电气控制与PLC 11.

1、第八章第八章 可编程序控制器控制系统设计可编程序控制器控制系统设计第七章第七章 可编程序控制器控制系统设计可编程序控制器控制系统设计一、一、PLC控制系统设计原则控制系统设计原则 1、建立系统设计方案、建立系统设计方案 2、确定控制方案时应注意的几个问题、确定控制方案时应注意的几个问题 3、控制系统的结构和控制方式、控制系统的结构和控制方式二、二、PLC控制系统设计方法控制系统设计方法 1、设计中的注意事项、设计中的注意事项 2、一般设计法、一般设计法 3、条件分析法、条件分析法三、条件分析法设计举例三、条件分析法设计举例一、一、PLC控制系统设计原则控制系统设计原则 1、建立系统设计方案、建

2、立系统设计方案（1）熟悉被控制系统的工艺要求（2）根据各物理量的性质确定PLC的型号（3）确定被控对象的参数（4）分配输入/输出继电器号（5）用流程图表示系统动作基本流程（6）绘制梯形图，编写PLC控制程序（7）现场调试、试运行（8）编制技术文件（1）熟悉被控制系统的工艺要求）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。工控制系统设计的基础。工程师在接到设计任务时，首先必须进入现场调查研究，程师在接到设计任务时，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搜集有关资料，并与工艺、机械、电气方面的技术和操作人员密切配合，共

3、同探讨被控制对象的驱动要求和注作人员密切配合，共同探讨被控制对象的驱动要求和注意事项，如驱动的电压、电流和时间等；各部件的动作意事项，如驱动的电压、电流和时间等；各部件的动作关系如因果、条件、顺序和必要的保护与联锁等；操作关系如因果、条件、顺序和必要的保护与联锁等；操作方式如手动、自动、半自动，连续、单步和单周期等；方式如手动、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、电气等方面的内部设备如与机械、液压、气动、仪表、电气等方面的关系；外围设备如与其它关系；外围设备如与其它PLC、工业控制计算机、变频、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

4、理量、器、监视器之间的关系，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，上下位机的联网通信和停电等应急情况时的紧急处理，等等。等等。（2）根据各物理量的性质确定）根据各物理量的性质确定PLC的型号的型号 根据控制要求确定所需的信号输入元件、输出执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行元件，即哪些信号是输入给PLC，哪些信号是由，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发出去驱动外围负载。同时分类统计出各物理量的性质，如是开关量还是模拟量，是直流量还是交流的性质，如是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压

5、的大小等级。根据输入量、输出量的类量，以及电压的大小等级。根据输入量、输出量的类型和点数，选择具有相应功能型和点数，选择具有相应功能PLC的基本单元和扩展的基本单元和扩展单元，对于模块式单元，对于模块式PLC，还应考虑框架和基板的型号、，还应考虑框架和基板的型号、数量，并留有余量。数量，并留有余量。（3）确定被控对象的参数）确定被控对象的参数 控制系统被控对象的参数有位置、速度、控制系统被控对象的参数有位置、速度、时间、温度、压力、电压、电流等信号，根据时间、温度、压力、电压、电流等信号，根据控制要求设置各量的参数，点数和范围。对于控制要求设置各量的参数，点数和范围。对于有特殊要求的参数，如精

6、度要求、快速性要求、有特殊要求的参数，如精度要求、快速性要求、保护要求，应按工艺指标选择相应传感器和保保护要求，应按工艺指标选择相应传感器和保护装置。护装置。（4）分配输入）分配输入/输出继电器号输出继电器号 分配继电器号之前，首先区分输入、输出继电器。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部来的信号送至所谓输入继电器就是把外部来的信号送至PLC内部处理内部处理用的继电器，在程序内作接点使用；输出继电器就是把用的继电器，在程序内作接点使用；输出继电器就是把PLC内部的运算结果向外部输出的继电器，在程序内部内部的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

