PLC第8章PLC控制系统的设计与应用

1、8 PLC控制系统的设计与应用 8.1 PLC控制系统设计的基本原则、主要内容和步骤8.1.1 PLC控制系统设计的基本原则（1）在最大限度地满足被控对象控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、安全可靠，使用维修方便。 （2）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当地留有余地。 8.1.2 PLC控制系统设计的主要内容（1）拟定控制系统设计任务书（包括设计的技术条件），明确设计任务和要求。 （2）确定PLC的型号，容量，I/O模块，电源模块等，及对控制系统的硬件进行配置（包括输入，输出设备等）。（3）编制PLC的输入/输出分配表及绘制输入/输出端子接线图。（4）根据系统的设

2、计要求编写程序规格要求说明书，然后再用相应的编程语言进行程序设计。 （5）选择所需的电器元件，设计操作台，电气柜及非标准电器元件。 （6）编写控制系统的技术文件，包括说明书，电气原理图，电气元件明细表，控制软件等。 8.1.3 PLC控制系统设计的步骤（1）根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作时序，条件，必要的保护和联锁等），操作（手动，自动，连续，间断等）。 （2）在明确了控制任务和要求后，选择电气传动方式和确定系统所需的用户输入，输出设备。（3）选择合适的PLC类型。（包括机型的选择，容量的选择，I/O模块的选择等） 。（4）分配I/O点，设计I/O端子接线图（这一步也可

3、结合第2步进行）。 （5）进行PLC程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。 （6）将编写好的程序输入PLC中去，并对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。 （7） 联机调试。在PLC软硬件设计和控制台、柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统联机调试，调试中发现的问题，要逐一排除，直到调试成功。 （8）编制技术文件（包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC程序清单）。 （9）交付使用。 8.1.3 PLC控制系统设计的步骤8.2 PLC控制系统的硬件设计 8.2.1 机型的选择1. I/O点数的确定 2. 存储器容量的确定 3. PLC运行速度的确定 8.2.2

4、模块的选择1. I/O模块的选择 开关量I/O模块 模拟量I/O模块2.智能模块的选择 8.3 PLC控制系统的软件设计 8.3.1 经验设计法8.3.2 顺序功能图法（SFC） 采用顺控指令（SCR、SCRT、SCRE） 顺序控制系统，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动有序地进行操作的过程。在工业控制中，除过程控制系统外，绝大部分控制系统属于顺序控制系统。 顺序功能图(状态转换图、状态图、流程图) 就是用编程元件（如状态元件S）描述工步状态的工艺流程图，它是由步（状态）、转换和转换条件、有向连线和动作组成。 S0.0

5、 SCRQ0.0 S0.1 SCRT SCRE SCRQ0.1 SCRT SCREI0.1I0.21.顺序功能图 2. 顺序功能图 的主要类型1）单支流程S S0.1, 1SCRESCRE2）选择性分支与合并2. 顺序功能图 的主要类型S S0.1, 1SCRESCRESCRE梯形图2）选择性分支与合并3）并行分支与合并2. 顺序功能图 的主要类型梯形图S S0.1, 1SCRESCRE助记符梯形图SCRES S0.5, 1R S0.2, 1R S0.4, 1SCRE助记符续梯形图助记符续4）跳转和循环2. 顺序功能图 的主要类型4）跳转和循环（续）2. 顺序功能图 的主要类型3. 应用举例电

6、源指示中央喷水指示环状喷水指示例1：喷水池自动控制 控制要求：（1）连续动作系统送电，电源指示灯亮。按下启动按钮中央喷水显示2s后中央喷水2s后环状喷水显示2s后环状喷水2s后3. 应用举例电源指示中央喷水指示环状喷水指示2s后例1：（2）单周期动作系统送电，电源指示灯亮。按下启动按钮中央喷水显示2s后中央喷水2s后环状喷水显示2s后环状喷水2s后2s后 控制要求： 确定控制点数：启动按钮：转换开关：电源信号显示：中央喷水显示：中央喷水：环状喷水显示：环状喷水梯形图梯形图例2：电动机顺序启动，同时停止 控制要求：3台电动机（M1、M2、M3），按下起动按钮时，M1先起动，运行1min后，M2起

