第9章PLC应用设计,使用与维护

1、第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 第9章PLC的应用设计、使用 与维护 n9.1 PLC机电控制系统的总体 设计 n9.2 PLC机电控制系统设计的 基本内 容和步骤 n9.3 提高PLC控制系统可靠性 的措施。 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.1PLC机电控制系统的总 体设计 n 可编程控制器用软件和内部逻辑取代了继 电器控制系统中的继电器、定时器、计数器和 其他单个设备。因此，PLC控制系统的设计， 关键是设计PLC的控制线路和PLC的控制程序， 但随着PLC功能的不断增强，通信网络化的实 现以及功能模块的专用化

2、，使得PLC的应用场 合愈加多样性，它所控制的系统也越来越复杂。 因此，PLC的系统设计不可能归纳出一个适合 于任何PLC控制系统的具体准则和步骤，下面 只叙述PLC控制系统设计应遵守的基本原则。 返回本节返回本节 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.1.1建立系统设计方案 n熟悉被控制系统的工艺要求 n根据物理量的性质确定PLC的型号 n确定被控对象的参数 n分配输入/输出继电器号 n用流程图表示系统动作基本流程 n绘制梯形图,编写PLC控制程序 n现场调试、试运行 n编制技术文件 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 1

3、.熟悉被控制系统的工艺要求 深入了解被控系统是深入了解被控系统是PLC控制系统设计的基础。当设计者在控制系统设计的基础。当设计者在 接到设计任务时，首先必须进入现场调查研究，搜集有接到设计任务时，首先必须进入现场调查研究，搜集有 关资料，并与工艺、机械、电气方面的技术和操作人员关资料，并与工艺、机械、电气方面的技术和操作人员 密切配合，共同探讨被控制对象的驱动要求和注意事项，密切配合，共同探讨被控制对象的驱动要求和注意事项， 如驱动电压、电流和时间等；各部件的动作关系如因果、如驱动电压、电流和时间等；各部件的动作关系如因果、 条件、顺序和必要的保护和联锁、自锁等；操作方式如条件、顺序和必要的保

4、护和联锁、自锁等；操作方式如 手动、自动、半自动，连续、单步和单周期等；内部设手动、自动、半自动，连续、单步和单周期等；内部设 备如与机械、液压、气动、仪表、电气等方面的关系；备如与机械、液压、气动、仪表、电气等方面的关系； 外围设备如与其他外围设备如与其他PLC、工业控制计算机、变频器、监、工业控制计算机、变频器、监 视器之间的关系，以及是否需要显示关键物理量、上下视器之间的关系，以及是否需要显示关键物理量、上下 位机的联网通信和停电等应急情况时的紧急处理等。位机的联网通信和停电等应急情况时的紧急处理等。 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 2.根据物理量的

5、性质确定PLC的型 号 n 根据控制要求确定所需的信号输入元件、 输出执行元件，即哪些信号是输入给PLC，哪些信号 是由PLC发出去驱动外围负载。同时分类统计出各物 理量的性质，无论是开关量还是模拟量，是直流量还 是交流量，以及电压的大小等级。根据输入量、输出 量的类型和点数，选择具有相应功能PLC的基本单元 和扩展单元，对于模块式PLC，还应考虑框架和基板 的型号、数量，并留有余量 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 3.确定被控对象的参数 n 在控制系统中，被控对象的参数一 般包括有位置、速度、时间、温度、压 力、电压、电流等信号，根据控制要求 设置各量的

6、参数、点数和范围。对于有 特殊要求的参数，如精度要求、快速性 要求，应按工艺指标选择相应的传感器 和保护装置 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 4.分配输入/输出继电器号 n分配继电器号之前，首先区分输入、输出继电 器。所谓输入继电器就是把外来的信号送到 PLC内部处理用的继电器，在程序内作接点使 用；输出继电器就是把PLC的内部运算结果向 外部输出的继电器，在程序内部作为继电器线 圈、以及常开、常闭接点使用。在策划编程时， 首先要对输入/输出继电器进行编号。确定输 入/输出继电器所对应的I/O信号所接的接线端 子编号，并且保持一致，列一张I/O信号表， 注