7、及常开、常闭接点使用。在策划编作为继电器线圈、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进行编号。确定输入/输输出继电器的元件号与它们所对应的出继电器的元件号与它们所对应的I/O信号所接的接线端信号所接的接线端子编号，并且保持一致，列一张子编号，并且保持一致，列一张I/O信号表信号表，注明各信号，注明各信号的名称、代号和分配的元件号。如果使用多个框架的模的名称、代号和分配的元件号。如果使用多个框架的模块式块式PLC，还应标注各信号所在的框架、模块序号和所，还应标注各信号所在的框架、模块序号和所接的端子号。这样，会使以后的配线、检

8、修非常方便。接的端子号。这样，会使以后的配线、检修非常方便。建立系统设计方案分配输入/输出点基本设计绘制梯形图绘制动作顺序图 编写用户程序用编程器写入程序试运行、修改程序修正试运行?保存程序运行接通PLC电源PLC的安装与配线研究PLC的功能、输入输出点数和规格决定系统的构成继电器号的分配方法指令的使用异 常 及 处理编程器的使用异常保存于磁带中或写入EPROM中打印程序清单 PLC系统设计流程图系统设计流程图正常（5）用流程图表示系统）用流程图表示系统动作基本流程动作基本流程 用流程图表示系统用流程图表示系统动作的基本流程，会给动作的基本流程，会给编写程序带来极大的方编写程序带来极大的方便。

9、流程图表达的控制便。流程图表达的控制对象的动作顺序对象的动作顺序,相互约相互约束关系直观、形象，基束关系直观、形象，基本组成了工程设计的大本组成了工程设计的大致框架，如图致框架，如图 （6）绘制梯形图，编写）绘制梯形图，编写PLC控制程序控制程序 如果程序较为复杂，应灵活运用如果程序较为复杂，应灵活运用PLC内部的辅助继电器、内部的辅助继电器、定时器、计数器等编程元件。绘制梯形图的过程就是控制对定时器、计数器等编程元件。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，如是上升沿有效还是下降

10、沿有效，列出某些信号的有效状态，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断开，激励信号是来自常开触点，触点在什么条件下接通或断开，激励信号是来自PLC的内部还是外部等。最后依据梯形图的逻辑关系，按照的内部还是外部等。最后依据梯形图的逻辑关系，按照PLC的语言和格式编写用户程序，并写入到的语言和格式编写用户程序，并写入到PLC存储器中。存储器中。 （7）现场调试、试运行）现场调试、试运行 通常编好程序后，利用实验室拨码开关模拟通常编好程序后，利用实验室拨码开关模拟现场信号

11、，逼近实际系统，对现场信号，逼近实际系统，对PLC控制程序进行控制程序进行模拟调试，对控制过程中可能出现的各种故障进模拟调试，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。完成上述过程后，行汇总、修正直到运行可靠。完成上述过程后，将将PLC安装在控制现场进行联机总调试，对可能安装在控制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或功能模块，然后调试初始化用首先调试子程序或功能模块，然后调试初始化程序，最后调试主程序的方式，逐一排除，使程程序，最后调试主程序的方式，逐一排除，使程序更趋完善，再进行试运行

12、测试阶段。序更趋完善，再进行试运行测试阶段。（8）编制技术文件）编制技术文件 系统投入使用后，应结合工艺要求和最终的调系统投入使用后，应结合工艺要求和最终的调试结果，整理出完整的技术文件，提交给用户。包试结果，整理出完整的技术文件，提交给用户。包括电气原理图、程序清单、使用说明书、元件明细括电气原理图、程序清单、使用说明书、元件明细表和元件所对应的表和元件所对应的PLC中中I/O接线端子的编号等。接线端子的编号等。2、确定控制方案时应注意的几个问题、确定控制方案时应注意的几个问题（1）控制方案应综合考虑，包括硬件结构、选择机型和系统软件设计。）控制方案应综合考虑，包括硬件结构、选择机型和系统软

13、件设计。（2）设计系统控制的网络拓扑结构，分析上、下位机各自承担的任务，）设计系统控制的网络拓扑结构，分析上、下位机各自承担的任务，相互关系、通信方式、协议、速率、距离等，以及实现这些功能的具体相互关系、通信方式、协议、速率、距离等，以及实现这些功能的具体要求。要求。（3）考虑输入、输出信号是开关量还是模拟量，是模拟量的还应根据控）考虑输入、输出信号是开关量还是模拟量，是模拟量的还应根据控制精度的要求选择制精度的要求选择A/D、D/A转换模块的个数和位数。转换模块的个数和位数。（4）对可编程序控制器特殊功能的要求，对于）对可编程序控制器特殊功能的要求，对于PID闭环控制、快速响应、闭环控制、快

