PLC应用系统设计及实例5

第7章

PLC应用系统设计及实例

本章要点PLC应用系统设计的步骤及常用的设计方法应用举例PLC的装配、检测和维护

7.1应用系统设计概述

在了解了PLC的基本工作原理和指令系统之后，可以结合实际进行PLC的设计，PLC的设计包括硬件设计和软件设计两部分，PLC设计的基本原则是：1.充分发挥PLC的控制功能，最大限度地满足被控制的生产机械或生产过程的控制要求。2.在满足控制要求的前提下，力求使控制系统经济、简单，维修方便。3.保证控制系统安全可靠。4.考虑到生产发展和工艺的改进，在选用PLC时，在I/O点数和内存容量上适当留有余地。5.软件设计主要是指编写程序，要求程序结构清楚，可读性强，程序简短，占用内存少，扫描周期短。

7.2PLC应用系统的设计

7.2.1PLC控制系统的设计内容及设计步骤

1.PLC控制系统的设计内容

2.设计步骤

1.PLC控制系统的设计内容

（1）根据设计任务书，进行工艺分析，并确定控制方案，它是设计的依据。（2）选择输入设备（如按钮、开关、传感器等）和输出设备（如继电器、接触器、指示灯等执行机构）。（3）选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。（4）分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O硬件接线图。（5）编写程序并调试。（6）设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图。（7）编写设计说明书和使用说明书。

2.设计步骤

（1）工艺分析

深入了解控制对象的工艺过程、工作特点、控制要求，并划分控制的各个阶段，归纳各个阶段的特点，和各阶段之间的转换条件，画出控制流程图或功能流程图。（2）选择合适的PLC类型在选择PLC机型时，主要考虑下面几点：1、功能的选择。2、I/O点数的确定。3、内存的估算。+定时器/计数器数量×2+通信接口个数×300+备用量。（3）分配I/O点。（4）程序设计。（5）控制柜或操作台的设计和现场施工。（6）应用系统整体调试。（7）编制技术文件。

1.PLC控制系统的设计内容（1）根据设计任务书确定，进行工艺分析，并确定控制方案，它是设计的依据。（2）选择输入设备（如按钮、开关、传感器等）和输出设备（如继电器、接触器、指示灯等执行机构）。（3）选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。（4）分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O硬件接线图。（5）编写程序并调试。（6）设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图。（7）编写设计说明书和使用说明书。2.设计步骤（1）工艺分析

