第七讲 PLC应用设计方法

1、第七讲 PLC应用设计方法一、PLC设计的原则及步骤 1、PLC控制系统的设计原则 PLC控制系统的设计应遵循以下基本原则： 1）最大限度地满足被控对象的控制要求。 2）控制系统应安全、可靠、实用，且易于维修。 3）在满足控制要求的前提下，系统应力求简单、经济，性能价格比高。 4）考虑到今后的发展和工艺的改进，在硬件配置上应留有一定的裕量。 2. PLC2. PLC应用系统设计步骤应用系统设计步骤 1）认真分析被控系统的控制要求，确定控制方案。根据控制对象的工艺过程、工作特点、控制要求，划分不同的控制阶段，归纳各阶段的特点和转换条件，制定系统控制流程图。 2）根据被控对象对PLC控制系统的功能

2、要求选择并确定输入设备（按钮、操作开关、传感器等）和输出设备（继电器、接触器、指示灯等执行机构），由此确定输入/输出的点数，并留有一定的裕量。 3）选定系统合适的控制器PLC的类型（包括机型、容量、I/O模块和电源模块等）。 4）分配PLC的I/O点，编制出I/O分配表，绘制PLC的I/O硬件接线图。 5）根据系统控制流程图设计编写系统梯形图程序，可在仿真机上模拟调试，以排除程序中的错误，同时为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。 6）应用系统联机调试，调试中发现问题并及时解决（包括硬件和软件），直至调试成功。 7）编制技术文件，系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表

3、、PLC梯形图等。 3、PLCPLC系统硬件设计系统硬件设计 （1）I/O点数 1）根据控制系统要求，确定输入/输出点数，再按实际所需总点数的1520留出裕量。 2）PLC的I/O点分为汇点式、分组式和分隔式三种接法。如果输入或输出信号之间不需要隔离，则选择汇点式输出方式。若各输入或输出点之间采用不同的电压种类和电压等级，则选择分组式或隔离式。 （2）I/O响应时间 PLC的I/O响应时间是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。它包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在23个扫描周期）等。 1）对于开关量控制系统，PL

4、C和I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑I/O响应问题。 2）对于模拟量控制系统，特别是闭环模拟量控制系统对响应速度要求较高，可选用具有高速I O处理功能的PLC，或选用具有快 速响应模块和中断输入模块的PLC。（4）输出负载 1）动作频繁的感性负载，选择晶体管（适合直流负载）或晶闸管（适合交流负载）输出型PLC。 2）动作不频繁的交、直流负载选择继电器输出型PLC。（5）PLC结构形式 按实际具体情况选择PLC的结构形式。 1）相同功能和相同I/O点数情况下，整体式比模块式价格低。 2）模块式具有功能扩展灵活，维修方便，故障判断容易等优点。 4、PLCPLC系统软件设计系统软

5、件设计 （1）. 继电器控制电路转换梯形图法 梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。梯形图沿袭了传统的继电控制图，是一种图形语言。它沿用了继电器触点、线圈串并联等术语和图形符号，按自上而下，从左到右的顺序排列。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成PLC的梯形图语言。对于熟悉继电器控制的人来说，是最为方便的一种编程方法。（2）. 逻辑设计法 逻辑设计法是以布尔代数为理论基础，根据生产过程中各工步之间的各个检测元件（如行程开关、传感器等）状态的变化，列出检测元件的状态表，确定所需的中间记忆元件，再列出各执行元件的工序表，然后写出检测元件、中间记忆元件和执行元

6、件的逻辑表达式，再转换成梯形图。它极易表现条件与结果之间的逻辑功能，输入与输出的因果关系及联锁条件明确。便于分析控制程序、查找故障点、调试和维修程序。 （3）按控制过程变化参量进行控制 如按行程原则控制：如电梯、机床、机械手等；按时间原则控制：如交通灯、全自动洗衣机、电梯门开合等；按压力、温度等传感器控制：如锅炉、加热电器等；按计数器计数值输出控制：如包装机械等；按速度原则控制：如可逆运行的交流异步电动机的反接制动等。 （4）. 步进顺控法 步进顺控法是利用步进顺控指令设计复杂的顺序控制程序。一个复杂的程序可以分成若干个状态，系统控制的任务是在不同时刻或不同进程去完成对各个状态的控制。利用步进

