第9章-现代PLC控制系统综合设计实例

1、第九章第九章 应用设计应用设计第九第九章章 现代现代PLC控制系统综合设计实例控制系统综合设计实例 9.1 PLC9.1 PLC控制控制系统设计步骤及内容系统设计步骤及内容 9.29.2PLC设计时的注意事项设计时的注意事项9.39.3PLC安装和接线注意事项安装和接线注意事项9.4 PLC的接地的接地9.5 PLC控制系统必要的保护措施控制系统必要的保护措施9.6 设计实例设计实例第九章第九章 应用设计应用设计9.1 PLC9.1 PLC控制系统设计步骤及内容控制系统设计步骤及内容9.1.1 系统设计的原则系统设计的原则 9.1.2 PLC控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤返回本章首页返回

2、本章首页第九章第九章 应用设计应用设计9.1.1 系统设计的原则系统设计的原则 在在PLC控制系统的设计中，应该最大限度地满足控制系统的设计中，应该最大限度地满足生产机械或生产流程对电气控制的要求，在满足生产机械或生产流程对电气控制的要求，在满足控制要求的前提下，力求控制要求的前提下，力求PLC控制系统简单、经控制系统简单、经济、安全、可靠、操作和维修方便，而且应使系济、安全、可靠、操作和维修方便，而且应使系统能尽量降低使用者长期运行的成本。统能尽量降低使用者长期运行的成本。返回本节返回本节第九章第九章 应用设计应用设计设计任务书内容：电气设计任务书中，除简要说明所设计设备的型号、用途、工艺过

3、程、动作要求、传动参数、工作条件外还应说明以下主要技术指标及要求：1）控制精度、生产效率要求。2）电气传动基本特性如运动部件数量、用途、动作顺序，负载特性、调速指标、起动、制动要求等。3）自动化程度要求。4）稳定性及抗干扰要求。5）联锁条件及保护要求。6）电源种类、电压等级、频率及容量等要求。7）目标成本与经费限额。8）验收标准及验收方式。9）其他要求如设备布局、安装要求、操作台布置、照明、信号指示、报警方式等等。 设计任务书设计任务书第九章第九章 应用设计应用设计9.1.2PLC控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤 返回本节返回本节分析评估控制任务分析评估控制任务PLC机型选择、机型选择、I

4、/O设备选择设备选择I/O地址分配地址分配程序设计程序设计电气系统安装电气系统安装调试程序调试程序设计硬件系统接线图和控制柜设计硬件系统接线图和控制柜满足要求？满足要求？连机调试连机调试满足要求？满足要求？编制技术文件编制技术文件现场安装调试现场安装调试交付使用交付使用YYNNN检查修改程序检查修改程序检查硬件接线检查硬件接线第九章第九章 应用设计应用设计1、分析评估控制任务、分析评估控制任务 1）熟悉被控系统的工艺要求）熟悉被控系统的工艺要求 2）根据被控对象的控制过程和要求，选择最合）根据被控对象的控制过程和要求，选择最合适的控制装置适的控制装置 3）选择最合适的控制装置所遵循的基本原则：

5、）选择最合适的控制装置所遵循的基本原则： 可靠性可靠性 功能完善功能完善 经济性经济性返回本节返回本节第九章第九章 应用设计应用设计2、PLC机型的选择，机型的选择，I/O设备的选择设备的选择 返回本章首页返回本章首页1）选择）选择PLC的机型应考虑下面几个方面：的机型应考虑下面几个方面： 结构合理：结构合理：对于工艺过程比较固定对于工艺过程比较固定 、控制量较小、控制量较小、环境较好（维修量较小）的场合，选用整体环境较好（维修量较小）的场合，选用整体PLC；其他情况选用模块式结构其他情况选用模块式结构PLC。 功能合理功能合理 ：对于开关量控制工程，一般选用小型就对于开关量控制工程，一般选用

