第04章可编程序控制器系统分析、设计及应用

1、第第4章章 可编程序控制器系统分析、可编程序控制器系统分析、 设计及应用设计及应用l4.1可编程序控制器系统的分析方法可编程序控制器系统的分析方法 l4.2可编程计序控制器系统设计可编程计序控制器系统设计l4.3 C650卧式车床的卧式车床的PLC控制控制 4.1 可编程序控制器系统的分析方法可编程序控制器系统的分析方法 l 一一 可编程序控制器的系统分析的基本内容可编程序控制器的系统分析的基本内容 图图4-1 采用可编程序控制器的系统结构图采用可编程序控制器的系统结构图操作台或操作面板主令信号生产机械检测信号PLC输出PLC输出（接触器、电磁阀等开关电器）(电力驱动、液压驱动或气动等系统)传

2、动设备（按钮及各种手动开关、指示灯和报警装置）（行程开关、压力继电器等检测装置）PLC控制柜1.系统分析的基本思路系统分析的基本思路：从从工艺要求工艺要求出，明确控制要求、出，明确控制要求、机械机械设备的工作状态与相关信息及操作员的主令信号之间的关系设备的工作状态与相关信息及操作员的主令信号之间的关系。 1） 了解和掌握了解和掌握PLC控制系统的控制对象控制系统的控制对象的工作过程、的工作过程、 工工艺要求。艺要求。 2） 掌握掌握PLC控制系统的电气、液压或气动系统的组成控制系统的电气、液压或气动系统的组成，分，分析电气、液压或气动系统的控制原理。要了解各个控制指令、析电气、液压或气动系统的

3、控制原理。要了解各个控制指令、检测信号和控制输出信号的作用和相互关系，了解它们与检测信号和控制输出信号的作用和相互关系，了解它们与PLC的端口连接关系。的端口连接关系。 3）控制软件的分析控制软件的分析（PLC控制系统分析的核心）。控制系统分析的核心）。对于用对于用不同编程语言编制的程序，应采取不同的分析方法。不同编程语言编制的程序，应采取不同的分析方法。2.PLC控制系统分析工作的主要内容控制系统分析工作的主要内容二二 可编程序控制器系统分析的常用方法可编程序控制器系统分析的常用方法可编程序控制器系统分析的过程是：首可编程序控制器系统分析的过程是：首先先要从要从整体整体上把握编程的上把握编程

4、的总体思路，然总体思路，然后后再做再做细节细节的分析。的分析。分析程序的过程中，应在逐步、反复分析的基础上整理、归纳并分析程序的过程中，应在逐步、反复分析的基础上整理、归纳并绘制出绘制出总的、局部的程序框图总的、局部的程序框图。系统分析的主要方法有：系统分析的主要方法有： 用自然语言平铺直叙地依次用自然语言平铺直叙地依次说明各编程元件的行为和状说明各编程元件的行为和状态，是普遍采用的方法态，是普遍采用的方法。（2）图形分析法）图形分析法 梯形图程序中的编程元件，梯形图程序中的编程元件，绝大部分只存在于两种状态：绝大部分只存在于两种状态：对于逻辑运算值或为对于逻辑运算值或为“1”或或为为“0”，

5、对于接点是接通或，对于接点是接通或断开，可用简单的线条或符断开，可用简单的线条或符号（图）来标明它们的状态。号（图）来标明它们的状态。图形分析法用的较多的是图形分析法用的较多的是时时序图法序图法。（3）逻辑函数法）逻辑函数法梯形图程序中编程元梯形图程序中编程元件只存在于两种状态件只存在于两种状态之中，故可以利用逻之中，故可以利用逻辑代数来描述其控制辑代数来描述其控制规律规律。（1）文字叙述法）文字叙述法三三 可编程序控制器系统分析实例可编程序控制器系统分析实例 1.分析工艺过程、明确控制要求分析工艺过程、明确控制要求某中央空调系统的冷水机组采用某中央空调系统的冷水机组采用4台全封闭制冷压缩机台