7、动，再运行1min后，M3起动。起动完毕，进入正常运行状态，直到按下停止按钮，3台电动机同时停止运行。 梯形图1SSS梯形图2梯形图3简化 WXOR指令（逻辑异或运算）： 当EN=1时，IN1和IN2按位异或，结果送入OUT中。例：0001 1111 0110 1101AC11101 0011 1110 0110AC01100 1100 1000 1011AC0XOR_W SHRB指令（自定义位移位指令）： 位数据DATA填入移位寄存器的最低（高）位（S_BIT），移位寄存器的长度为N的绝对值，移位方向为N的符号。每次移一位，第N位溢出到中。例：第一次移位前VB100：0101MSBLSB第一

8、次移位后VB100：1011I0.3(1)0溢出（）第二次移位后VB100：0110I0.3(0)1溢出（）主程序MAIN子程序SBR_04.顺序功能图设计步骤（1）确定I/O点数、种类，选择PLC机型，并绘制I/O端子接线图。（2）根据工作确定步。 （3）画出顺序功能图。 （4）用SCR指令、S/R指令、SHRB指令等编写相应的程序。 （5）将编写好的程序进行整理和修改。 （6）联机调试程序。 8.4 PLC控制系统的应用举例 8.4.1 PLC在智力竞赛抢答装置中的应用1. 控制要求（1）主持人一个开关控制三个抢答桌。主持人说出题目后，谁先按按钮，谁的桌子上的灯即亮。只有当主持人按按钮后灯

9、才熄灭，否则一直亮着。（2）共有三组参加竞赛的队员，每组2个人，每桌上有两个按钮，是并联形式，无论按哪一只，桌上的灯都亮； （3）当主持人将转换开关闭合时，15s之内若有人抢答按按钮，电铃响。 I/O分配表输入信号第一组队员按钮开关1：S1I0.0第一组队员按钮开关2：S2I0.1第二组队员按钮开关1：S3I0.2第二组队员按钮开关2：S4I0.3第三组队员按钮开关1：S5I0.4第三组队员按钮开关2：S6I0.5主持人按钮开关：S7I0.6转换开关：SAI0.7输出信号第一组指示灯：HL1Q0.0第二组指示灯：HL2Q0.1第三组指示灯：HL3Q0.2电铃BQ0.3 PLC接线图（简图）PL

10、C接线图PLC程序串联去掉 三组抢答，第一组用于儿童组，桌上两个按钮，无论按哪一个，桌上灯都亮；第二组用于学生组，桌上一个按钮，按下灯即亮；第三组用于成人组，桌上两个按钮，只有两个按钮都按下灯才亮。试修改以上程序。思考？8.4.2 PLC在混料罐控制系统中的应用YV1YV2YV3L1（H）L2（M）L3（L）M输入信号起动按钮：SB1I0.0停止按钮：SB2I0.1急停按钮：SB3I0.2高液位信号H：L1I0.3中液位信号M：L2I0.4低液位信号L：L3I0.5输出信号加A液体电磁阀：YV1Q0.1加B液体电磁阀：YV2Q0.2放混合液体C电磁阀：YV3Q0.3搅拌电机MQ0.4 I/O分

11、配表 控制过程分析 接通，辅助继电线圈接通并自锁，同时产生一个上升沿使微分输出，使接通并自锁，加入A液体；当接通，接通并自锁，同时断开，A液体停止加入，开始加入B液体； 控制过程分析（续） 当接通时，T37开始计时， 接通，搅拌机开始工作，延时30S后，辅助继电器线圈接通，同时定时器T37断开，断开，接通。 控制过程分析（续） 如果接通，也使接通，混合液体C放出；当接通，定时器T39工作，延时10S后，接通，断开，接通，开始下一循环。 8.4.3 PLC在在燃油锅炉控制系统中的应用1.控制要求（1）按下起动按钮，燃油首先通过燃油预热器预热，1min后，接通点火变压器，打开瓦斯阀门，同时由鼓风机

12、送风，持续3s后，喷油泵喷油，持续3s后，点火变压器和瓦斯阀门同时关闭。 （2）按下停止按钮，燃油预热器关闭，喷油泵关闭，鼓风机继续送风持续15s后送风停止。 （3）锅炉燃烧过程中，当出现异常情况时（即蒸气压力超过允许值或水位通过上限或低于下限），燃油预热器关闭，喷油泵关闭，鼓风机继续送风持续15s后送风停止；异常情况消失后，又能自动接起燃烧程序重新点火燃烧。 （4）锅炉水位控制，锅炉工作起动后，当水位低于下限时，进水阀打开，排水阀关闭，当水位高于上限时，排水阀打开，进水阀关闭。 输入信号起动按钮：SB1I0.0停止按钮：SB2I0.1蒸汽压力开关：SB3I0.2水位上限开关：SB4I0.3水