7、顺控指令，以状态或步为核心，从起始步开始一步一步地设计下去，可方便地设计出控制程序。（5）. 经验法设计法 经验法编程是运用自己或他人经验，在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求进行选择组合设计编写。这种方法没有规律可遵循，或是自己经验总结，或是他人设计经验。要善于日积月累，归纳总结。应用经验设计法必须熟记一些典型的控制电路，如起保停电路、脉冲发生电路等等。该方法适用于较简单的梯形图设计。二、PLC基本控制环节的设计1、基本环节的编程举例基本环节的编程举例 （1）恒恒“0”与恒与恒“1”信号生成电路信号生成电路恒“0”与恒“1”信号生成电路如图所示 （2）自保持信号的生成）

8、自保持信号的生成自保持信号的生成电路如图2和3所示 关断（复位）优先自保持电路 启动（置位）优先自保持电路 （3）优先电路）优先电路输入信号X0和X1，先到者取得优先权，后到者无效。 优先电路 （4）比较电路比较电路 根据对两个输入信号X0和X1的比较，决定某一路输出 比较电路 （5）二分频电路）二分频电路 二分频电路如图所示 （6）移位寄存器顺控程序）移位寄存器顺控程序 移位寄存器顺控程序如图所示。T0定时器定时0.5秒，每隔0.5秒M0=1，使SFTL功能指令有效。若X1=1，则M20=1，每隔0.5秒M20中的1向从M21开始的四个辅助继电器一次移位，即输出Y0-Y3每隔0.5秒一次动作

9、。 （7）. 联锁控制联锁控制 互为发生条件的联锁控制：前一个动作之后，后一个才能动作；后一个动作之后，前一个必须停止。 （1）用基本指令实现互为发生条件的联锁控制梯形图如图7-8所示。 （2）用步进指令实现互为发生条件的联锁控制梯形图如图7-9所示。（8）自动控制与手动控制）自动控制与手动控制 有些生产设备有自动和手动两种工作方式，可用转移指令和一个开关配合使用，以达到两种工作方式的选择。如图所示。X1闭合，实现自动控制；X1断开，实现手动控制。三、PLCPLC使用中应注意的问题使用中应注意的问题 在满足系统控制要求前提下，尽量减少所需I/O点数。因为增加I/O点数将提高成本。1 1、减少、

10、减少PLCPLC输入点数的方法输入点数的方法（1）. 分组输入分组输入 如图所示。如果系统有“自动”和“手动”两种工作方式，用选择开关SA切换。S1S8为自动方式输入，Q1Q8为手动方式输入。两组输入共用X0X7输入点。图中二极管是为防止出现寄生回路，产生错误输入信号而设置。分组输入 （2）. 组合输入组合输入 对于不会同时接通的输入信号，可采用组合编码的方式输入，如图所示。图（a）中，三个输入信号Q1、Q2、Q3只要占用两个输入点，再通过如图(b)所示程序的译码，又还原成与Q1、Q2、Q3对应的M0、M1、M2三个信号。采用这种方法应特别注意要保证各输入开关信号不会同时接通。 (3). 合并

11、输入合并输入 将某些功能相同的开关量输入设备合并输入。如果是几个常闭触点，则串联输入；如果是几个常开触点，则并联输入。因此，几个输入设备就可共用PLC的一个输入点。 接法1：用了5个输入点，两地启动（X3、X4），三地停止（X0、X1、X2）。如图所示。 接法2：用了2个输入点，两地点启动，常开触点并联接X1；三地点停止，常闭触点串联接X0。如图所示。 接法3：用了2个输入点，两地点启动，常开触点并联接X1；三地点停止，常开触点并联接X0。如图所示。（4）. 矩阵输入矩阵输入 下图为33矩阵输入电路，用PLC的三个输出点Y0、Y1、Y2和三个输入点X0、X1、X2来实现9个开关量输入设备的输入

