PLC控制系统的设计

1、2.3.8 PLC控制系统的设计PLC控制系统的设计包括三个重要的环节：其一是通过对控制任务的分析，确定控制系统的总体设其二是根据控制要求确定硬件构咸方案；其三是设计出满足控制要求的应用程序。 11、PLC控制系统设计的基本步骤PLC控制系统的设计一般包括下面几个基本步骤：对控制任务作深入的调查研究 ；确定系统总体设计方案 ；根据控制要求确定输入输出元件，选择PLC机型 ；确定PLC的输入输出点分配 ；设计应用程序 ；应用程序的调试 ；制做电气控制柜和控制盘 ；连机调试程序 ；编写技术文件 。22、PLC的应用程序应用裎序的内容 ：初始化裎序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作。其作用

2、是为启动作必要的准备，并避免系统发生误动作。 检测、故障诊断、显示程序。应用程序一般都设有检测、故障诊断和显示程序等内容。这些内容可以在程序设计基本完成时再进行添加。有时，它们也是相对独立的程序段 。保护、连锁裎序。各种应用程序中，保护和连锁是不可缺少的部分。它可以社绝由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，保证系统的运行更安全弋可靠， 因此要认真考虑保护和连锁的问题。 通常在PLC外部也要设置连锁和保护措施。 3应用程序的质量 PLC控制系统的设计一般包括下面几个基本步骤：程序的正确性；程序的可靠性好；参数的易调整性好；程序要简练；程序的可读性好 。43、逻辑设计法 当主要对开关量进行控制时，使用

3、逻辑设计法比较好。 逻辑设计法的基础是逻辑代数。在程序设计时，对控制任务进行逻辑分析和综合，将控制电路中元件的通、断电状态视为以触点通、断状态为逻辑变量的逻辑函数，对经过化简的逻辑函数，利用PLC的逻辑指令可以顺利地设计出满足要求的且较为简练的控制程序。 这种方法设计思路清晰，所编写的程序易于优化，是一种较为实用可靠的程序设计方法。 5举例说明 某系统中有4台通风机，要求在以下几种运行状态下应发出不同的显示信号：三台及三台以上开机时，绿灯常亮；两台开机时，绿灯以5Hz的频率闪烁；一台开机时，红灯以5Hz的频率闪烁；全部停机时，红灯常亮。 （1）分析问题 由控制任务可知，这是一个对通风机运行状态

4、进行监视的问题。显然，必须把4台通风机的各种运行状态的信号输入到PLC中（由PLC外部的输入电路来实现）；各种运行状态对应的显示信号是PLC的输出。 6举例说明（2）假设 为了讨论问题方便，设4台通风机分别为A、B、C、D，红灯为F1，绿灯为F2。 由于各种运行情况所对应的显示状态是惟一的，故可将几种运行情况分开进行程序设计。 （3）分模块设计78举例说明9举例说明10举例说明5. 作I/O点分配11总梯形图12逻辑设计法总结：134、时序图设计法 如果PLC各输出信号的状态变化有一定的时间顺序，可用时序图法设计程序。 因为在画出各输出信号的时序图后，容易理顺各状态转换的时刻和转换的条件，从而

5、建立清晰的设计思路。 14举例说明 在十字路口上设置的红、黄、绿交通信号灯，其布置如图4.6所示。由于东西方向的车流量较小，南北方向的车流量较大，所以南北方向的放行（绿灯亮） 时间为30s，东西方向的放行时间（绿灯亮）为20s。当在东西（或南北）方向的绿灯灭时，该方向的黄灯与南北（或东西）方向的红灯一起以5Hz的频率闪烁5s，以提醒司机和行人注意。闪烁5s之后，立即开始另一个方向的放行。要求只用一个控制开关对系统迸行启停控制。 15时序图法编程思路 （1）分析PLC的输入和输出信号，以作为选择PLC机型的依据之一。在满足控制要求的前提下，应尽量减少占用PLC的IO点。由上述控制要求可见，由控制

