PLC控制系统设计与应用

1、电气控制与电气控制与PLCPLC模块五模块五 PLC控制系统的设计与应用控制系统的设计与应用 知识目标：掌握PLC控制系统设计的内容、步骤和方法，熟悉PLC在常用控制系统中典型应用能力目标：具有应用PLC实现电气自动控制要求的设计能力，能够进行对一般电气控制设备的PLC改造并初步形成PLC应用系统的设计、安装、调试、故障排除能力电气控制与电气控制与PLCPLC电气控制与电气控制与PLCPLC1. PLC1. PLC控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则1 1）满足被控对象的控制要求）满足被控对象的控制要求 考虑将来发展的需要，考虑将来发展的需要， PLCPLC选用功能较强的新产选用功能较

2、强的新产品，并留有适当的余量。品，并留有适当的余量。2 2）系统安全、可靠）系统安全、可靠3 3）尽可能简单、经济、使用与维修方便）尽可能简单、经济、使用与维修方便4 4）具有高的性能价格比。）具有高的性能价格比。一、一、 PLCPLC控制系统设计的内容与步骤控制系统设计的内容与步骤电气控制与电气控制与PLCPLC2. PLC2. PLC控制系统设计步骤控制系统设计步骤1 1）分析被控对象，提出控制要求。）分析被控对象，提出控制要求。2 2） 确定输入、输出设备。确定输入、输出设备。3 3）确定）确定PLCPLC的的I/OI/O点数，选择点数，选择PLCPLC机型。机型。4 4）分配）分配I/

3、OI/O点数，绘制点数，绘制PLCPLC控制系统输入、输出端子接线图。控制系统输入、输出端子接线图。 5 5）程序设计，绘制工作循环图或状态转移图。）程序设计，绘制工作循环图或状态转移图。 1 1）初始化程序；）初始化程序；2 2）控制程序；）控制程序；3 3）检测、故障诊断和显）检测、故障诊断和显示等程序；示等程序；4 4）保护和联锁程序。）保护和联锁程序。6 6）程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进）程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。7 7）调试过程结束，整理技术资料，投入使用。）

4、调试过程结束，整理技术资料，投入使用。电气控制与电气控制与PLCPLCPLCPLC控制系统设计步骤流程图控制系统设计步骤流程图电气控制与电气控制与PLCPLCv PLCPLC机型的选择机型的选择v I/OI/O点的数量和种类点的数量和种类v CPUCPU的速度的速度v 内存容量内存容量v 编程器编程器v 打印机打印机v I/OI/O模块模块v 通讯接口模块通讯接口模块v 通讯传输电缆通讯传输电缆二、二、 PLCPLC的硬件设置的硬件设置电气控制与电气控制与PLCPLC1、PLC机型选择机型选择结构形式结构形式 整体式整体式 模块式模块式安装方式安装方式 集中式集中式 远程远程IO式式 分布式分

5、布式功能要求功能要求响应速度响应速度系统可靠性系统可靠性机型统一机型统一电气控制与电气控制与PLCPLC 输入器件：指连接到输入器件：指连接到PLC输入接线端子用于产生输入输入接线端子用于产生输入 信号的器件信号的器件。分类分类 主令器件主令器件 检测器件检测器件 有源触点输入器件有源触点输入器件 无源触点输入器件无源触点输入器件输入信号输入信号 模拟信号模拟信号 数字信号数字信号 开关信号开关信号2、PLC I/O端口选择端口选择按钮、选择开关、数字开关按钮、选择开关、数字开关行程开关、接近开关、光电开关、继行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器辅助触点电器触点，接触器辅助触点行程

6、开关、接近开关、光电行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器开关、继电器触点，接触器辅助触点辅助触点行程开关、接近开关、光电行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器开关、继电器触点，接触器辅助触点辅助触点压力传感器、温度传感器压力传感器、温度传感器数字开关数字开关按钮、转换开关、形成开关、按钮、转换开关、形成开关、触点触点电气控制与电气控制与PLCPLC 输出器件：指连接到输出器件：指连接到PLC输出接线端子用于执行程序输出接线端子用于执行程序 运行结果的器件运行结果的器件。分类：分类： 驱动负载驱动负载 显示负载显示负载 输出端口：输出端口： 继电器输出继电器输出 晶体管输出