12、。图中，输出Y0、Y1、Y2的公共端COM与输入继电器的公共端COM连在一起。当Y0、Y1、Y2轮流导通，则输入端X0、X1、X2也轮流得到不同的三组输入设备的状态，即Y0接通时读入Q1、Q2、Q3的通断状态, Y1接通时读入Q4、Q5、Q6的通断状态,Y2接通时读入Q7、Q8、Q9的通断状态。 当Y0接通时，如果Q1闭合，则电流从X0端流出，经过D1Q1Y0端，再经过Y0的触点，从输出公共端COM流出，最后流回输入COM端，从而使输入继电器X0接通。在梯形图程序中应该用Y0常开触点和X0常开触点的串联，来表示Q1提供的输入信号。图中二极管切断寄生回路。采用矩阵输入要注意：1）矩阵输入方法需要

13、硬件与软件相配合来完成。2）采用矩阵输入的输入信号为一系列断续的脉冲信号。3）应保证输入信号的宽度要大于Y0、Y1、Y2轮流导通一遍的时间，否则可能会丢失输入信号。（5）. 利用PLC内部功能节省输入点1）用转移指令实现自动/手动控制方式的转换 如图所示。X0闭合时，执行手动控制程序。X0断开时，执行自动控制程序。2）应用交替输出指令ALT实现单按钮启动和停止 应用交替输出指令ALT实现单按钮启动和停止电路如图所示。 第一次按下X0时，启动输出Y1置1；再一次按下X0时，停止输出Y0动作。 3）用计数器或脉冲输出实现单按钮控制起、停、保 用计数器或脉冲输出实现单按钮控制起、停、保电路如图7-3

14、5、7-36、7-37所示。只用一个按钮通过X0输入去控制输出Y0的通与断。第一次按下X0时，输出Y0置1；第二次按下X0时，输出Y0断开。图7-35是利用计数器计数2次来实现单按钮起停，图7-36则是通过两个辅助继电器M10、M11来实现单按钮起停，图7-37则是通过PLS指令和两个辅助继电器M100、M101来实现单按钮起停。 4）某些输入信号可加在PLC外部 系统中有些输入信号功能简单，如某些手动按钮、电动机过载保护的热继电器触点等，将它们放在PLC外部电路中同样可以满足要求，如图所示。 2 2、减少所需、减少所需PLCPLC输出点数的方法输出点数的方法 （1）. 并联输出 通断状态完全

15、相同的负载，在PLC输出端点功率允许的情况下可并联于同一输出端点，即一个输出端点带多个负载。如图所示。当PLC输出点同时驱动多个负载时，应考虑PLC输出点的驱动能力。 （2）.分组输出 当两组输出设备或负载不会同时工作，可通过外部转换开关或通过受PLC控制的电器触点进行切换，所以PLC的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载。如图所示，KM1、KM3、KM5与KM2、KM4、KM6两组不会同时接通，用转换开关SA进行切换。 （3）. 矩阵输出 采用8个输出组成44矩阵，可接16个负载。要使某个负载接通工作，只要控制它所在的行与列对应的输出继电器接通即可，例如：要使负载KM1得电工作，必须控制Y

16、0和Y4输出接通。如图所示。采用矩阵输出时，必须要将同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列中，否则无法控制。3 3、提高、提高PLCPLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施 （1）环境温度、湿度适宜 通常PLC允许的环境温度约在055C，空气相对湿度一般要求小于85。勿把PLC安装在阳光直射或离热源很近的场所，也不能将PLC安装在结露、雨淋的场所。（2）避免环境污染、远离振动冲击源和强干扰源 不宜把PLC安装在有大量污染物（如灰尘、油烟、铁粉等）、腐烛性气体和可燃性气体的场所，同时PLC的控制柜应远离有强烈振动、冲击和强干扰源，同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源，以及易产生强静电的