6、开关输入的启、停信号是输入信号。由 PLC 的输出信号控制各指示灯的亮、灭。在图4.6中，南北方向的三色灯共6盏，同颜色的灯在同一时间亮、灭，所以可将同色灯两两并联，用一个输出信号控制。同理，东西方向的三色灯也照此办理，只占6个输出点。 16 （2）为了弄清各灯之间亮、灭的时间关系，根据控制要求，可以先画出各方向三色灯的工作时序图。本例的时序如图47所示。 （3）由时序图分析各输出信号之间的时间关系。 1718（5）进行PLC的I/O分配。19（6）画出梯形图。20设计意图及功能分析 程序用ILILC指令控制系统启停，当00000为ON时程序执行，否则不执行。 程序启动后4个定时器同时开始定时

7、，且01000为ON，使南北绿灯亮、东西红灯亮。 当TIM000定时时间到，其一，01000为OFF使南北绿灯灭；其二，01001为ON使南北黄灯闪烁（25501以5Hz的频率ON、OFF），东西红灯也闪烁。 当TIM001定时时间到，其一，01001为OFF使南北黄灯、东西红灯灭；其二，01003为ON使东西绿灯、南北红灯亮。 21 当TIM002定时时间到，其一，01003为OFF使东西绿灯灭；其二，01004为ON使东西黄灯闪烁，南北红灯也闪烁。 TIM003记录一个循环的时间。当TIM003定时时间到，其一，01004为OFF使东西黄灯、南北红灯灭；其二，IM000TIM003全部复位

8、，并开始下一个循环的定时。由于TIM000为OFF，所以南北绿灯亮、东西红灯亮，并重复上述过程。 22时序图设计法总结： 详细分析控制要求，明确各输入/输出信号个数，合理选择机型。 明确各输入和各输出信号之间的时序关系，画出各输入和输出信号的工作时序图。 把时序图划分成若干个时间区段，确定各区段的时间长短。找出区段间的分界点，弄清分界点处各输出信号状态的转换关系和转换条件。 根据时间区段的个数确定需要几个定时器，分配定时器号，确定各定时器的设定值，明确各定时器开始定时和定时时间到这两个关键时刻对各输出信号状态的影响。 23 对PLC进行IO分配。 根据定时器的功能明细表、时序图和I/O分配画出

9、梯形图。 作模拟运行实验，检查程序是否符合控制要求，进一步修改裎序。 对一个复杂的控制系统，若某个环节属于这类控制，就可以用运个方法去处理。 245、经验设计法 在熟悉继电器控制电路设计方法的基础上，如果能透彻地理解PLC各种指令的功能，凭着经验能比较准确地选择使用PLC的各种指令而设计出相应的程序。 这种方法没有固定模式可循，设计出的程序质量与编者的经验有很大关系 。25 例 有一部电动运输小车供8个加工点使用。对小车的控制有以下几点要求： PLC上电后，车停在某加工点（下称工位），若没有用车呼叫（下称呼车）时，则各工位的指示灯亮，表示各工位可以呼车。 若某工位呼车（按本位的呼车按钮）时，各

10、位的指示灯均灭，表示此后再呼车无效。 停车位呼车则小车不动。当呼车位号大于停车位号时，小车自动向高位行驶，当呼车位号小于停车位号时，小车自动向低位行驶。当小车到达呼车位时自动停车。 小车到达某位时应停留30s供该工位使用，不应立即被其他工位呼走。 临时停电后再复电，小车不会自行启动。 26设计步骤：（1）确定输入、输出电器。 27 （2）确定输入和输出点的个数，选择PLC机型，作出I/O分配。为了尽量减少占用PLC IO点的个数，对本例，由于各工位的呼车指示灯状态一致，因此可选用小电流的发光元件并联在一起，然后接在一个PLC输出点上。 28 （3）为了分析问题方便，可先作出系统动作过程的流程图

11、。 29 （4）选择PLC指令并编写裎序。选择指令是一个经验问题。对于本例的控制要求，一般会想到用MOV指令和CMP指令，对小车的这种控制，是本例程序设计的主线。 （5）编写其他控制要求的程序。其一，若有某位呼车则应立即封锁其他位的呼车信号；其二，小车行驶到位后应在该位停留一段时间，即延迟一定时间再解除对呼车信号的封锁；其三，失压保护程序；其四，呼车显示程序。 （6）将对各环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。 3031设计意图及功能分析 用MOV指令分别向DM0000通道传送车位信号，向DM0001通道传送各位的呼车信号。没有呼车时，20100为OFF，01107为ON