7、晶体管输出 晶闸管输出晶闸管输出接触器、继电器、电磁阀接触器、继电器、电磁阀指示灯、数字显示装置、电指示灯、数字显示装置、电铃、蜂鸣器铃、蜂鸣器交直流负载交直流负载直流负载直流负载交流负载交流负载电气控制与电气控制与PLCPLC I/O点数的确定点数的确定 I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。 确定依据：将与确定依据：将与PLC相连的全部输入、输出器件根据所相连的全部输入、输出器件根据所需的电压、电流的大小和种类分别统计，考虑将来发展需的电压、电流的大小和种类分别统计，考虑将来发展的需要再相应增加的需要再相应增加 1015的余量的余量电气控制与电气

8、控制与PLCPLC CPU CPU的运行速度是指执行每一步用户程序的时间。的运行速度是指执行每一步用户程序的时间。对于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一对于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一般的般的PLCPLC机型都可使用。对于以模拟量为主的控制系统，机型都可使用。对于以模拟量为主的控制系统，则需考虑扫描速度，必须选择合适则需考虑扫描速度，必须选择合适CPUCPU种类的种类的PLCPLC机型。机型。3、CPU的速度的速度电气控制与电气控制与PLCPLC 远程远程I/OI/O模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远 离控制站离控制站 高

9、速计数器模块：当高速计数器模块：当PLCPLC内部的高速计数器的最高计数频内部的高速计数器的最高计数频率不能满足要求时，可选择使用率不能满足要求时，可选择使用 定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位 通信联网模块：通信联网模块：PLCPLC与与PLCPLC之间，或之间，或PLCPLC与计算机之间的通与计算机之间的通信与联网信与联网 模拟输入模块、输出模块：把流量、速度、压力、风模拟输入模块、输出模块：把流量、速度、压力、风 力、张力等变换成数字量，及把数字量变换成模拟量，力、张力等变换成数字量，及把数字量变换成模拟量，进行输入、输出。进行输入、

10、输出。 4、PLC模块的选择模块的选择电气控制与电气控制与PLCPLC PLC PLC的外围设备主要是人的外围设备主要是人机对话装置，用于机对话装置，用于PLCPLC的的编程和监控。通过人编程和监控。通过人机对话装置可以进行编程、调试机对话装置可以进行编程、调试及显示图形报表、文件复制、报警等。及显示图形报表、文件复制、报警等。PLCPLC外围外围设外围外围设备有编程器、打印机、备有编程器、打印机、EPROMEPROM写入器、显示器等。写入器、显示器等。5、PLC外围设外围设电气控制与电气控制与PLCPLC 我国优先选择我国优先选择220V220V的交流电源电压，特殊情况可选的交流电源电压，特

11、殊情况可选择择24V24V直流电源供电。直流电源供电。 输入信号电源，一般利用输入信号电源，一般利用PLCPLC内部提供的直流内部提供的直流24V24V电电源。对于带有有源器件的接近开关可外接源。对于带有有源器件的接近开关可外接220V220V交流电源，交流电源，提高稳定避免干扰。提高稳定避免干扰。 选用直流选用直流I/OI/O模块时，需要外设直流电源。模块时，需要外设直流电源。6、电源电压的选择、电源电压的选择电气控制与电气控制与PLCPLC PLC PLC的软件设计指的软件设计指PLCPLC控制系统中用户程序的设计。控制系统中用户程序的设计。三、三、 PLCPLC的软件设计的软件设计设计内

12、容设计内容控制流程图控制流程图梯形图梯形图状态转移图状态转移图指令表指令表设计方法设计方法翻译法翻译法状态转移图法状态转移图法逻辑设计法逻辑设计法电气控制与电气控制与PLCPLC 用用PLCPLC中软元件，代替原继电器中软元件，代替原继电器接触器控制线路图接触器控制线路图中的元器件，直接翻译成梯形图的方法。主要用于对中的元器件，直接翻译成梯形图的方法。主要用于对旧设备、旧控制系统的技术改造。旧设备、旧控制系统的技术改造。 设计举例设计举例 正反转正反转 时间控制时间控制 1、翻译法、翻译法电气控制与电气控制与PLCPLCSBSB1SB2KM1KM2KM2KM1KM2KM1COMX0X1X2Y1

