應該注意不要過份去減少PLC的I/0點數(shù)，而使外部附加電路變得復雜，從而影響系統(tǒng)的可靠性。,六 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施,PLC具有很高的可靠性，并且有很強的抗干擾能力，但在過于惡劣的環(huán)境或安裝

19、使用不當?shù)惹闆r下，都有可能引起PLC內(nèi)部信息的破壞而導致控制混亂，甚至造成內(nèi)部元件損壞。 為了提高PLC系統(tǒng)運行的可靠性，應注意以下問題： 適合的工作環(huán)境 合理的安裝與布線 正確的接地 必須的安全保護環(huán)節(jié) 必要的軟件措施 采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng),六 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 1 適合的工作環(huán)境,環(huán)境溫度適宜 通常PLC允許的環(huán)境溫度約在055C。安裝時不要把發(fā)熱量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足夠的通風散熱空間；不要把PLC安裝在陽光直接照射或離暖氣、加熱器、大功率電源等發(fā)熱器件很近的場所；安裝PLC的控制柜最好有通風的百葉窗，如果控制柜溫度太高，應該在柜內(nèi)安裝風扇強迫通風。

20、 環(huán)境濕度適宜 PLC工作環(huán)境的空氣相對濕度一般要求小于85，以保證PLC的絕緣性能。濕度太大也會影響模擬量輸入/輸出裝置的精度。因此，不能將PLC安裝在結(jié)露、雨淋的場所,六 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 1 適合的工作環(huán)境,注意環(huán)境污染 不宜把PLC安裝在有大量污染物（如灰塵、油煙、鐵粉等）、腐燭性氣體和可燃性氣體的場所，尤其是有腐蝕性氣體的地方，易造成元件及印刷線路板的腐蝕。 遠離振動和沖擊源 遠離有強烈振動和沖擊場所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動。必要時可以采取相應措施來減輕振動和沖擊的影響。 遠離強干擾源 PLC應遠離強干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設(shè)備和大型動力設(shè)備等，同時PLC還應該

21、遠離強電磁場和強放射源，以及易產(chǎn)生強靜電的地方。,六 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 2 合理的安裝與布線,注意電源安裝 PLC的IO電路都具有濾波、隔離功能，所以對外部電源要求不高 內(nèi)部電源的性能好壞直接影響到PLC的可靠性，對其要求較高 在干擾較強或可靠性要求較高的場合，應該用帶屏蔽層的隔離變壓器，對PLC系統(tǒng)供電。還可以在隔離變壓器二次側(cè)串接LC濾波電路。同時，在安裝時還應注意以下問題： 1） 隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線連接，以抑制串模干擾； 2）系統(tǒng)的動力線應足夠粗，以降低大容量設(shè)備起動時引起的線路壓降； 3） PLC輸入電路用外接直流電源時，最好采用穩(wěn)壓電源，以

22、保證正確的輸入信號。否則可能使PLC接收到錯誤的信號。,六 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 2 合理的安裝與布線,遠離高壓 PLC不能在高壓電器和高壓電源線附近安裝，更不能與高壓電器安裝在同一個控制柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應遠離高壓電源線，二者間距離應大于200mm。 合理的布線 1) I/O線、動力線及控制線應分開走線，盡量不要在同一線槽中。 2) 交流線與直流線、輸入線與輸出線最好分開走線。 3) 開關(guān)量與模擬量的/線最好分開走線，傳送模擬量信號的/線最好用屏蔽線，且屏蔽線的屏敝層應一端接地。 4) PLC的基本單元與擴展單元之間電纜傳送的信號小、頻率高，很容易受干擾，不能與其它的連線敷埋在同一

23、線槽內(nèi)。 5）PLC的I/O回路配線，必須使用壓接端子或單股線。 6) 與PLC安裝在同一控制柜內(nèi)的感性元件，最好有消弧電路。,六 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 3 正確的接地,PLC一般最好單獨接地，也可以采用公共接地，但禁止使用串聯(lián)接地方式 PLC的接地線應盡量短，使接地點盡量靠近PLC。同時，接地電阻要小于100，接地線的截面應大于mm2。,六 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 4 必須的安全保護環(huán)節(jié),短路保護 應該在PLC外部輸出回路中裝上熔斷器，進行短路保護。最好在每個負載的回路中都裝上熔斷器。 互鎖與聯(lián)鎖措施 除在程序中保證電路的互鎖關(guān)系，PLC外部接線中還應該采取硬件的互鎖措施，