7、明各信号的名称、代号和分配的元件号 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 5.用流程图表示系统动作基本 流程 n用流程图表示系 统动作的基本流 程，会给编写流 程带来极大的方 便。控制对象的 动作顺序若用流 程图来表达的话， 其相互约束关系 直观、形象、具 体，基本组成了 工程设计的框架 分析评估控制任务 PLC选型，I/O设备选择 I/O地址分配 程序设计 满足要求？ 调试程序 电气系统安装 设计硬件系统设计图 和控制柜 满足要求？ 检测硬件连先 联机调试 编制技术文件 进行现场安装调试 交付使用 检查修改程序 N Y N Y 第第9 9章章P PLC的应用设

8、计、使用与维护的应用设计、使用与维护 6.绘制梯形图,编写PLC控制程 序 n 绘制梯形图的过程就是控制对象按生产工艺的要 求进行逐条语句执行的过程，因此有必要列出某些信 号的有效状态，例如是上升沿有效还是下降沿有效， 是低电平有效还是高电平有效，开关量信号是常闭触 点还是常开触点，触点在什么条件下接通或者断开， 激励信号是来自PLC内部还是外部等。最后依据梯形图 逻辑关系，按照PLC的语言和格式编写用户程序，并写 入到PLC存储器中 n 在编制PLC程序中，如果程序较为复杂，应该灵活 运用PLC的内部辅助继电器、定时器、计数器等编程元 件。对于被控对象复杂的程序应尽量结合编程知识对 梯形图在

9、不改变系统功能的情况下进行修正。 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 7.现场调试、试运行 n在编制好程序后，通常利用实验室的拨码开关模拟现 场信号，逼近实际系统，对PLC的程序进行模拟运行并 进行调试，对控制过程中可能出现的各种故障进行汇 总、修正直到运行可靠、稳定。完成此过程后，将PLC 装在现场进行联机总调试，对可能出现的接线问题、 执行元件的硬件故障问题，采用首先调试子程序模块 或功能模块，然后调试初始化程序，最后调试主程序 的方式，逐一排除，使程序更趋完善、稳定，在进行 现场运行测试阶段 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用

10、与维护 8.编制技术文件 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.1.2确定控制方案 n n 在设计PLC控制系统时，应最大限度 地满足被控对象的控制要求，并力求使 控制系统简单、经济、使用及维修方便， 保证控制系统的安全、可靠、稳定，同 时考虑到生产和发展的工艺的改进，在 选择PLC的容量时，应适当留有余量。 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.1.3 控制系统的结构和控 制方式 n1.集中控制系统 n2.分布式控制系统 n3.网络控制系统 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 1.集中控

11、制系统 n 这种控制系统如图所示。 n集中控制系统的最大缺点是当某一控制对象的控制程序需要改变 或PLC出现故障时，必须停止整个系统工作。因此，对于大型的 集中控制系统，可以采用冗余系统克服上述缺点。 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 2.分布式控制系统 n 这类系统的被控对象较多，它们分布在一个较大的区域内，相互之间的距离较 远，而且各被控对象之间要求经常地交换数据和信息。这种系统的控制由若干个 相互之间具有通信联网功能的PLC构成，系统的上位机可以采用PLC，也可以采用 计算机。在分布式控制系统中，每一台PLC控制一个被控对象，各控制器之间可以 通过信号

12、传递进行内部连锁、响应或发令等，或由上位机通过数据总线进行通讯。 分布式控制系统多用于多台机械生产线的控制，各生产线之间有数据连接。由于 各控制对象都有自己的PLC，当某一台PLC停止时，不需要停止其他的PLC。当此 系统与集中控制系统具有相同的I/O点时，虽然多用了一台或几台PLC，导致系统 总构价偏高，但从维护、试运行或增设控制对象等方面看，其灵活性要大得多。 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 3.网络控制系统 n工厂自动化程度的提高，推动了工业控制领域 网络的发展，在大规模生产线上，将工控机、 PLC、变频器、机器人和柔性制造系统连在一 个网络上，大量