13、Y2COMSBSB1SB2KM1KM2X1X0X0X2Y2Y1Y2Y2Y1Y1 正反转正反转电气控制与电气控制与PLCPLCSB1SB2COMX1X2Y1Y2KM1KM2COMKTSB2SB1KM1KTKM1KM2X1X0KTY1Y2Y1T0K30 定时器定时器电气控制与电气控制与PLCPLC 针对顺序控制方式或步进控制方式的程序设计。针对顺序控制方式或步进控制方式的程序设计。在程序设计时，首先将系统的工作过程分解成若干个在程序设计时，首先将系统的工作过程分解成若干个连续的阶段，每一阶段称为连续的阶段，每一阶段称为“工步工步”或或“状态状态”，以，以工步（或状态）为单元，从工作过程开始，一步接

14、着工步（或状态）为单元，从工作过程开始，一步接着一步，一直到工作过程的最后一步结束。一步，一直到工作过程的最后一步结束。 设计举例设计举例 机械手控制机械手控制2、状态转移图、状态转移图电气控制与电气控制与PLCPLC 以布尔逻辑代数为理论基础，以逻辑变量以布尔逻辑代数为理论基础，以逻辑变量“0”0”或或“1”1”作为研究对象，以作为研究对象，以“与与”、“或或”、“非非”三种三种基本逻辑运算为分析依据，对电气控制线路进行逻辑运基本逻辑运算为分析依据，对电气控制线路进行逻辑运算，把触点的算，把触点的“通、断通、断”状态用逻辑变量状态用逻辑变量“0”0”或或“1”1”来表示。来表示。 设计举例设

15、计举例 “与与”逻辑关系逻辑关系 “或或”逻辑关系逻辑关系 “与、或、非与、或、非”逻辑关系逻辑关系3、逻辑设计法、逻辑设计法电气控制与电气控制与PLCPLCL(Y1) X0 X1 X2 M1L(Y2) X0 +X1+M2 +Y2X0X1M1X2Y1X0Y2X1M2Y2L(Y3)( X0 +X1)X2 Y2 +M10X0Y3X1Y2M10X2“与与”“或或”“与、或、非与、或、非”电气控制与电气控制与PLCPLC 传统的自动控制系统由继电器传统的自动控制系统由继电器接触器控制组成，存接触器控制组成，存在故障多、可靠性差、工作寿命短、不易检修等缺点。在故障多、可靠性差、工作寿命短、不易检修等缺点

16、。随着随着PLC的普及和完善，以及的普及和完善，以及PLC本身所具有的高可靠本身所具有的高可靠性、易编程修改的特点，在自动控制系统中应用取得了性、易编程修改的特点，在自动控制系统中应用取得了良好的效果。良好的效果。如：如：MPS模块化自动生产加工系统模块化自动生产加工系统 智能群控电梯控制系统智能群控电梯控制系统四、四、应用案例应用案例- 电气控制与电气控制与PLCPLCMPSMPS生生产产加加工工系系统统电气控制与电气控制与PLCPLC智能群控电梯智能群控电梯电气控制与电气控制与PLCPLC【应用范例1】机械手臂控制电气控制与电气控制与PLCPLC工件的补充使用人工控制，可直接将工件放在工件

17、的补充使用人工控制，可直接将工件放在D D点（点（LS0LS0动作）。动作）。控制说明：只要只要D D点有工件，机械手臂即先下降（点有工件，机械手臂即先下降（B B缸缸动作）将工件抓取（动作）将工件抓取（C C缸缸 动作）后上升（动作）后上升（B B缸缸复位），再将工件搬运（复位），再将工件搬运（A A缸缸动作）到动作）到E E点上点上 方，机械手臂再次下降（方，机械手臂再次下降（B B缸缸动作）后放开（动作）后放开（C C缸缸复位）工件，机复位）工件，机 械手臂上升（械手臂上升（B B缸缸复位），最后机械手臂再回到原点（复位），最后机械手臂再回到原点（A A缸缸复位）。复位）。电气控制与电气