6、全封闭制冷压缩机，组成两个相对独立的制，组成两个相对独立的制冷回路，采用可编程控制器进行控制，以下对本系统控制原理进行分析。冷回路，采用可编程控制器进行控制，以下对本系统控制原理进行分析。 （1）工艺过程分析）工艺过程分析 两个制冷回路相对独立，两个制冷回路相对独立，两个回路可同时工作，也可两个回路可同时工作，也可以各自单独工作以各自单独工作。控制方式有。控制方式有手动和自动手动和自动两种。对冷水回水温度进行监测，两种。对冷水回水温度进行监测，自动增减投入运行的制冷回路数。此外，还有较全面的系统监测、保护、报自动增减投入运行的制冷回路数。此外，还有较全面的系统监测、保护、报警及显示等功能。警及

7、显示等功能。（2）控制要求）控制要求 1）4台压缩机电动机起动方式采用全压直接起动。台压缩机电动机起动方式采用全压直接起动。4台电动机台电动机依次起动依次起动，并并保持一定的时间间隔保持一定的时间间隔。 2）设有）设有手动、自动手动、自动两种运行方式。两种运行方式。 3）设有）设有冷水机组与水泵间的联锁控制冷水机组与水泵间的联锁控制，冷水或冷却水断水冷水或冷却水断水、冷水出口冷水出口温度过低温度过低、压缩机排气压力过高压缩机排气压力过高或或吸气压力过低吸气压力过低等也设有相应的保护。等也设有相应的保护。 4）压缩机电动机的）压缩机电动机的缺相、过载缺相、过载等必要保护环节齐全。等必要保护环节齐

8、全。 5）各压缩机状态、机组的运行方式及各种故障状态等有）各压缩机状态、机组的运行方式及各种故障状态等有必要的显示必要的显示。在故障状态时，有在故障状态时，有声光同时示警声光同时示警。图图4-2 端子接线图端子接线图 2分析分析PLC的的I/O端子分配及端子分配及I/O表表（1） I/O端子分配端子分配 本例中选用本例中选用OMRON公司的公司的C200-H系列产系列产品的品的5槽母板槽母板C200H-BC051，两块输入模，两块输入模块分别插在块分别插在0号槽和号槽和1号槽上，号槽上，对应的输入对应的输入通道号即为通道号即为000CH和和001CH；两个输出模两个输出模块分插在块分插在3号和

9、号和4号槽号槽上，则输出模板的通上，则输出模板的通道号为道号为003CH和和004CH输入输出端子输入输出端子分配接线如图分配接线如图4-2。 冷却水出口温度冷却水出口温度：当水温低于设定值时温度继电器处于常态：当水温低于设定值时温度继电器处于常态（强调动作时温度高于设定值），其动断（常闭）接点处于通（强调动作时温度高于设定值），其动断（常闭）接点处于通态，态，PLC的输入继电器的输入继电器00008处于动作状态处于动作状态。 回路回路1温控设定值可高于回路温控设定值可高于回路2的温度设定值（当然，也可相的温度设定值（当然，也可相反设定），常态时常闭接点接通，对应的反设定），常态时常闭接点接通

10、，对应的PLC的的00010和和00011均处于动作状态。均处于动作状态。 防冻开关设定值约防冻开关设定值约3摄氏度，常态时常闭接点接通，摄氏度，常态时常闭接点接通，PLC的的00013处于动作状态。处于动作状态。 回路回路1和回路和回路2的高低压开关在未达设定值时均为常态，对应的高低压开关在未达设定值时均为常态，对应PLC的的00109、00110、00111、00112均处于动作状态。均处于动作状态。两个水流开关在水未断流时动作，所以水未断流时，两个水流开关在水未断流时动作，所以水未断流时，PLC的的00113、00115处于动作状态处于动作状态。水泵联锁开关对应的输入继电器水泵联锁开关对

11、应的输入继电器00100、00104处于动作状态。处于动作状态。编程元件号编程元件号用途用途注释注释00000总停开关总停开关系统总停系统总停00001总开开关总开开关自动运行时起动系统自动运行时起动系统00002自动自动/手动切换手动切换打手动时打手动时00002接通，自动时接通，自动时00002复位复位00003回路回路1投入投入00003动作时，回路动作时，回路1可以起动可以起动00004回路回路2投入投入00004动作时，回路动作时，回路2可以起动可以起动00005缺相检测缺相检测正常时正常时00005接通，缺相时接通，缺相时00005复位复位00006回路回路1起动起动手动时，起动回