24、以確保系統(tǒng)安全可靠地運行。 失壓保護與緊急停車措施 PLC外部負載的供電線路應具有失壓保護措施，當臨時停電再恢復供電時，不按下“啟動”按鈕PLC的外部負載就不能自行啟動。這種接線方法的另一個作用是，當特殊情況下需要緊急停機時，按下“停止”按鈕就可以切斷負載電源，而與PLC毫無關(guān)系。,六 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 5 必要的軟件措施,消除開關(guān)量輸入信號抖動,六 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 5 必要的軟件措施,故障的檢測與診斷 超時檢測：設(shè)備在各工步的動作所需的時間一般是不變的，即使變化也不會太大，因此可以以這些時間為參考，在PLC發(fā)出輸出信號，相應的外部執(zhí)行機構(gòu)開始動作時啟動一個定時器

25、定時，定時器的設(shè)定值比正常情況下該動作的持續(xù)時間長20左右。 邏輯錯誤檢測：編制一些常見故障的異常邏輯關(guān)系，一旦異常邏輯關(guān)系為ON狀態(tài)，就應按故障處理。 消除預知干擾：某些干擾是可以預知的，如PLC的輸出命令使執(zhí)行機構(gòu)（如大功率電動機、電磁鐵）動作，常常會伴隨產(chǎn)生火花、電弧等干擾信號，它們產(chǎn)生的干擾信號可能使PLC接收錯誤的信息。在容易產(chǎn)生這些干擾的時間內(nèi)，可用軟件封鎖PLC的某些輸入信號，在干擾易發(fā)期過去后，再取消封鎖。,六 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 6 采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng),冗余系統(tǒng) 冗余系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有多余的部分，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，這多余的部分能立即替代故障部分而使系統(tǒng)繼續(xù)正常

26、運行。 熱備用系統(tǒng) 熱備用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較冗余系統(tǒng)簡單，雖然也有兩個CPU模塊在同時運行一個程序，但沒有冗余處理單元RPU。系統(tǒng)兩個CPU模塊的切換，是由主CPU模塊通過通信口與備用CPU模塊進行通信來完成的。,七、 PLC在開關(guān)量控制系統(tǒng)中的應用 1 機械手及其控制要求,機械手的原位：在最上面、最左邊且除松開的電磁線圈(YV5)通電外其它線圈全部斷電的狀態(tài),七、 PLC在開關(guān)量控制系統(tǒng)中的應用 1 機械手及其控制要求,機械手具有手動、單步、單周期、連續(xù)和回原位五種工作方式，用開關(guān)SA進行選擇。,七、 PLC在開關(guān)量控制系統(tǒng)中的應用 2 PLC的I/O分配,為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障

27、時），能可靠地切斷PLC的負載電源，設(shè)置了交流接觸器KM。在PLC開始運行時按下“電源”按鈕SB1，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點接通，給輸出設(shè)備提供電源；出現(xiàn)緊急情況時，按下“急?！卑粹oSB2，KM觸點斷開電源。,七、 PLC在開關(guān)量控制系統(tǒng)中的應用 3 PLC程序設(shè)計,程序的總體結(jié)構(gòu) 將程序分為公用程序、自動程序、手動程序和回原位程序四個部分， 其中自動程序包括單步、單周期和連續(xù)工作的程序，這是因為它們的工作都是按照同樣的順序進行，所以將它們合在一起編程更加簡單。 梯形圖中使用跳轉(zhuǎn)指令使得自動程序、手動程序和回原位程序不會同時執(zhí)行。,七、 PLC在開關(guān)量控制系統(tǒng)中的應用 3 PLC程序

