第九章：可编程控制系统设计

1、第二篇第二篇 可编程控制器技术可编程控制器技术第九章第九章 可编程控制系统设计可编程控制系统设计本章内容及要求本章内容及要求 ： 可编程控制系统设计的基本原则、设计的一可编程控制系统设计的基本原则、设计的一般步骤与方法般步骤与方法 常用的顺序控制设计法常用的顺序控制设计法, ,逻辑设计法以及随逻辑设计法以及随动控制设计法。动控制设计法。 PLCPLC控制系统设计应用举例控制系统设计应用举例第一节第一节 PLCPLC控制系统设计的基本内容和步骤控制系统设计的基本内容和步骤一、一、PLCPLC控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则 1 1、PLCPLC控制系统控制被控对象应最大限度地满足控制

2、系统控制被控对象应最大限度地满足工艺要求。工艺要求。 2 2、在满足工艺要求的前提下，力求使、在满足工艺要求的前提下，力求使PLCPLC控制系控制系统简单、经济、使用及维修方便。统简单、经济、使用及维修方便。 3 3、保证控制系统的安全、可靠。、保证控制系统的安全、可靠。 4 4、考虑到生产的发展和工艺的改进，在配置、考虑到生产的发展和工艺的改进，在配置PLCPLC硬件设备时应适当留有一定的裕量。硬件设备时应适当留有一定的裕量。二、二、PLCPLC控制系统设计的基本内容控制系统设计的基本内容1 1、选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开、选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）

3、、输出设备（继电器、接触器、信关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。（电动机、电磁阀等）。2 2、PLCPLC的选择。的选择。PLCPLC是是PLCPLC控制系统的核心部件。控制系统的核心部件。正确选择正确选择PLCPLC对于保证整个控制系统的技术经济性对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。选择能指标起着重要的作用。选择PLCPLC，包括机型、容，包括机型、容量的选择以及量的选择以及I/OI/O模块、电源模块等的选择。模块、电源模块等的选择。 3 3、分配、分配I

4、/OI/O点，绘制点，绘制I/OI/O连接图。连接图。 4 4、控制程序设计。包括控制系统流程图、梯形图、控制程序设计。包括控制系统流程图、梯形图、语句表（即程序清单）等设计。语句表（即程序清单）等设计。 控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。因此，设计的系统工作正常、安全、可靠的关键。因此，设计的控制程序必须经过反复调试、修改，直到满足要求控制程序必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。为止。 5 5、必要时还需设计控制台（柜）。、必要时还需设计控制台（柜）。 6 6、编制控制系统的技术文件。包括说明书、电气、编制控

5、制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表。图及电气元件明细表。 三、三、PLCPLC控制系统设计的一般步骤及内容控制系统设计的一般步骤及内容1 1、根据生产的工艺过程分析控制要求，需要完、根据生产的工艺过程分析控制要求，需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必须的保护和成的动作（动作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周期、单步等）。期、单步等）。2 2、根据控制要求确定所需要的输入、输出设备。、根据控制要求确定所需要的输入、输出设备。据此确定据此确定PLCPLC的的I/OI/O点数。点数。3 3、选择、选择P

6、LCPLC机型及容量。机型及容量。4 4、定义输入、输出点名称，分配、定义输入、输出点名称，分配PLCPLC的的I/OI/O点，点，设计设计I/OI/O连接图。连接图。 5 5、根据、根据PLCPLC所要完成的任务及应具备的功能，所要完成的任务及应具备的功能，进行进行PLCPLC程序设计，同时可进行控制台（柜）的程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工。设计和现场施工。6 6、待控制台（柜）设计及现场施工完成后，进、待控制台（柜）设计及现场施工完成后，进行联机调试。如不满足要求，再修改程序或检查行联机调试。如不满足要求，再修改程序或检查接线，直到满足要求为止。接线，直到满足要求为止。

7、7 7、编制技术文件。、编制技术文件。 8 8、交付使用。、交付使用。PLCPLC程序设计的步骤与内容是：程序设计的步骤与内容是：（1 1）对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流）对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。对于简程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统，也可省去这一步。单的控制系统，也可省去这一步。（2 2）设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也）设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。要设计好梯形图，首先要十分是比较困难的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践熟悉控制要求，