17、地方。 （3）合理的安装与布线 在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该用带屏蔽层的隔离变压器对PLC系统供电。 为了抑制干扰，PLC一般最好单独接地，PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地电阻要小于100，接地线的截面应大于mm2。 I/O线、动力线及其它控制线应分开走线，尽量不要在同一线槽中布线；交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线；开关量与模拟量的/线最好分开走线；对于传送模拟量信号的/线最好用屏蔽线，且屏蔽线的屏敝层应一端接地。 （4）必要的安全保护环节 ）短路保护 在PLC外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。最好在每个负载的回路中都装上熔断器。 2）互锁与

18、联锁措施 除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行，如电动机正、反转控制，要利用接触器KM1、KM2常闭触点在PLC外部进行互锁。 3）失压保护与紧急停车措施 PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。这种接线方法的另一个作用是，当特殊情况下需要紧急停机时，按下“停止”按钮就可以切断负载电源，而与PLC毫无关系。四、经验设计法四、经验设计法 经验设计法就是从传统的继电器控制系统的电气原理图演化而来的，运用自己或他人经验，在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制

19、对象的具体要求进行选择组合设计编写。这种方法没有规律可遵循，或是自己经验总结，或是他人设计经验。要善于 日积月累，归纳总结。应用经验设计法必须熟记一 些典型的控制电路，如起保停电路、脉冲发生电路 等等。 例1：设计运料小车运动控制系统 图中，SB1为小车右行起动按钮，SB2为小车左行起动按钮，SB3为小车停止按钮，SQ1和SQ2分别为运料小车左右终点的行程开关，SQ1处装 料，20S后装料结束开始右行，碰 到SQ2后停下卸料，15S后小车左 行，如此循环往复，直至按下停止 按钮SB3为止。系统的工作过程分析： 小车的左行和右行过程不能同时进行，因此左行和右行动作必须互锁，包括机械互锁和电互锁；

20、此外，当小车碰到行程开关SQ1或SQ2时，除要开始装料或卸料的动作外，逊要停止左行或右行，因此须将行程开关的常闭触点串入左行或右行的逻辑行中。 当小车碰到SQ1时，接通Y2开始装料，并定时20S。当小车右行碰到SQ2时，接通Y3开始卸料，并定时15S。 考虑停止按钮SB3按下后，无论左行或右行都必须停止，则在左行和右行逻辑行中串入SB3的常闭触点X2。 考虑当小车装料或卸料结束后能自动起动右行或左行，因此必须将定时器的常开触点并入手动开关的常开触点。例2：有甲乙两组彩灯，每组4只。按下按钮SB后，甲组彩灯周期性地亮0.5s，灭0.5s；同时乙组彩灯周期性地亮1s，灭1s，再次按下按钮SB后，全

21、部彩灯熄灭。试设计该控制要求的PLC接线图和梯形图。分析： 题目要求彩灯的点亮和熄灭均由1个按钮SB控制，所以，系统只需1个输入点。 题目要求控制2组共8只彩灯，所以，系统需要8个 输出点。作业布置： 根据例2，自己设计一个彩灯电路，要求先是第一组彩灯每隔0.5S依次点亮，而后第二组彩灯每隔1S依次点亮，最后是第一组彩灯亮0.5S，灭0.5S，乙组彩灯周期性地亮1s，灭1s。再次按下按钮SB后，全部彩灯熄灭。例3：设计要求设计要求 艺术灯控制可以采用PLC来控制，如灯光的闪烁、移位及各种时序的变化。艺术灯控制模块共有9只灯，如下图所示： 艺术灯控制示意图现要求L1L9号灯闪亮的时序如下：（1）L1L9号灯全亮。 （2）L1L9号灯由依次点亮。 （3）L1L9号灯全亮。然后重复上述过程，循环往复。2、确定输入输出地址、并编写程序3、编译程序，无误后下载至PLC主机的存储器中，并运行程序。 4、调试程序，直至符合设计要求。 5、参考程序（ysd）及接线表参考程序：五、梯形图的逻辑设计法五、梯形图的逻辑设计法