14、速响应、高速计数和运动控制等特殊要求，可以选用有相应特殊高速计数和运动控制等特殊要求，可以选用有相应特殊I/O模块的可编程模块的可编程序控制器。序控制器。（5）系统对可靠性的要求，对可靠性要求极高的系统，应考虑是否采用）系统对可靠性的要求，对可靠性要求极高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备用系统。冗余控制系统或热备用系统。3控制系统的结构和控制方式控制系统的结构和控制方式 PLC控制系统根据实际需要，可以采用以下几种物理结控制系统根据实际需要，可以采用以下几种物理结构和控制方式。构和控制方式。 （1）单机控制系统）单机控制系统 （2）复杂控制系统）复杂控制系统 （3）网络控制系统）网络控

15、制系统（1）单机控制系统）单机控制系统 这种控制系统采用一台这种控制系统采用一台PLC就可以完成控制要求，控制对象往往是就可以完成控制要求，控制对象往往是单个设备或多个设备的某些专用功能。其特点是被控设备的单个设备或多个设备的某些专用功能。其特点是被控设备的I/O点数较少，点数较少，设备之间或设备之间或PLC间无通讯要求，各自独立工作，主要应用于老设备的改间无通讯要求，各自独立工作，主要应用于老设备的改造和小型系统，具体采用局部式结构还是离散式结构，应视现场的情况造和小型系统，具体采用局部式结构还是离散式结构，应视现场的情况而定。而定。PLC在单台设备上的应用（2）复杂控制系统）复杂控制系统

16、复杂控制系统根据控制形式的不同又可分为多种，复杂控制系统根据控制形式的不同又可分为多种，如集中控制系统、远程控制系统、集散控制系统和冗如集中控制系统、远程控制系统、集散控制系统和冗余控制系统等，也可以是上述系统的组合余控制系统等，也可以是上述系统的组合。PLC在小型生产线上的应用（3）网络控制系统）网络控制系统 工厂自动化程度的提高，推动了工业控制领域网络的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、发展，在大规模生产线上，将工控机、PLC、变频器、机、变频器、机器人和柔性制造系统连在一个网络上，大量的数据处理业器人和柔性制造系统连在一个网络上，大量的数据处

17、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、遥信、级分布式网络控制系统，如变电站的遥测、遥控、遥信、遥调，汽车组装生产线的控制等。遥调，汽车组装生产线的控制等。二、二、PLC控制系统设计方法控制系统设计方法1、设计中的注意事项、设计中的注意事项1）输入、输出继电器接点、内部辅助继电器接点、定时器）输入、输出继电器接点、内部辅助继电器接点、定时器/计数器接点计数器接点可以反复使用，按照简单、实用的原则，尽量减少接点数目。可以反复使用，按照简单、实用的原则，尽量减少接点数目。2）所有的输出线圈都

18、提供与之对应的接点，该接点在编程中可以反复）所有的输出线圈都提供与之对应的接点，该接点在编程中可以反复使用，输出线圈可以并联使用。使用，输出线圈可以并联使用。3）PLC的梯形图信号流程只能是从左至右，从上至下。的梯形图信号流程只能是从左至右，从上至下。4）继电器线圈、定时器）继电器线圈、定时器/计数器线圈，不能直接接在左侧的母线上，必计数器线圈，不能直接接在左侧的母线上，必要时，可以使用特殊辅助继电器要时，可以使用特殊辅助继电器25313（常（常ON接点）。接点）。5）在输出线圈的右边，不能再使用接点，输出线圈可以并联使用。）在输出线圈的右边，不能再使用接点，输出线圈可以并联使用。6）线圈号（