8、同时还要有一定的电气设计的实践经验。经验。（3 3）根据梯形图编制程序清单。）根据梯形图编制程序清单。（4 4）用计算机或编程器将程序键入到）用计算机或编程器将程序键入到PLCPLC的用户存的用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。储器中，并检查键入的程序是否正确。 （5 5）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。四、四、PLCPLC机型的选择机型的选择1 1、规模要适当。输入、输出点数以及软件对、规模要适当。输入、输出点数以及软件对PLCPLC功功能及指令的要求是选择能及指令的要求是选择PLCPLC机型规模大小的重要依机型规模大小的重要依据。据。2

9、 2、功能要相当，结构要合理、功能要相当，结构要合理3 3、输入、输出功能及负载能力的选择、输入、输出功能及负载能力的选择4 4、使用环境条件、使用环境条件9-6 9-6 某液压动力滑台在初始状态时停在最左边，行某液压动力滑台在初始状态时停在最左边，行程开关程开关X000X000接通时，按下启动按钮接通时，按下启动按钮X005X005，动力滑，动力滑台的进给动力如图台的进给动力如图9-139-13所示。工作一个循环后，返所示。工作一个循环后，返回初始位置。控制各电磁阀的回初始位置。控制各电磁阀的Y001Y001Y004Y004在各工在各工步的状态如表步的状态如表9-49-4所示。画出状态转移图

10、，并用基所示。画出状态转移图，并用基本指令、移位指令、步进指令写出梯形图。本指令、移位指令、步进指令写出梯形图。 快快进进工工进进1 1工工进进2 2快快退退X X0 00 00 0X X0 00 01 1X X0 00 02 2X X0 00 03 3图图9 9- -1 13 3 习习题题9 9- -6 6图图表表9 9- -4 4 各各工工步步输输出出状状态态表表快快进进工工进进1 1工工进进2 2快快退退Y Y0 00 04 4Y Y0 00 01 1Y Y0 00 02 2Y Y0 00 03 3+ + + + + + + +输入接点分配输入接点分配输出接点分配输出接点分配原点行程开关

11、原点行程开关X000X000电磁阀电磁阀1 1Y001Y001工进工进1 1行程开关行程开关X001X001电磁阀电磁阀3 3Y002Y002工进工进2 2行程开关行程开关X002X002电磁阀电磁阀3 3Y003Y003终点行程开关终点行程开关X003X003电磁阀电磁阀4 4Y004Y004启动按钮启动按钮X005X005解法解法1：解法解法2：M0:启动条件：启动条件：M8002或或M4*X000保持条件：保持条件：M0停止条件：停止条件：1M1)000048002(0MMXMMM2) 10050000(1MMXXMM3)20011(2MMXMM4)30022(3MMXMM0)40033

12、(4MMXMM4004410032001321002MYMMYMYMMMY21)080020077(0MMMMXMM2) 10000(1MMXMM3)200200011(2MMXMXMM5)200200011(2MMXMXMM或4)30032(3MMXMM7)40043(4MMXMM6)50032(5MMXMM7)60055(6MMXMM0)700664(7MMXMMM解法解法3：4004410032001321002MYMMYMYMMMY第二节第二节 可编程控制器在电镀生产线上的应用可编程控制器在电镀生产线上的应用一、电镀工艺要求一、电镀工艺要求 电镀生产线有三个槽，工件由可升降吊钩的行电镀

13、生产线有三个槽，工件由可升降吊钩的行车移动，经过电镀、镀液回收、清洗工序，实现对车移动，经过电镀、镀液回收、清洗工序，实现对工件的电镀。工艺要求是：工件放入电镀槽中，电工件的电镀。工艺要求是：工件放入电镀槽中，电镀镀280280秒后提起，停放秒后提起，停放2828秒，让镀液从工件上流回秒，让镀液从工件上流回电镀槽，然后放入回收液槽中浸电镀槽，然后放入回收液槽中浸3030秒，提起后停秒，提起后停1515秒，再放入清水槽中清洗秒，再放入清水槽中清洗3030秒，最后提起停秒，最后提起停1515秒后，秒后，行车返回原位，电镀一个工件的全过程结束。行车返回原位，电镀一个工件的全过程结束。图9-2 电镀工