28、設(shè)計,各部分程序的設(shè)計 公用程序,七、 PLC在開關(guān)量控制系統(tǒng)中的應用 3 PLC程序設(shè)計,各部分程序的設(shè)計 手動程序,七、 PLC在開關(guān)量控制系統(tǒng)中的應用 3 PLC程序設(shè)計,各部分程序的設(shè)計 自動程序,七、 PLC在開關(guān)量控制系統(tǒng)中的應用 3 PLC程序設(shè)計,各部分程序的設(shè)計 自動程序,七、 PLC在開關(guān)量控制系統(tǒng)中的應用 3 PLC程序設(shè)計,各部分程序的設(shè)計 回原位程序,七、 PLC在開關(guān)量控制系統(tǒng)中的應用 3 PLC程序設(shè)計,程序綜合與模擬調(diào)試 由于在分部分程序設(shè)計時已經(jīng)考慮各部分之間的相互關(guān)系，因此只要將公用程序、手動程序、自動程序和回原位程序按照機械手程序總體結(jié)構(gòu)綜合起來即為機械手

29、控制系統(tǒng)的PLC程序。 模擬調(diào)試時各部分程序可先分別調(diào)試，然后再再進行全部程序的調(diào)試，也可直接進行全部程序的調(diào)試。,七、 PLC在開關(guān)量控制系統(tǒng)中的應用 4 現(xiàn)場施工與聯(lián)機調(diào)試（略）,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 1 PLC模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本原理,虛線部分由PLC的基本單元加上模擬量輸入/輸出擴展單元來承擔。即由PLC自動采樣來自檢測元件或變送器的模擬輸入信號，同時將采樣的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，存在指定的數(shù)據(jù)寄存器中，經(jīng)過PLC運算處理后輸出給執(zhí)行機構(gòu)。,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 2 PLC與其它模擬量控制裝置的比較,傳統(tǒng)的模擬量控制系統(tǒng)主要采用電動組合儀表，常用的有DDZ-

30、型和DDZ-型儀表。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，但體積大、功耗大、安裝復雜、通用性和靈活性較差、控制精度和穩(wěn)定性較差。另外，其控制運算功能簡單，不能實現(xiàn)復雜的過程控制。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，新型的過程控制計算機不斷涌現(xiàn)，較為流行的有工業(yè)控制計算機（IPC）、可編程調(diào)節(jié)器（PSC）、集散控制系統(tǒng)（DCS）。,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 2 PLC與其它模擬量控制裝置的比較,PLC與PSC 可編程調(diào)節(jié)器（PSC）是在DDZ-型儀表的基礎(chǔ)上，采用微處理器技術(shù)發(fā)展起來的第四代儀表。它的強大功能、靈活性、可靠性、控制精度、數(shù)字通訊能力是傳統(tǒng)的電動組合儀表無法比擬的。 PSC與PLC都是智能化的工

31、業(yè)裝置，各有特色。PLC以開關(guān)量控制為主，模擬量控制為輔；而PSC則以閉環(huán)模擬量控制為主，開關(guān)量控制為輔，并能進行顯示、報警和手動操作。 在模擬量控制系統(tǒng)中采用PSC更適合于各種過程控制的要求。而PLC的可靠性、靈活性、強大的開關(guān)量控制能力和通訊聯(lián)網(wǎng)能力，在模擬量控制上也富有特色。特別在開關(guān)量、模擬量混合控制系統(tǒng)中更顯示出其獨特的優(yōu)越性。,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 2 PLC與其它模擬量控制裝置的比較,PLC與DCS 集散控制系統(tǒng)（DCS）是1975年問世的，它的是3C（computer、communications、control）技術(shù)的產(chǎn)物，它將順序控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、過程控

32、制的模擬量儀表、過程監(jiān)控裝置有機地結(jié)合在一起，產(chǎn)生了滿足各種不同要求的DCS。 而今天的PLC加強了模擬量控制功能，多數(shù)配備了各種智能模塊，具有了PID調(diào)節(jié)功能和構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)、組成分級控制的功能，也實現(xiàn)了DCS所能完成的功能。到目前為止，PLC與DCS的發(fā)展越來越近。 就發(fā)展趨勢來看，控制系統(tǒng)將綜合PLC和DCS各自的優(yōu)勢，并把兩者有機地結(jié)合起來，形成一種新型的全分布式計算機控制系統(tǒng)。,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 2 PLC與其它模擬量控制裝置的比較,PLC與IPC 工業(yè)控制計算機（IPC）是由通用微機的推廣應用而發(fā)展起來的，其硬件結(jié)構(gòu)和總線的標準化程度高，品種兼容性強，軟件資源豐富，特別