12、路手动时，起动回路100007回路回路2起动起动手动时，起动回路手动时，起动回路200008冷却水出口温度高冷却水出口温度高限限冷却水出口温度达到设定值时，冷却水出口温度达到设定值时，00008复位复位00009报警器消报警器消复位声音报警器复位声音报警器00010回路回路1温度设定温度设定达到温度设定值时，达到温度设定值时，00010复位，复位，1路停路停00011回路回路2温度设定温度设定达到温度设定值时，达到温度设定值时，00011复位，复位，2路停路停00013冷水出口低温极限冷水出口低温极限冷水出口温度达到设定值时，冷水出口温度达到设定值时，00013复位，系统总停复位，系统总停00

13、100冷却水泵联锁冷却水泵联锁冷却水泵开时，冷却水泵开时，00100动作动作00101压缩机压缩机1电子保护电子保护正常时，正常时，00101，00102，00103，00104处于动作状态处于动作状态00102压缩机压缩机2电子保护电子保护00103压缩机压缩机3电子保护电子保护00104压缩机压缩机4电子保护电子保护编程元件号编程元件号用途用途注释注释00105压缩机压缩机1过载保护过载保护正常时，正常时，00105，00106，00107，00108处于复位状态处于复位状态00106压缩机压缩机2过载保护过载保护00107压缩机压缩机3过载保护过载保护00108压缩机压缩机4过载保护过载

14、保护00109回路回路1高压保护高压保护回路回路1排气压力达到设定值时，排气压力达到设定值时，00109复位复位00110回路回路1低压保护低压保护回路回路1吸气压力达到设定值时，吸气压力达到设定值时，00110复位复位00111回路回路2高压保护高压保护回路回路2排气压力达到设定值时，排气压力达到设定值时，00111复位复位00112回路回路2低压保护低压保护回路回路2吸气压力达到设定值时，吸气压力达到设定值时，00111复位复位00113冷水水流断保护冷水水流断保护冷水流断时，冷水流断时，00113复位复位00114冷水水泵联锁冷水水泵联锁冷水水泵起动后，冷水水泵起动后，00114动作动作

15、00115冷却水断流保护冷却水断流保护冷却水断流时，冷却水断流时，00115复位复位00301压缩机压缩机1控制控制分别控制分别控制14压缩机压缩机00302压缩机压缩机2控制控制00303压缩机压缩机3控制控制00304压缩机压缩机4控制控制输入号输入号用途用途注释注释00305压缩机压缩机1电子保护器供电电子保护器供电分别为分别为14电动机电子保护器供电电动机电子保护器供电00306压缩机压缩机2电子保护器供电电子保护器供电00307压缩机压缩机3电子保护器供电电子保护器供电00308压缩机压缩机4电子保护器供电电子保护器供电00401压缩机压缩机1运行运行显示运行显示运行00402压缩机

16、压缩机2运行运行00403压缩机压缩机3运行运行00404压缩机压缩机4运行运行00405自动运行指示自动运行指示自动运行显示自动运行显示00406手动运行指示手动运行指示手动运行显示手动运行显示00407防冻指示防冻指示冷水出口温度达低限值显示冷水出口温度达低限值显示00408冷却水断流冷却水断流冷却水断流显示冷却水断流显示00409冷水断流冷水断流冷水断流显示冷水断流显示00410开机延时指示开机延时指示开机的延时过程中显示开机的延时过程中显示3.PLC控制程序分析控制程序分析（1） 程序结构分析程序结构分析 1）控制功能程序模块）控制功能程序模块 2）监控及保护程序模块）监控及保护程序模