13、的数据处理业务和综合管理业 务之间进行数据通信，形成一个复杂的多级分 布式网络控制系统，如变电站的遥测、遥控、 遥调，汽车组装生产线的控制等 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.2 PLC机电控制系统设计 的基本内容和步骤 返回本节返回本节 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.2.1 PLC的硬件设计 n硬件设计的基本原则 (1) 可靠性 n (2) 功能完善 n (3) 经济性 n硬件设计的一般步骤 n (1) 选择适合的PLC机型 n (2) 输入、输出的选择 n (3) 输入输出模块的选择 n (4) 估算用户存

14、储容量 n (5) 专用功能模块的配置 n (6) I/O分配 n n 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.2.2 PLC的软件设计 n设计控制系统流程图 n编制应用程序 n 程序设计的方法很多，目前也没有标准可循， 专业设计人员主要依靠经验进行设计，这就对设计者 要求比较高，不仅要熟悉PLC编程语言，还要求对工 业控制的各种典型环节比较熟悉，对于复杂的控制系 统，设计周期相对比较长，不容易掌握。而现代的 PLC已经可以采用流程图（SFC）来编制，这对顺序 控制系统的编程就非常方便。 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9

15、.2.3 程序测试和修改 n 程序测试是整个程序设计工作中一项 很重要的内容，它可以初步检查程序的 实际效果。程序测试和程序的编制是分 不开的，程序的许多功能都是在测试中 通过修改而完善的。测试时，先从各功 能单元入手，设定输入信号，观察输出 信号的变化情况。必要时可以借用某些 仪器进行检测。各功能单元的程序测试 完成之后，再贯通整个程序，测试各部 分的接口情况，直到满意为止。 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.3 PLC的接口电路 n PLC的控制系统中有输入/ 输出设备，常见的输入电器有按钮、 行程开关、转换开关、接近开关、 霍耳开关、拨码开关和各种

16、传感器 等。输出电器有接触器、继电器、 电磁阀、指示灯及其他有关显示、 执行电器等。正确的连接输入/输出 电路，是保证PLC安全可靠工作的 前提。 返回本节返回本节 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.3.1 PLC的输入接口电路 n1. PLC与按钮、开关等输入元件的连接 n2. PLC与拨码开关的接口电路 n3. PLC与旋转编码器的输入接口 n4. PLC与传感器元件的接口电路 返回本节返回本节 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.3.2 PLC的输出接口电路 n PLC的输出方式有三种，一种是继电 器方式，二是

17、晶体管方式，三是可控硅 方式。这三种PLC输出模块所接的外部负 载也各不相同，继电器输出可以是交流 大负载或直流负载；可控硅输出仅是交 流负载；晶体管输出仅是直流负载. 返回本节返回本节 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.3.3 PLC电源电路 n PLC控制系统的电源除交流电源外， 还包括PLC的直流电源。一般情况下，交 流电源可直接与电网相连，而输入设备 （开关）的直流电源和输出负载的直流 电源等，最好分别采用独立的直流供电 电源. 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.4 提高PLC控制系统可靠性 的措施 n9.

18、4.1 PLC的安装 nPLC的安装环境 nPLC的安装方向 1.PA204S电源单元的连接 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.4.2对电源的处理 n供电电源 nS7-200CPU内部直流电 源 返回本章首页返回本章首页 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.4.3 对感性负载的处理 n在输出单元的连接电路中，要注意对感性负载 的连接方法。在直流负载中，可在感性负载上 并联一个二极管，用于保护PLC 。 感性负载的接线感性负载的接线 图图 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.4.4

19、 PLC安装和布线的注意 事项 n抑制电源系统引入的干扰 n抑制输入、输出电路引入的干扰 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.4.5 PLC的接地 nPLC接地应注意以下几点： nl PLC接地最好采用专用接地极。绝对不 允许与晶匣管装置和大型电动机之类的设备 共用接地系统。 nl PLC的接地极离PLC越近越好，即接地线 越短越好。PLC如由多单元组成，各单元之间 应采用同一点接地。 nl PLC的输入、输出信号线采用屏蔽电缆 时，其屏蔽层应采用一点接地，别切在靠近 PLC这一端的电缆接地，电缆另一端不接地。 nl 接线面积应大于2平方毫米，接地线一 般不要超过20m。PLC的控制系统的接地电阻 应小于4。 n 第第9 9章章P PLC的应用设计、使用与维护的应用设计、使用与维护 9.4.6 PLC与计算机的连接 n 在实际中，经常需要用计算机对 PLC进