33、是有實時操作系統(tǒng)的支持，在要求實時性強、系統(tǒng)模型復雜的領(lǐng)域占有優(yōu)勢。 而PLC的標準化程度較差，產(chǎn)品不能兼容，故開發(fā)較為困難。但PLC的梯形圖編程很受不熟悉計算機的電氣技術(shù)人員歡迎，同時PLC專為工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境設(shè)計的，可靠性非常高，被認為是不會損壞的設(shè)備，而IPC在可靠性上還不夠理想。,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 3 PLC的A/D和D/A模塊介紹,FX2N系列中有關(guān)模擬量的特殊功能模塊有： FX2N-2AD（2路模擬量輸入） FX2N-4AD（4路模擬量輸入） FX2N-8AD（8路模擬量輸入） FX2N-4AD-PT（4路熱電阻直接輸入） FX2N-4AD-TC（4路熱電偶直接輸入）

34、 FX2N-2DA（2路模擬量輸出） FX2N-4DA（4路模擬量輸出） FX2N-2LC（2路溫度PID控制模塊）等。,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 3 PLC的A/D和D/A模塊介紹,FX-4AD模擬量輸入模塊,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 3 PLC的A/D和D/A模塊介紹,FX-2DA模擬量輸出模塊,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 3 PLC的A/D和D/A模塊介紹,模擬量模塊的編程 特殊功能模塊的編號,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 3 PLC的A/D和D/A模塊介紹,模擬量模塊的編程 特殊功能模塊的讀/寫指令,ml為特殊功能模塊的編號，ml=07； m2為該特殊

35、功能模塊中緩沖寄存器(BFM)的編號，m2=032767； n是待傳送數(shù)據(jù)的字數(shù)，n=l32（16位操作）或l16（32位操作）。,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 3 PLC的A/D和D/A模塊介紹,模擬量模塊的編程 編程舉例 例1：FX2N-4AD模塊在0號位置，其通道CH1和CH2作為電壓輸入，CH3、CH4關(guān)閉，平均值采樣次數(shù)為4，數(shù)據(jù)存儲器D1和D2用于接收CH1、CH2輸入的平均值。,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 3 PLC的A/D和D/A模塊介紹,模擬量模塊的編程 編程舉例 例2：FX2N-2DA模塊在1號位置，其通道CH1和CH2作為電壓輸出，將數(shù)據(jù)存儲器D1和D2的內(nèi)

36、容通過CH1、CH2輸出。 程序如圖6-34所示，X000接通時，通道1（CH1）執(zhí)行數(shù)字到模擬量的轉(zhuǎn)換；X001接通時，通道2（CH2）執(zhí)行數(shù)字到模擬量的轉(zhuǎn)換。,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 4 PLC的PID功能介紹,PID控制 在工業(yè)控制中，PID控制（比例-積分-微分控制）得到了廣泛的應用，這是因為PID控制具有以下優(yōu)點： 1）不需要知道被控對象的數(shù)學模型。實際上大多數(shù)工業(yè)對象準確的數(shù)學模型是無法獲得的，對于這一類系統(tǒng)，使用PID控制可以得到比較滿意的效果。 2）PID控制器具有典型的結(jié)構(gòu)，程序設(shè)計簡單，參數(shù)調(diào)整方便。 3）有較強的靈活性和適應性，根據(jù)被控對象的具體情況，可以采用

37、各種PID控制的變種和改進的控制方式，如 PI、PD、帶死區(qū)的PID、積分分離式PID、變速積分PID等。 隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，PID控制與模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制方法相結(jié)合，可以實現(xiàn)PID控制器的參數(shù)自整定，使PID控制器具有經(jīng)久不衰的生命力。,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 4 PLC的PID功能介紹,PLC實現(xiàn)PID控制的方法,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 4 PLC的PID功能介紹,PLC實現(xiàn)PID控制的方法 1）使用PID過程控制模塊。這種模塊的PID控制程序是PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計的，并存放在模塊中，用戶在使用時只需要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來非常方便，一塊模塊可以控