6、小型就机；控制系统比较复杂，控制功能要求高的工程项机；控制系统比较复杂，控制功能要求高的工程项目选用中型机或大型机，再根据输出端电源的种类目选用中型机或大型机，再根据输出端电源的种类和输出类型选用主机的输出类型。和输出类型选用主机的输出类型。 类型统一：类型统一：同一机型的同一机型的PLC，极大的方便产品、器，极大的方便产品、器件的采购和管理件的采购和管理 价格方面：价格方面：个人喜好方面：个人喜好方面：第九章第九章 应用设计应用设计估算用户存储器容量：估算用户存储器容量：应用程序所占的内存不得超过主机应用程序所占的内存不得超过主机提供的内存，预留提供的内存，预留25%的余量。的余量。返回本节

7、返回本节序号序号功能器件名称功能器件名称所需要的存储器的字数所需要的存储器的字数1开关量输入开关量输入输入总点数输入总点数10字字/点点2开关量输出开关量输出输出总点数输出总点数8字字/点点3定事器定事器/计数器计数器定事器定事器/计数器的个数计数器的个数5字字/个个4模拟量模拟量模拟量通道数模拟量通道数8100字字/通道通道5通信端口通信端口端口数端口数300字字/个个第九章第九章 应用设计应用设计2）I/O模块的选择：模块的选择：根据根据I/O点数，点数，I/O信号的性质、电源种类选择信号的性质、电源种类选择I/O模块的模块的数量和功能数量和功能输入模块：输入模块：（1）根据输入信号的性质

8、选择输出模块的类型）根据输入信号的性质选择输出模块的类型（2）根据输入点数选择输入模块的数量）根据输入点数选择输入模块的数量（3）根据现场输入信号与）根据现场输入信号与PLC输入模块的距离远近来选输入模块的距离远近来选择工作电压，距离越远，选择输入模块的电压应较高。择工作电压，距离越远，选择输入模块的电压应较高。（4）高密度的输入模块，能允许同时接通的总点数不得）高密度的输入模块，能允许同时接通的总点数不得超过总输入点数的超过总输入点数的60%。返回本节返回本节第九章第九章 应用设计应用设计2）I/O模块的选择：模块的选择：输出模块：输出模块：（1）根据现场输出信号选择模块的输出类型。）根据现

9、场输出信号选择模块的输出类型。（2）根据输出点的数量选择输出模块的数量）根据输出点的数量选择输出模块的数量（3）输出模块的选择还应考虑每一个输出点的）输出模块的选择还应考虑每一个输出点的驱动能力和整个模块的满负荷能力。即输出模块驱动能力和整个模块的满负荷能力。即输出模块同时接同的总电流值不得超过模块规定的最大电同时接同的总电流值不得超过模块规定的最大电流值。流值。返回本节返回本节第九章第九章 应用设计应用设计2）I/O模块的选择：模块的选择：模拟量模块：模拟量模块： 变送器、执行机构的量程是否与变送器、执行机构的量程是否与PLC的模拟量输入的模拟量输入/输输出模块的量程相匹配出模块的量程相匹配

10、 使用旋转编码器时，应考虑使用旋转编码器时，应考虑PLC高速计数器的功能和高速计数器的功能和工作频率是否满足要求。工作频率是否满足要求。专用功能模块配置：只要满足控制要求即可，避免专用功能模块配置：只要满足控制要求即可，避免大材小用。大材小用。返回本节返回本节第九章第九章 应用设计应用设计返回本章首页返回本章首页3、I/O地址分配：做地址分配：做I/O地址分配表，一般来说，中地址分配表，一般来说，中间继电器、定时器、计数器等元件不列在端子接线间继电器、定时器、计数器等元件不列在端子接线表中。表中。4、选择控制系统中其他所用电器元件的型号。、选择控制系统中其他所用电器元件的型号。第九章第九章 应

11、用设计应用设计返回本章首页返回本章首页5、软件设计、硬件设计、软件设计、硬件设计软件设计和硬件设计可同时进行。软件设计和硬件设计可同时进行。1）软件设计：编制）软件设计：编制PLC程序程序（1）根据控制设备的工艺流程，画出程序流程图）根据控制设备的工艺流程，画出程序流程图或顺序功能图，它是编程的主要依据，应尽可能准或顺序功能图，它是编程的主要依据，应尽可能准确和详细。确和详细。（2）编制）编制PLC控制程序，简单的梯形图用经验设控制程序，简单的梯形图用经验设计法，复杂梯形图用顺序控制设计法。计法，复杂梯形图用顺序控制设计法。（3）梯形图的模拟调试。）梯形图的模拟调试。第九章第九章 应用设计应用