17、块 3）报警及工作状态显示程序）报警及工作状态显示程序模块模块（2）程序运行原理分析）程序运行原理分析 1）系统正常运行的保证条件）系统正常运行的保证条件 2）控制程序分析）控制程序分析自动自动/手动开关打手动开关打“手动手动”位置位置自动自动/手动开关打手动开关打“自动自动”位置位置图图4-3 梯形图程序梯形图程序图4-3（续）3）监控和保护程序分析）监控和保护程序分析 4）报警及显示程序）报警及显示程序 开机延时显示开机延时显示 工作方式显示工作方式显示 电动机的正反转电动机的正反转电动机顺序起动控制电动机顺序起动控制五台电机，都有启动和停止按钮，要求顺序启动。五台电机，都有启动和停止按钮

18、，要求顺序启动。I/O分配分配输入：五个启动按钮，五个停止按钮输入：五个启动按钮，五个停止按钮输出：五个控制电机的接触器输出：五个控制电机的接触器作业：作业： 1. P126 4-1。2. 对应以上两个梯形图编写指令表。对应以上两个梯形图编写指令表。4.2 可编程序控制器系统设计可编程序控制器系统设计一、可编程序控制器系统的设计内容与步骤一、可编程序控制器系统的设计内容与步骤控制系统总体方案选择控制系统总体方案选择软件设计软件设计可编程控制器的机型选择可编程控制器的机型选择硬件电路设计硬件电路设计 1可编程序控制器的系统设计的主要内容可编程序控制器的系统设计的主要内容图图4-4 可编程控制器系

19、统设计流程图可编程控制器系统设计流程图2.可编程序控制器的系统设可编程序控制器的系统设计的主要步骤计的主要步骤确定控制范围确定控制范围硬件电路设计硬件电路设计用户程序设计用户程序设计组装调试组装调试撰写说明书等技术文件撰写说明书等技术文件二、可编程序控制器系统的硬件电路设计二、可编程序控制器系统的硬件电路设计1.可编程序控制器型号的选择可编程序控制器型号的选择（1）功能及结构）功能及结构 （2）输入输出模块的选择）输入输出模块的选择 （3）I/O点数的估算点数的估算 （4）所需内存容量估计）所需内存容量估计 （5）响应时间）响应时间 传感器等检测装置、显示电路、故障保护电路等传感器等检测装置、

20、显示电路、故障保护电路等可编程序控制器的选型可编程序控制器的选型电源的引入及控制电源的引入及控制可编程控制器的输入输出电路可编程控制器的输入输出电路负载驱动回路负载驱动回路序号序号电器设备、元件电器设备、元件输入点数输入点数输出点数输出点数I/O总数总数1Y起动的笼型电机起动的笼型电机4372单向运行笼型电机单向运行笼型电机4153可逆运行笼型电机可逆运行笼型电机5274单向变极电动机单向变极电动机5385可逆变极电动机可逆变极电动机64106单向运行的直流电机单向运行的直流电机96157可逆运行的直流电机可逆运行的直流电机128208单线圈电磁阀单线圈电磁阀2139双线圈电磁阀双线圈电磁阀3

21、2510比例阀比例阀35811按钮开关按钮开关1112光电管开关光电管开关2213信号灯信号灯1114拨码开关拨码开关4415三挡波段开关三挡波段开关3316行程开关行程开关1117接近开关接近开关1118抱闸抱闸1119风机风机1120位置开关位置开关2221功能控制单元功能控制单元20（6，32，48；64，128）2.电源的分配及相应保护电源的分配及相应保护拖动系统主电路电源拖动系统主电路电源：由系统总断路器承担：由系统总断路器承担PLC的工作电源的工作电源：有直流的也有交流的，而且有不同的电压等：有直流的也有交流的，而且有不同的电压等级，在级，在选用交流工作电源的选用交流工作电源的PL

22、C时，一般可直接引于时，一般可直接引于系统中满系统中满足要求的交流电压源足要求的交流电压源，但当，但当可靠性要求更高可靠性要求更高时，则应采用时，则应采用控制控制变压器变压器；PLC的工作电源可由专设的断路器提供，兼有多种保的工作电源可由专设的断路器提供，兼有多种保护；护；PLC的输入信号电源的输入信号电源：因：因PLC输入模块的不同而不同，而输入输入模块的不同而不同，而输入模块的选取通常又取决于各种传感器，在大多数情况下，当只模块的选取通常又取决于各种传感器，在大多数情况下，当只有开关量的逻辑控制时，检测元件只提供无源的接点，常用的有开关量的逻辑控制时，检测元件只提供无源的接点，常用的是是直