18、控制与PLCPLCC C缸在抓取或放开工件后，都需有缸在抓取或放开工件后，都需有1 1秒秒的间隔，机械手臂才能动作。的间隔，机械手臂才能动作。控制说明：A,B,CA,B,C缸均为缸均为单作用气缸单作用气缸，使用电磁控制。，使用电磁控制。当当E E点有工件且点有工件且B B缸已上升到缸已上升到LS4LS4时，传送带马达转动以运走工件，时，传送带马达转动以运走工件， 经经2 2秒后传送带马达自动停止。工件若未完全运走（计时未到）秒后传送带马达自动停止。工件若未完全运走（计时未到） 时，则应等待传送带马达停止后才能将工件移走。时，则应等待传送带马达停止后才能将工件移走。电气控制与电气控制与PLCPL

19、C控制说明：LS0LS0DD点有无工件侦测用限制开关点有无工件侦测用限制开关 LS5LS5EE点有无工件侦测用限制开关点有无工件侦测用限制开关 LS1LS1AA缸前行限制开关（左极限）缸前行限制开关（左极限） LS2LS2AA缸退回限制开关（右极限）缸退回限制开关（右极限） LS3LS3BB缸下降限制开关（下极限）缸下降限制开关（下极限）LS4LS4BB缸上升限制开关（上极限）缸上升限制开关（上极限）电气控制与电气控制与PLCPLC功能分析：原点复位：选定以原点复位：选定以A A缸退回至右极限位置（缸退回至右极限位置（LS2 ONLS2 ON）、）、B B缸缸 上升至上极限位置（上升至上极限位

20、置（LS4 ONLS4 ON）及）及C C缸缸松开为机械手臂的原点。松开为机械手臂的原点。 执行一个动作之后，应做原点复位的侦测（因为执行一个动作之后，应做原点复位的侦测（因为A A、B B、C C缸缸 均为单作用气缸，所以会自动退回原点）。均为单作用气缸，所以会自动退回原点）。工件搬运流程：依题意其动作为一循环式单一顺序流程。工件搬运流程：依题意其动作为一循环式单一顺序流程。传送带流程：在侦测到传送带流程：在侦测到E E点有工件且点有工件且B B缸缸在上极限位置时，在上极限位置时， 应驱动传送带转动。应驱动传送带转动。上述两个流程可以同时进行，因此使用并进分支流程来完上述两个流程可以同时进行

21、，因此使用并进分支流程来完 成组合。成组合。电气控制与电气控制与PLCPLC元件分配： D D点点工件传感器工件传感器LS0LS0，使用输入继电器，使用输入继电器A A缸缸左限位传感器左限位传感器LS1LS1，使用输入继电器，使用输入继电器A A缸缸右限位传感器右限位传感器LS2LS2，使用输入继电器，使用输入继电器B B缸缸下限位传感器下限位传感器LS3LS3，使用输入继电器，使用输入继电器B B缸缸上限位传感器上限位传感器LS4LS4，使用输入继电器，使用输入继电器E E点点工件传感器工件传感器LS5LS5，使用输入继电器，使用输入继电器A A缸缸驱动，使用输出继驱动，使用输出继电器电器B B缸缸驱动，使用输出继驱动，使用输出继电器电器C C缸缸驱动，使用输出继驱动，使用输出继电器电器传送带传送带驱动，使用输驱动，使用输出继电器出继电器电气控制与电气控制与PLCPLC绘绘制状态流程图b.工件搬运流程工件搬运流程B缸缸下移下移（Y1 ON）C缸缸夹取工件并延时夹取工件并延时（Y2 ON）B缸缸上升上升（Y1 OFF）A缸缸前进前进（Y0 ON）工件尚未工件尚未完全搬运完全搬运B缸缸下移下移（Y1 ON）C缸缸松开工件并延时松开工件并延时（Y2 OFF）B缸缸上升上升（Y1 OFF）A缸缸后退后退（Y0 OFF）a.原点复位流程原点复位流程A A缸缸退回至右极限位置