12、设计返回本章首页返回本章首页2）硬件设计）硬件设计在软件设计的同时可进行硬件设计和施工。在软件设计的同时可进行硬件设计和施工。包括控制柜、控制屏的设计、制作，控制设备的包括控制柜、控制屏的设计、制作，控制设备的安装，整体检查等。安装，整体检查等。6、联机调试、联机调试7、整理技术文件、整理技术文件技术文件包括：技术文件包括：1）PLC外部接线图和其他电气图样；外部接线图和其他电气图样；2）PLC的编程元件表，包括定时器、计数器的设的编程元件表，包括定时器、计数器的设定值。定值。3）带注释的程序和必要的总体文字说明）带注释的程序和必要的总体文字说明第九章第九章 应用设计应用设计9.2 PLC设计

13、时的注意事项设计时的注意事项 返回本章首页返回本章首页1、节省、节省PLC输入输入/输出点数的方法输出点数的方法1）减少所需输入点的方法）减少所需输入点的方法（1）分时分组输入）分时分组输入L+M1MI0.0I0.1I0.2.自动自动/手动手动第九章第九章 应用设计应用设计返回本章首页返回本章首页（2）输入触点的合并）输入触点的合并L+I0.0第九章第九章 应用设计应用设计返回本章首页返回本章首页（3）将信号设置在）将信号设置在PLC之外之外Q0.0PLCFRKM第九章第九章 应用设计应用设计2）减少所需输出点数的方法）减少所需输出点数的方法在在PLC输出功率允许的条件下，通输出功率允许的条件

14、下，通/断状态完全相同的多个负载可以并联。断状态完全相同的多个负载可以并联。返回本章首页返回本章首页第九章第九章 应用设计应用设计返回本章首页返回本章首页9.3 PLC安装和布线注意事项安装和布线注意事项1、抑制电源系统引入的干扰、抑制电源系统引入的干扰PLC应尽可能取用电压波动小、波形畸变较小应尽可能取用电压波动小、波形畸变较小的电源的电源在在PLC电源的输入端加隔离变压器电源的输入端加隔离变压器在在PLC的电源输入端加低通滤波器的电源输入端加低通滤波器第九章第九章 应用设计应用设计返回本章首页返回本章首页9.4 PLC的接地的接地PLC接地应注意的事项接地应注意的事项1）PLC接地最好采用

15、专用的接地极，如果不可能，也可与其他安装盘板共接地最好采用专用的接地极，如果不可能，也可与其他安装盘板共用接地系统，但要用自己的接地线直接与共用的接地极相连，绝对不允许与用接地系统，但要用自己的接地线直接与共用的接地极相连，绝对不允许与大型的电动机之类共用接地系统大型的电动机之类共用接地系统。2）PLC的接地极离的接地极离PLC越近越好，即接地线越短越好。越近越好，即接地线越短越好。 PLC如果由多单元组成，各单元之间应采用同一点接地。如果由多单元组成，各单元之间应采用同一点接地。3）PLC输入输入/输出信号线尽量采用屏蔽电缆，其屏蔽层应一点接地，输出信号线尽量采用屏蔽电缆，其屏蔽层应一点接地

16、，靠近靠近PLC这一端接地，另一端不接地。这一端接地，另一端不接地。4）接地线面积应大于）接地线面积应大于2平方毫米，接地线一般不超过平方毫米，接地线一般不超过20米，接地电米，接地电阻应小于阻应小于4欧姆。欧姆。第九章第九章 应用设计应用设计返回本章首页返回本章首页9.5 PLC控制系统的必要保护措施控制系统的必要保护措施1、为了防止负载短路损坏输出单元，应在、为了防止负载短路损坏输出单元，应在PLC输出线路上安装熔断输出线路上安装熔断器，有条件的情况下，在每个回路中都装上熔断器。器，有条件的情况下，在每个回路中都装上熔断器。2、对电动机正反转控制等需要互锁的场合，除了在、对电动机正反转控制