23、流直流24V或交流或交流220V，有些型号的，有些型号的PLC的电源模块本身提供的电源模块本身提供直流直流24V的传感器工作电源的传感器工作电源PLC的输出驱动电源的输出驱动电源：由：由驱动对象决定驱动对象决定，比如接触器的线圈工，比如接触器的线圈工作电压、电磁换向阀的线圈工作电压、信号灯的工作电压或报作电压、电磁换向阀的线圈工作电压、信号灯的工作电压或报警器的工作电压等警器的工作电压等;输出驱动电源可设熔断器进行短路保护，对输出驱动电源可设熔断器进行短路保护，对于分组输出的模块，每组都要设熔断器做短路保护。于分组输出的模块，每组都要设熔断器做短路保护。 3. 可编程控制器输入、输出配置及地址

24、编号可编程控制器输入、输出配置及地址编号 4. 可编程序控制器输入电路的设计可编程序控制器输入电路的设计 当检测元件是有触点开关时，只须保证触点的接触电阻很小当检测元件是有触点开关时，只须保证触点的接触电阻很小, ,确保光敏三极管确保光敏三极管可靠饱和导通，设计时只要使用质量合格的开关或检测装置可靠饱和导通，设计时只要使用质量合格的开关或检测装置但当检测元件的输出为无触点的半导体开关元件时。重点分析开关元件的导通但当检测元件的输出为无触点的半导体开关元件时。重点分析开关元件的导通最小饱和电流和关断时的最大漏电流。最小饱和电流和关断时的最大漏电流。在采用汇点输入方式，即多个输入点的输入回路共用一

25、个公共端子（在采用汇点输入方式，即多个输入点的输入回路共用一个公共端子（COMCOM）时，）时，还应考虑公共母线的电流承载能力。还应考虑公共母线的电流承载能力。5. 可编程序控制器输出驱动电路的设计可编程序控制器输出驱动电路的设计驱动能力驱动能力触点保护触点保护输入配置及地址编号输入配置及地址编号 输出点配置及地址编号输出点配置及地址编号 图图4-5 工件搬运机构工作示意图工件搬运机构工作示意图6. 硬件电路设计实例硬件电路设计实例 （1）机械结构与工艺要求）机械结构与工艺要求 图图4-6 面板布置图面板布置图（2） 控制要求及功能分配控制要求及功能分配工作方式工作方式操作面板操作面板单操作单

26、操作步进操作步进操作单周期操作单周期操作连续操作连续操作选用OMRON整体式小型可编程控制器CPM1 A的30点继电器输出型 （3）端子分配）端子分配 图图4-8 电源及相应的保护电路电源及相应的保护电路（4）硬件电路设计）硬件电路设计 电源及相应的保护电路电源及相应的保护电路 输入和输出电路输入和输出电路 三三 可编程序控制器系统的软件编程可编程序控制器系统的软件编程 1. 可编程序控制器的软件编程内容可编程序控制器的软件编程内容 设计程序结构设计程序结构 2. 可编程控制器应用程序设计的步骤和方法可编程控制器应用程序设计的步骤和方法 （1）程序设计步骤）程序设计步骤 编程准备工作编程准备工

27、作 程序框图设计程序框图设计 应用程序的编写应用程序的编写 程序调试程序调试 编写程序说明书编写程序说明书 （2）应用程序设计的常用方法）应用程序设计的常用方法 经验设计法经验设计法 逻辑设计法逻辑设计法 利用状态转移图设计法利用状态转移图设计法 编程准备编程准备图图4-9 整体程序结构整体程序结构3. 可编程序控制器系统的软件编程实例可编程序控制器系统的软件编程实例-运输机械手控制软件编程运输机械手控制软件编程 图图4-10 单操作程序单操作程序单操作程序模块单操作程序模块 右行控制右行控制左行控制左行控制夹紧控制夹紧控制放松控制放松控制下行控制下行控制上行控制上行控制自动操作时的梯型图程序自动操作时的梯型图程序单周期控制单周期控制连续运行控制连续运行控制图图4-12 步进操作程序步进操作程