12、，各位的指示灯亮，示意各工位可以呼车。 本例用KEEP指令进行呼车封锁和解除封锁的控制。只要某位呼车，就执行KEEP指令，将20100置为ON，从而使其他传送呼车信号的MOV指令不能执行，实现先呼车的位优先用车。同时指示灯灭，示意别的位不能呼车，即呼车封锁开始。 执行CMP指令可以判别呼车位号比停车位号大还是小，从而决定小车的行驶方向。32 当小车到达呼车位时，其一，使25505或25507变为OFF，使01000或01001为OFF，小车停在呼车位：其二，使25506变为ON，则立即启动TIM000开始定时，使小车在呼车位停留30s。30s到，使20A00复位，指示灯亮并解除呼车封锁。此后各

13、工位又可以开始呼车。 若系统运行过程中掉电再复电时，不按下启动按钮程序是不会执行的。另外，在PLC外部也设置失压保护措施，所以掉电再复电时，小车不会自行启动。 33例 保留上例的全部要求，但把第4个控制要求修改为：给位号 高的加工位以优先用车的机会，8号位优先权最高。 编程思路： 在呼车封锁解除的时间内，用编码指令随时对呼车信号通道001进行编码。假定几个工位都按住呼车按钮不放，一直按到下一次呼车封锁（看到呼车指示灯灭），则高位号的工位就可以优先用车了。编码之后再进行译码，把译码结果通道201的内容与停车位信号通道000的内容进行比较，就可以泱定小车的行驶方向。 3435366、继电器控制电路

14、图转换设计法 将原继电器控制电路，经过合理地转换，或者说经适当地“翻译”，从而设计出具有相同功能的PLC控制程序。 1、对各种继电器、电磁阀等的处理 在继电器控制的系统中，大量使用各种控制电器，例如交直流接触器、电磁阀、电磁铁、中间继电器等。交直流接触器、电磁阀、电磁铁的线圈是执行元件，要为它们分配相应的PLC输出继电器号。中间继电器可以用PLC内部的辅助继电器来代替。 372、对常开、常闭按钮的处理 在继电器控制电路中，一般启动用常开按钮，停车用常闭按钮。用PLC控制时，启动和停车一般都用常开按钮。3、对热继电器触点的处理 若PLC的输入点较富裕，热继电器的常闭触点可占用PLC的输入点，若输

15、入点较紧张，热继电器的信号可不输入PLC中，而接在PLC外部的控制电路中。 384、对时间继电器的处理 物理的时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种。 通电延时型时间继电器，其延时动作的触点有通电延时闭合和通电延时断开两种。 断电延时型时间继电器，其延时动作的触点有断电延时闭合和断电延时断开两种。 用PLC控制时，时间继电器可以用PLC的定时器计数器来代替。 PLC定时器的触点只有接通延时闭合和接通延时断开两种，但通过编程。可以设计出满足要求的时间控制程序。 39405、处理电路的连接顺序 在转换成PLC的梯形图时，一般要把控制电路图作一点调整，送样能方便转换。 举例说明 由继电器控制电路

16、转换成PLC梯形图后，一定要仔细校对、认真调试，以保证其控制功能与原图相符。 对复杂的控制电路可以划整为零，先进行局部的转换，最后再综合起来。当控制电路很复杂时，大量的中间继电器、时间继电器、计数器等都可以用PLC的内部器件来取代，复杂的控制逻辑可用程序来实现，这时，用PLC取代继电器控制的优越性就显而易见了。 41427、具有多种工作方式的系统的编程方法 不少系统需要具备多种工作方式，例如既能自动地循环运行一个过程，也能进行手动操作运行一个工作步等。常见的工作方式有连续、单周期、单步和手动。 所谓连续方式是指系统启动后连续地、周期性地运行一个过程；单周期方式是指启动一次只运行一个工作周期；单

17、步方式是启动一次只能运行一个工作步；手动方式与点动控制相似。 对一个设备来说，几种工作方式不能同时运行。所以在设计这类程序时，可以对几种工作方式的程序分别进行处理，最后综合起来，这样可以简化程序的设计。 43举例说明 采用液压控制的搬运机械手，其任务是把左工位的工件搬运到右工位，图426是其动作示意图。机械手的工作方式分为手动、单步、单周期和连续四种。机械手各种工作方式的动作过程及控制要求如下所述。 1）机械手的工作方式 （1）单周期方式 机械手在原位压左限位开关和上限位开关。按一次操作按钮机械手开始下降，下降到左工位压动下限位开关后自停；接着机械手夹紧工件后开始上升，上升到原位压动上限位开关