19、定时器）线圈号（定时器TIM、计数器、计数器CNT、移位寄存器、移位寄存器SFT、保持继电器、保持继电器HR、暂存继电器、暂存继电器TR、特殊辅助继电器区、特殊辅助继电器区SR、辅助记忆继电器区、辅助记忆继电器区AR、链接继电器区链接继电器区LR、数据存储器区、数据存储器区DM等）不能重复使用。等）不能重复使用。7）程序的结尾必须使用）程序的结尾必须使用END指令结束。指令结束。1一般设计法一般设计法 一般设计法类似于传统继电接触器控制电路的形式，适用于简单一般设计法类似于传统继电接触器控制电路的形式，适用于简单逻辑关系的梯形图，非常直观易懂，熟悉继电接触器硬件电路的人员逻辑关系的梯形图，非常

20、直观易懂，熟悉继电接触器硬件电路的人员常用此法。有经验的工作人员可以在典型电路的基础上根据被控对象常用此法。有经验的工作人员可以在典型电路的基础上根据被控对象对控制系统的具体要求，借鉴继电接触器控制设计的思路，遵循电气对控制系统的具体要求，借鉴继电接触器控制设计的思路，遵循电气控制设计的基本规律和原则来设计。控制设计的基本规律和原则来设计。例例 刀架的自动循环控制电路刀架的自动循环控制电路（1）定义元器件名和分配）定义元器件名和分配I/O号号 （2）设计继电接触器控制的逻辑电路图）设计继电接触器控制的逻辑电路图 （3）设计）设计PLC控制的梯形图控制的梯形图 (4)PLC的外部接线图的外部接线

21、图 3、条件分析法、条件分析法条件分析法设计思路是：条件分析法设计思路是： 1、 以输出点为分析对象。以输出点为分析对象。 2、分别分析其为、分别分析其为ON 的起始条件（既满足什么条件输出点由的起始条件（既满足什么条件输出点由01），和），和中止条件中止条件（既满足什么条件输出点由（既满足什么条件输出点由10），由此为根据设计每个），由此为根据设计每个输出点输出点的梯形图。的梯形图。 3、输出点的分析顺序应尽量与控制过程的动作顺序一致。、输出点的分析顺序应尽量与控制过程的动作顺序一致。 4、将每个输出点的梯形图按动作顺序组合起来构成完整的梯形图，然后、将每个输出点的梯形图按动作顺序组合起来构

22、成完整的梯形图，然后经过优化和组合完成设计。经过优化和组合完成设计。条件分析法适合以时序和条件为转换要素的顺序控制的设计。条件分析法适合以时序和条件为转换要素的顺序控制的设计。三、条件分析法设计举例三、条件分析法设计举例下面我们以一个例子来学条件分析法的应用：下面我们以一个例子来学条件分析法的应用：例：设计一个组合机床动力头的控制电路，要求在按下起动按钮后动力头完成以下例：设计一个组合机床动力头的控制电路，要求在按下起动按钮后动力头完成以下工作循环工作循环快进快进工进工进工退工退快退至原点停止。快退至原点停止。一、分析设计要求一、分析设计要求此例中动力头工作台有此例中动力头工作台有4种工作状态

23、：快进种工作状态：快进、工进、工退、快退。我们可用、工进、工退、快退。我们可用M1M1、M2M2两台电机分别驱动不同的传动链来实现，其中两台电机分别驱动不同的传动链来实现，其中M1M1为快速移动电动机其正转时为快进，为快速移动电动机其正转时为快进，反转时为快退。其中反转时为快退。其中M2M2为进给电动机其正转时为工进，反转时为工退。其中工作状为进给电动机其正转时为工进，反转时为工退。其中工作状态的转换由位置开关来实现。态的转换由位置开关来实现。如图所示：如图所示：原位终点转换SQ1SQ2SQ3快进快退工进工退三、条件分析法设计举例三、条件分析法设计举例电机控制电路设计此例中有M1、M2两台电机，分别有正反转控制，均为全压起动、连续工作，无制动要求。因此设计主电路如下：原位终点转换SQ1SQ2快进KM1快退KM2工进KM3工退KM4SQ31、分析动作过程：、分析动作过程：原位原位起动按钮起动按钮快进（快进（KM1+KM1+）SO2