14、艺流程图镀 槽280S28S回收液槽清水槽30S15S15S30S原位SQ6SQ5SQ4SQ3SQ2SQ1二、控制流程二、控制流程 电镀生产线除装卸工件外，要求整个生产过程电镀生产线除装卸工件外，要求整个生产过程能自动进行。同时行车和吊钩的正反向运行均能实现能自动进行。同时行车和吊钩的正反向运行均能实现点动控制，以便对设备进行调整和检修。点动控制，以便对设备进行调整和检修。M 8吊 钩 下 降右 限 位 S Q 1上 升 限 位 S Q 5下 限 位 S Q 6M 0M 1M 2启 动 S B 1原 位 指 示吊 钩 上 升行 车 前 进上 升 限 位 S Q 5M 3M 4M 5下 降 限

15、位 S Q 6吊 钩 下 降工 件 电 镀吊 钩 上 升T 0 定 时 2 8 0 秒M 6M 7T 1 定 时 2 8 秒工 件 滴 液行 车 后 退回 收 液 槽 定 位 S Q 2M 9浸 回 收 液T 2 定 时 3 0 秒M 1 0M 1 1M 1 2T 3 定 时 1 5 秒工 件 滴 液吊 钩 上 升行 车 后 退上 升 限 位 S Q 5M 1 3M 1 4M 1 5下 降 限 位 S Q 6吊 钩 下 降清 水 槽 清 洗吊 钩 上 升T 2 定 时 3 0 秒M 1 6M 1 7T 3 定 时 1 5 秒工 件 滴 液行 车 后 退左 限 位 S Q 4M 1 9复 位M

16、1 8吊 钩 下 降清 水 槽 定 位 S Q 3上 升 限 位 S Q 5下 降 限 位 S Q 6下 降 限 位 S Q 6原 位 限 位 S Q 4三、三、PLCPLC的选型的选型 根据图根据图9-39-3的自动工作状态流程图，的自动工作状态流程图，PLCPLC控制系控制系统的输入信号有统的输入信号有1414个个，均为开关量。其中各种单操，均为开关量。其中各种单操作按钮开关作按钮开关6 6个，行程开关个，行程开关6 6个，自动、点动选择开个，自动、点动选择开关关2 2个（占两个输入接点）。个（占两个输入接点）。 PLCPLC控制系统的输出信号有控制系统的输出信号有5 5个个，其中，其中2

17、 2个用于个用于驱动吊钩电机正反转接触器驱动吊钩电机正反转接触器KM1KM1、KM2KM2，2 2个用于个用于驱动行车电机正反转接触器驱动行车电机正反转接触器KM3KM3、KM4KM4，1 1个用于个用于原位指示。原位指示。 控制系统选用控制系统选用FXFX2N2N-32MR-001-32MR-001，I/OI/O点数各为点数各为1616点，可以满足控制要求，且留有一定裕量。点，可以满足控制要求，且留有一定裕量。 四、四、I/OI/O地址编号及接线图地址编号及接线图 五、五、PLCPLC程序设计程序设计 电镀生产线的电镀生产线的PLCPLC控制程序包括控制程序包括点动操作和自动操作两部分。整个

18、点动操作和自动操作两部分。整个PLCPLC控制程序如图控制程序如图9-59-5。 1 1点动操作点动操作 点动操作有行车的进、退操作，吊钩的点动操作有行车的进、退操作，吊钩的升、降操作。点动操作程序如图升、降操作。点动操作程序如图9-59-5所示所示梯形图的起始处至标号梯形图的起始处至标号P0P0之间的程序段。之间的程序段。 2 2自动控制自动控制 自动控制程序如图自动控制程序如图9-59-5所示梯形图中所示梯形图中条件跳转指令条件跳转指令CJ P1CJ P1到到P1P1程序段。程序段。F FN NC C 0 00 0C CJ JP P 0 0X X0 00 06 6点点动动点点动动操操作作程