18、后自停；接着机械手开始右行直至压动右限位开关后自停；4445接着机械手下降，下降到右工位压动下限位开关（两个工位用一个下限位开关）后自停；接着机械手放松工件后开始上升直至压动上限位开关后自停（两个工位用一个上限位开关）；接着机械手开始左行直至压动左限位开关后自停。至此一个周期的动作结束，再按一次操作按钮则开始下一个周期的运行。 （2）连续方式 启动后机械手反复运行上述每个周期的动作过程，即周期性连续运行。 46 （3）单步方式 每按一次操作按钮，机械手完成一个工作步。例如，按一次操作按钮机械手开始下降，下到左工位压动下限位开关自停，欲使之运行下一个工作步，必须再按一次操作按钮等。 （4）手动方

19、式 按下按钮则机械手开始一个动作，松开按钮则停止该动作。 47 （1）上升和下降 机械手上升或下降的动作都要到位，否则不能进行下一个工作步。本例使用上、下限位开关迸行控制。上升下降的动作用一个双线圈的电磁阀控制。 （2）夹紧和放松 机械手夹紧和放松的动作必须在两个下工位处进行，且夹紧和放松的动作都要到位。 为了确保夹紧和放松动作的可靠性，本例对夹紧和放松动作进行定时，并设置夹紧和放松指示。夹紧和放松动作由单线圈的电磁阀控制。2）对机械手每个工作步的控制要求 48 （3）左行和右行 自动方式时，机械手的左、右运动必须在压动上限位开关后才能进行；机械手的左右运动都必须到位，以确保在左工位取到工件并

20、在右工位放下工件。本例利用上限位开关、左限位开关和右限位开关进行控制。左右行的动作由双线圈的电磁阀控制。 3）自动方式下误操作的禁止 自动方式（连续、单周期、单步）时，按一次操作按钮自动运行方式开始后，此后再按操作按钮属错误操作，程序对错误操作不予响应。 另外，当机械手到达右工位上方时，下一个工作步就是下降。为了确保在右工位没有工件时才能开始下降，所以应在右工位设置有无工件检测装置。本例使用的是光电检测装置。 494）操作盘设置505）I/O分配表依据控制要求，需要14个输入点、8个输出点。 516）机械手自动运行流程图 流程图中，能清楚地看到机械手每一步的动作内容及步间的转换关系。 527）

21、程序总体方案 把整个程序分为两大块，即手动和自动两部分。 当选择开关拨到手动方式时，输入点00103为ON，其常开触点接通，开始执行手动程序； 当选择开关拨在单步、单周期或连续方式时，输入点00103断开，其常闭触点闭合，开始执行自动程序。至于执行自动方式的哪一种，则取决于方式选择开关是拨在单步、单周期还是连续的位置上 。538）手动控制梯形图（1）54手动控制梯形图（2）55手动控制梯形图（3）569）机械手自动控制梯形图（1）57机械手自动控制梯形图（2）58机械手自动控制梯形图（3）59机械手自动控制梯形图（4）60机械手自动控制梯形图（5）618、U型板折板机的PLC控制 （阅读程序练

22、习）62（1）加工工艺过程 当模板上移到位，左、右折板返回原位时，将裁好的金属板料放在工作平台上。 启动设备，模板开始下移，下移到位时压紧板料。 接着左、右折板上折，上折到位压动左、右限位开关时，停止上折并保压2秒。 接着左、右折板返回，折板返回原位时自停。 接着模板上移，上移到原位自停。 取下U型板，一块板料的加工过程结束。 63（2）控制要求 折板机的控制分为单步和单周期两种方式。单步方式时，按一次操作按钮执行一个工作步。单周期方式时，按一次操作按钮连续完成上述加工过程后自停，加工过程不循环。 模板下移和上移是用双线圈的电磁阀控制的。当一个线圈通电时模板上移，当另一个线圈通电时模板下移。 左、右折板上折和折囤各用一个两线圈的电磁阀控制，当电磁阀的一个线圈通电时，折板上折，当另一个线圈通电时折板返回。 两个折板必须都上折到位才能开始保压。 64折板机运行过程中可以停机