13、位下限开关：SB5I0.4输出信号燃油预热器接触器：KM1Q0.0鼓风机接触器：KM2Q0.1点火变压器：KM3Q0.2瓦斯阀：YV1Q0.3喷油泵接触器：KM4Q0.4进水阀：YV2Q0.5排水阀：YV3Q0.6 I/O分配表 I/O接线简图 程序设计4. 控制过程分析起动时，按下起动按钮即接通,辅助继电器线圈接通并自保。在正常情况下，当、的常闭触点闭合（即蒸气压力在允许值范围内，水位在上、下限之间）时，接通，接通，燃油预热器工作，燃油预热；定时器T37开始计时，1min后，T37的常开触点闭合，接通，、接通，开始送风、点火变压器接通、瓦斯阀打开；定时器T39开始计时，3S后，T39的常开触

14、点闭合，接通，喷油燃烧；同时定时器T40开始计时，3S后，T40的常闭触点断开，、断开，点火变压器和瓦斯阀关闭，继续送风，燃油继续燃烧。停止时，按下停止按钮即的常开触点闭合，常闭触点断开，M1、断开，断开，燃油预热停止；的常开触点闭合，接通并自保，定时器T41开始计时。同时的常闭触点断开，定时器T39断开，断开，停止喷油；的常开触点闭合，继续接通，进行送风清炉。定时器T41计时到15S后，T41的常闭触点断开，断开断开，停止送风，清炉完毕。在出现异常情况时，当、的常闭触点断开（即蒸气压力超过允许值、水位低于下限或水位高于上限时），断开，接通，定时器T41开始计时，T37、断开，点火变压器、瓦斯

15、阀关闭以及停止喷油，继续送风清炉。定时器T41计时到15S后，断开，清炉结束。异常情况排除后，又接通，又从燃油预热开始按照起燃顺序进行工作。锅炉工作起动后，当水位低于下限值时，的常开触点断开，的常闭触点闭合，的常闭触点闭合，常开触点断开，断开，接通，排水阀关闭，进水阀打开。当水位高于上限值时，的常闭触点闭合，常开触点断开，常开触点闭合，的常闭触点断开，接通，断开，排水阀打开，进水阀关闭。 8.4.4 PLC在机床控制中的应用 用PLC控制系统取代CA6140普通车床的电气控制系统的设计方法。 1.控制要求（1）按起动时，按下起动按钮，主电动机M1运转。当加工工件到达指定位置时，快速移动电动机M

16、3采用点动控制且只有M1起动后，才能起动快速移动电动机M3；当加工工件需要冷却时，用转换开关SA1控制冷却泵电动机M2。 （2）停止时，按下停止按钮，电动机M1、M2停止运转。 （3）照明灯由转换开关SA2控制。 继电接触控制系统输入信号停止按钮：SB1I0.0起动按钮：SB2I0.1点动按钮：SB3I0.2电动机M1过载保护：FR1I0.3电动机M2过载保护：FR2I0.4电动机M2过载保护：FR3I0.5冷却泵电动机起动开关：SA1I0.6照明灯起动开关：SA2I0.7输出信号接触器：KM1Q0.0接触器：KM2Q0.1接触器：KM3Q0.2照明灯：ELQ0.3 I/O分配表 I/O接线简

17、图 程序设计PLC工艺训练升降机密码控制系统控制要求（1）控制升降机上升/下降；轿箱（2）控制轿箱门打开/关闭；电动机正反转；电磁阀控制；升降机动作过程PLC工艺训练升降机动作过程PLC工艺训练升降机动作过程PLC工艺训练升降机动作过程PLC工艺训练升降机动作过程PLC工艺训练升降机动作过程PLC工艺训练升降机动作过程PLC工艺训练升降机动作过程PLC工艺训练升降机动作过程PLC工艺训练升降机动作过程PLC工艺训练升降机动作过程PLC工艺训练 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 确认正确错误报警下降开门上升PLC工艺训练 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 确认正确错误报警下降开门上升控制要求（3）输入正确密码，密码正确指示灯亮，允许升降机运行；PLC工艺训练 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 确认正确错误报警下降开门上升控制要求（4）输入错误密码，密码错误指示灯亮，不允许升降机运行；PLC工艺训练 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 确认正确错误报警下降开门上升控制要求（5）连续输入3次错误密码，系统报警；PLC工艺训练 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 确认正确错误报警下降开门上升控制要求（6）按下复位按钮，系统恢复原始状态。PLC工艺训