17、等需要互锁的场合，除了在PLC程序设计触程序设计触点互锁之外，通常在外部接线中也应采取互锁措施，以保证电气系点互锁之外，通常在外部接线中也应采取互锁措施，以保证电气系统的安全运行。统的安全运行。3、针对供电不稳定和紧急停止的需要，、针对供电不稳定和紧急停止的需要，PLC外部负载还应具有失电外部负载还应具有失电压保护、过电流保护、过电压保护和紧急停车等措施，以确保系统压保护、过电流保护、过电压保护和紧急停车等措施，以确保系统的可靠运行。的可靠运行。4、合理的使用灭弧装置。、合理的使用灭弧装置。第九章第九章 应用设计应用设计1. 系统描述系统描述 1. 系统描述系统描述设计一个设计一个3工位旋转工

18、作台，其工作示意如图工位旋转工作台，其工作示意如图7.12所示。三个工位分所示。三个工位分别完成上料、钻孔和卸件。别完成上料、钻孔和卸件。（1）动作特性）动作特性工位工位1：上料器推进，料到位后退回等待。：上料器推进，料到位后退回等待。工位工位2：将料夹紧后，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到：将料夹紧后，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到位后，工件松开，放松完成后等待。位后，工件松开，放松完成后等待。工位工位3：卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回：卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。到位后等待。（2）控制要求）控制要求通过选择开关可实

19、现自动运行、半自动运行和手动操作。通过选择开关可实现自动运行、半自动运行和手动操作。第九章第九章 应用设计应用设计图图9.12工作台示意图工作台示意图返回本节返回本节工位1装工件钻孔工位2退回工位3退回卸工件卸料器上料器第九章第九章 应用设计应用设计2. 制定控制方案制定控制方案 1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。式。2）手动调整采用按钮点动的控制方式。）手动调整采用按钮点动的控制方式。3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个起动

20、按钮来控制进入下一次循环。起动按钮来控制进入下一次循环。4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。5）系统运动不很复杂，采用）系统运动不很复杂，采用4台电机台电机 。6）对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主令部件和控制部件，）对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主令部件和控制部件，采用不进入采用不进入PLC的方法以节省的方法以节省I/O点数。点数。7）由于点数不多，所以用中小型）由于点数不多，所以用中小型PLC可以实现。可用可以实现。可用CPU 224与扩与扩展模块，或用一台展模块，或用一台CPU 226。返回本节返回本

21、节第九章第九章 应用设计应用设计3. 系统配置及输入输出对照表系统配置及输入输出对照表 表表9.1输入信号对照表输入信号对照表第九章第九章 应用设计应用设计表表9.2 输出信号对照表输出信号对照表 返回本节返回本节第九章第九章 应用设计应用设计4. 设计主电路及设计主电路及PLC外部接线图外部接线图 图图9.13PLC外部接线图外部接线图PLC123SB11SB2SB4SB8SB9SB10SB7SB5SB6SQ1SB3SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SP1SP2YV4YV5YV6YV7YV8YV2YV3YV1KM4SA4第九章第九章 应用设计应用设计图图9.13为为PLC外部接线的示意图，

22、实际接线时，还应考外部接线的示意图，实际接线时，还应考虑到以下几个方面：虑到以下几个方面：1）应有电源输入线，通常为）应有电源输入线，通常为220V，50Hz交流电源，允交流电源，允许电源电压有一定的浮动范围。并且必须有保护装置，许电源电压有一定的浮动范围。并且必须有保护装置，如熔断器等。如熔断器等。2）输入和输出端子每）输入和输出端子每8个为一组共用一个个为一组共用一个COM端。端。3）输出端的线圈和电磁阀必须加保护电路，如并接阻容）输出端的线圈和电磁阀必须加保护电路，如并接阻容吸收回路或续流二极管。吸收回路或续流二极管。返回本节返回本节第九章第九章 应用设计应用设计图图9.15手动部分手动部分返回本节返回本节3 3 183 3 193 3 20SB4SB4SB5SB5SB6SB6夹紧放松下钻3 3 213 3 163 3 17SB7SB7SB2SB2SB3SB3上升上料退回3 3 22SB8SB8卸料3 3 23SB9SB9退回回到初始步15点动3 3 24SB10SB10旋转第九章第九章 应用设计应用设计图图9.14功能流程图功能流程图21983 3 113333433333763 3 143 3 103 3 53