19、程序序按按下下点点动动按按钮钮S SA A1 1，X X0 00 06 6断断开开，执执行行下下面面点点动动程程序序Y Y0 00 01 1Y Y0 00 02 2X X0 00 02 2按按S SB B3 3，X X0 00 02 2闭闭合合吊吊钩钩提提升升X X0 00 03 3X X0 01 15 5提提升升限限位位X X0 01 16 6下下降降限限位位Y Y0 00 02 2联联锁锁Y Y0 00 01 1联联锁锁吊吊钩钩电电机机正正转转K KM M1 1吊吊钩钩电电机机反反转转K KM M2 2X X0 00 00 0按按下下启启动动按按钮钮S SB B1 1，X X0 00 00

20、 0闭闭合合按按S SB B4 4，X X0 00 03 3闭闭合合吊吊钩钩下下降降行行车车电电机机正正转转K KM M3 3行行车车电电机机反反转转K KM M4 4X X0 01 15 5吊吊钩钩撞撞S SQ Q5 5X X0 01 15 5闭闭合合X X0 00 04 4按按S SB B5 5，X X0 00 04 4闭闭合合行行车车前前进进X X0 01 11 1右右限限位位Y Y0 00 04 4联联锁锁X X0 00 05 5X X0 01 14 4左左限限位位Y Y0 00 03 3联联锁锁Y Y0 00 03 3Y Y0 00 04 4按按S SB B6 6，X X0 00 0

21、5 5闭闭合合行行车车后后退退FNC 00CJP 1P 0X007自动控制M8002FNC 12MOV(P)K 0K5M0启动,执行循环后或停车,M0M19清零M19X001停止M80X014行车左限位X016下降限位FNC 35SFTL(P)M80M 1K19K 1原位时,M80置1X000 M1X015 M1X011 M2X016 M3T0 M4位左移指令,每次将M80中内容左移1位,M1M19中任何时候只有一个置1,确保单向顺序控制移位条件M0SQ5SQ6SQ1FNC 00CJP 0X006点动ABX015 M5T1 M6X012 M7SQ5SQ2X016 M8T2 M9X015 M10

22、T3 M11SQ5SQ6ABX013 M12X016 M13T2 M14X015 M15T3 M16X014 M17X016 M18移位条件Y000M 0驱动原位指示灯M 1M 5M10M15驱动KM1,吊钩上升C吊钩提升条件Y001SQ6SQ5SQ6SQ3SQ4按下自动开关SA2,X007常闭触点断开,执行下列程序,否则程序结束.停车启动循环后SQ5动作,转行车前进SQ1动作,转吊钩下降SQ6动作,转工件电镀T0定时到,转吊钩上升SQ5动作,转工件滴液T1定时到,转行车后退 M2 M1 M4 M19 M3 M5000000000000000010SQ2动作,转吊钩下降SQ6动作,转浸液回收T

23、2定时到,转吊钩上升SQ5动作,转工件滴液T3定时到,转行车后退SQ3动作,转吊钩下降SQ6动作,转清水槽清洗T2定时到,转吊钩上升SQ5动作,转工件滴液T3定时到,转行车后退SQ4动作,转吊钩下降SQ6动作,转循环后复位 第三节第三节 可编程控制器在化工过程控制可编程控制器在化工过程控制中的应用中的应用 一、工艺过程及要求一、工艺过程及要求 某化学反应过程由四个容器组成。容器之间用某化学反应过程由四个容器组成。容器之间用泵连接，每个容器都装有检测容器空和满的传感器。泵连接，每个容器都装有检测容器空和满的传感器。#1#1、#2#2容器分别用泵容器分别用泵P1P1、P2P2将碱和聚合物灌满，灌将

24、碱和聚合物灌满，灌满后传感器发出信号，满后传感器发出信号，P1P1、P2P2泵关闭。泵关闭。#2#2容器开始容器开始加热，当温度升到加热，当温度升到6060时，温度传感器发出信号，关时，温度传感器发出信号，关断加热器。然后，泵断加热器。然后，泵P3P3、P4P4分别将分别将#1#1、#2#2容器中的容器中的溶液输送到溶液输送到#3#3反应池中，同时搅拌器启动，搅拌反应池中，同时搅拌器启动，搅拌6060秒。秒。一旦一旦#3#3反应池满或反应池满或#1#1、#2#2空，则泵空，则泵P3P3、P4P4停，处于停，处于等待状态。当搅拌时间到，等待状态。当搅拌时间到，P5P5将混合液抽入将混合液抽入#4