38、制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。但是這種模塊的價格昂貴，一般在大型控制系統(tǒng)中使用。如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模塊。 2）使用PID功能指令?，F(xiàn)在很多中小型 PLC都提供PID控制用的功能指令，如FX2N系列PLC的PID指令。它們實際上是用于PID控制的子程序，與A/D、D/A模塊一起使用，可以得到類似于使用PID過程控制模塊的效果，價格卻便宜得多。 3）使用自編程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制。有的PLC沒有有PID過程控制模塊和 PID控制指令，有時雖然有PID控制指令，但用戶希望采用變型PID控制算法。在這些情況下，都需要由用戶自己編制PID控制程序,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 4

39、 PLC的PID功能介紹,FX2N的PID指令,PID指令是用來調(diào)用PID運算程序，在PID運算開始之前，應使用MOV指令將參數(shù)（見表6-3）設(shè)定值預先寫入對應的數(shù)據(jù)寄存器中。如果使用有斷電保持功能的數(shù)據(jù)寄存器，不需要重復寫入。如果目標操作數(shù)D有斷電保持功能，應使用初始化脈沖M8002的常開觸點將其復位。,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 4 PLC的PID功能介紹,FX2N的PID指令,八 PLC在模擬量閉環(huán)控制中的應用 4 PLC的PID功能介紹,PID參數(shù)的整定 比例系數(shù)K p越大，比例調(diào)節(jié)作用越強，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高；但是對于大多數(shù)系統(tǒng)，K p過大會使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低

40、 積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但是積分作用的動作緩慢，可能給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性帶來不良影響。積分時間常數(shù)T I增大時，積分作用減弱，系統(tǒng)的動態(tài)性能（穩(wěn)定性）可能有所改善，但是消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。 微分部分是根據(jù)誤差變化的速度，提前給出較大的調(diào)節(jié)作用。微分部分反映了系統(tǒng)變化的趨勢，它較比例調(diào)節(jié)更為及時，所以微分部分具有超前和預測的特點。微分時間常數(shù)T D增大時，超調(diào)量減小，動態(tài)性能得到改善，但是抑制高頻干擾的能力下降。 選取采樣周期T S時，應使它遠遠小于系統(tǒng)階躍響應的純滯后時間或上升時間。為使采樣值能及時反映模擬量的變化，T S越小越好。但是T S太小會增加CPU的運算工作量，相

41、鄰兩次采樣的差值幾乎沒有什么變化，所以也不宜將T S取得過小。,九 PLC控制系統(tǒng)的維護和故障診斷 1 PLC控制系統(tǒng)的維護,一般情況下檢修時間以每6個月至一年1次為宜，當外部環(huán)境條件較差時，可根據(jù)具體情況縮短檢修間隔時間。 PLC日常維護檢修的一般內(nèi)容,九 PLC控制系統(tǒng)的維護和故障診斷 2 PLC的故障診斷,任何PLC都具有自診斷功能，當PLC異常時應該充分利用其自診斷功能以分析故障原因。一般當PLC發(fā)生異常時，首先請檢查電源電壓、PLC及I/O端子的螺絲和接插件是否松動，以及有無其他異常。然后再根據(jù)PLC基本單元上設(shè)置的各種LED的指示燈狀況，以檢查PLC自身和外部有無異常。 下面以FX系列PLC為例，來說明根據(jù)LED指示燈狀況以診斷PLC故障原因的方法。,九 PLC控制系統(tǒng)的維護和故障診斷 2 PLC的故障診斷,電源指示（POWERLED指示） 當向PLC基本單元供電時，基本單元表面上設(shè)置的POWERLED指示燈會亮。 如果電源合上但POWERLED指示燈不亮，請確認電源接線。另外，若同一電源有驅(qū)動傳感器等時，請確認有無負載