25、#4产品池，产品池，直到直到#4#4产品池满或产品池满或#3#3反应池空。产品用泵反应池空。产品用泵P6P6抽走，抽走，直到直到#4#4产品池空。这样就完成了一次循环，等待新的产品池空。这样就完成了一次循环，等待新的循环开始。循环开始。P1泵P3泵#1容器碱P4泵#2容器P2泵聚合物加热器#3反应池#4产品池P5泵P6泵搅拌器二、控制流程二、控制流程根据生产流程及工艺要求，可绘出状态流程图如根据生产流程及工艺要求，可绘出状态流程图如图图9-7所示。控制系统采用半自动工作方式，即系统每所示。控制系统采用半自动工作方式，即系统每完成一次循环，自动停止在初始状态，等待再次启动完成一次循环，自动停止在

26、初始状态，等待再次启动信号，才开始下一次循环。图中信号，才开始下一次循环。图中L为激活脉冲，用于为激活脉冲，用于初始阶段的激活。初始阶段的激活。三、机型选择三、机型选择从图从图9-7控制系统状态流程图可知，输入信号有控制系统状态流程图可知，输入信号有10个，均为开关量信号，其中启动按钮个，均为开关量信号，其中启动按钮1个，检测元个，检测元件件9个。输出信号有个。输出信号有8个，也都为开关量，其中个，也都为开关量，其中7个用个用于电机控制，于电机控制，1个用于电加热控制。因此，控制系统选个用于电加热控制。因此，控制系统选用用FX2N-32MR可编程控制器即可满足控制要求。可编程控制器即可满足控制

27、要求。四、四、I/O地址编号地址编号输入信号输出信号辅助继电器名称功能编号名称功能编号名称编号名称编号SB启动按钮X000KM1P1泵接触器Y0000步M60010步M610SL1#1容器满X001KM2P2泵接触器Y0011步M60111步M611SL2#1容器空X002KM3P3泵接触器Y0022步M60212步M612SL3#2容器满X003KM4P4泵接触器Y0033步M60313步M613SL4#2容器空X004KM5P5泵接触器Y0044步M604SL5#3容器满X005KM6P6泵接触器Y0055步M605SL6#3容器空X006KM7加热器接触器Y0066步M605SL7#4容

28、器满X007KM8搅拌机接触器Y0077步M607SL8#4容器空X0108步M608ST温度传感器X0119步M609五、五、PLC梯形图程序设计梯形图程序设计（一）列写逻辑方程（一）列写逻辑方程（1 1）第）第0 0步为初始步步为初始步M600=M600=（M8002+M613M8002+M613X010+M600X010+M600）（M601 +M603M601 +M603）（2 2）第）第1 1步到第步到第1212步，包含了两组并列序列（即第步，包含了两组并列序列（即第1 1步第步第5 5步，第步，第6 6步第步第1212步）。其逻辑表达式为步）。其逻辑表达式为：M601=M601=（

29、M600M600X000+M601X000+M601）M602 M602 按启动按钮按启动按钮SBSB， P1P1泵开，泵开，直到直到#1#1容器满；容器满；M603=M603=（M600M600X000+M603X000+M603）M604 M604 按启动按钮按启动按钮SBSB， P2P2泵开，泵开，直到直到#2#2容器满；容器满；M602=M602=（M601M601X001+M602X001+M602）M605 #1M605 #1容器满后，容器满后，P1P1泵关闭；泵关闭；M604=M604=（M603M603X003+M604X003+M604）M605 #2M605 #2容器满后，

30、容器满后，P2P2泵关闭；泵关闭；M605=M605=（M602M602M604+M605M604+M605）（M606+M608+M610M606+M608+M610）#1#1、#2#2容器容器都满后，加热器开启；都满后，加热器开启；M606=M606=（M605M605X011+M606X011+M606）M607 M607 加温到加温到6060，泵，泵P3P3开启，开启，直到直到#3#3池满或池满或#1#1容器空容器空; ;M608=M608=（M605M605X011+M608X011+M608）M609 M609 加温到加温到6060，泵，泵P4P4开启，开启，直到直到#3#3池满或池满或#2#2容器空容器空; ;M610=M610=（M605M605X011+M610X011+M610）M611 M611 加温到加温到6060，搅拌机开，搅拌机开启，直到启，