（2）选择合适的PLC类型

（3）分配I/O点

（4）程序设计

（5）控制柜或操作台的设计和现场施工

（6）应用系统整体调试

（7）编制技术文件

链接文件夹第七章\001.doc7.2.2PLC的硬件设计和和软件设计及及调试1.PLC的硬件设计PLC硬件设计包括括：PLC及外围线路的的设计、电气气线路的设计计和抗干扰措措施的设计等等。选定PLC的机型和分配配I/O点后，硬件设设计的主要内内容就是电气气控制系统的的原理图的设设计，电气控控制元器件的的选择和控制制柜的设计。。电气控制系系统的原理图图包括主电路路和控制电路路。控制电路路中包括PLC的I/O接线和自动、、手动部分的的详细连接等等。电器元件件的选择主要要是根据控制制要求选择按按钮、开关、、传感器、保保护电器、接接触器、指示示灯、电磁阀阀等。2.PLC的软件设计软件设计包括括系统初始化化程序、主程程序、子程序序、中断程序序、故障应急急措施和辅助助程序的设计计，小型开关关量控制一般般只有主程序序。首先应根根据总体要求求和控制系统统的具体情况况，确定程序序的基本结构构，画出控制制流程图或功功能流程图，，简单的可以以用经验法设设计，复杂的的系统一般用用顺序控制设设计法设计。。3.软件硬件的调调试调试分模拟调调试和联机调调试。软件设计好后后一般先作模模拟调试。模模拟调试可以以通过仿真软软件来代替PLC硬件在计算机机上调试程序序。用编程软软件将输出点点强制ON/OFF，观察对应的控控制柜内PLC负载（指示灯灯、接触器等等）的动作是是否正常，或或对应的接线线端子上的输输出信号的状状态变化是否否正确。联机调试时，，把编制好的的程序下载到到现场的PLC中。调试时，，主电路一定定要断电，只只对控制电路路进行联机调调试。通过现现场的联机调调试，还会发发现新的问题题或对某些控控制功能的改改进。7.2.3PLC程序设计常用用的方法PLC程序设计常用用的方法主要要有经验设计计法、继电器器控制电路转转换为梯形图图法、逻辑设设计法、顺序序控制设计法法等。1.经验设计法链接文件夹第第七章\005.doc。2.继电器控制电电路转换为梯梯形图法链接文件夹第第七章\006.doc。3.逻辑设计法链接文件夹第第七章\007.doc。4.顺序控制设计计法链接文件夹第第七章\008.doc。1.经验设计法经验设计法即即在一些典型型的控制电路路程序的基础础上，根据被被控制对象的的具体要求，，进行选择组组合，并多次次反复调试和和修改梯形图图，有时需增增加一些辅助助触点和中间间编程环节，，才能达到控控制要求。这这种方法没有有规律可遵循循，设计所用用的时间和设设计质量与设设计者的经验验有很大的关关系，所以称称为经验设计计法。经验设设计法用于较较简单的梯形形图设计。应应用经验设计计法必须熟记记一些典型的的控制电路，，如起保停电电路、脉冲发发生电路等，，这些电路在在前面的章节节中已经介绍绍过。2.继电器控制电电路转换为梯梯形图法（1）熟悉现有的的继电器控制制线路。（2）对照PLC的I/O端子接线图，，将继电器电电路图上的被被控器件（如如接触器线圈圈、指示灯、、电磁阀等））换成接线图图上对应的输输出点的编号号，将电路图图上的输入装装置（如传感感器、按钮开开关、行程开开关等）触点点都换成对应应的输入点的的编号。（3）将继电器电电路图中的中中间继电器、、定时器，用用PLC的辅助继电器器、定时器来来代替。（4）画出全部梯梯形图，并予予以简化和修修改。链接文件夹第第七章\006.doc3.逻辑设设计法逻辑设计法是是以布尔代数数为理论基础础，根据生产产过程中各工工步之间的各各个检测元件件（如行程开开关、传感器器等）状态的的变化，列出出检测元件的的状态表，确确定所需的中中间记忆元件件，再列出各各执行元件的的工序表，然然后写出检测测元件、中间间记忆元件和和执行元件的的逻辑表达式式，再转换成成梯形图。该该方法在单一一的条件控制制系统中，非非常好用，相相当于组合逻逻辑电路，但但和时间有关关的控制系统统中，就很复复杂。链接接文文件件夹夹第第七七章章\007.doc4.顺顺序序控控制制设设计计法法根据据功功能能流流程程图图，，以以步步为为核核心心，，从从起起始始步步开开始始一一步步一一步步地地设设计计下下去去，，直直至至完完成成。。此此法法的的关关键键是是画画出出功功能能流流程程图图。。首首先先将将被被控控制制对对象象的的工工作作过过程程按按输输出出状状态态的的变变化化分分为为若若干干步步，，并并指指出出工工步步之之间间的的转转换换条条件件和和每每个个工工步步的的控控制制对对象象。。（1）单单流流程程及及编编程程方方法法功能能流流程程图图的的单单流流程程结结构构形形式式简简单单，，如如图图7-7所示示，，链接接文文件件夹夹第第七七章章\33.doc其特特点点是是：：每每一一步步后后面面只只有有一一个个转转换换，，每每个个转转换换后后面面只只有有一一步步。。各各个个工工步步按按顺顺序序执执行行，，上上一一工工步步执执行行结结束束，，转转换换条条件件成成立立，，立立即即开开通通下下一一工工步步，，同同时时关关断断上上一一工工步步。。用用顺顺序序控控制制指指令令来来实实现现功功能能流流程程图图的的编编程程方方法法，，在在前前面面的的章章节节已已经经介介绍绍过过了了，，在在这这里里将将重重点点介介绍绍用用中中间间继继电电器器M来记记忆忆工工步步的的编编程程方方法法。。1使用用起起保保停停电电路路模模式式的的编编程程方方法法在梯梯形形图图中中，，为为了了实实现现前前级级步步为为活活动动步步且且转转换换条条件件成成立立时时，，才才能能进进行行步步的的转转换换，，总总是是将将代代表表前前级级步步的的中中间间继继电电器器的的常常开开接接点点与与转转换换条条件件对对应应的的接接点点串串联联，，作作为为代代表表后后续续步步的的中中间间继继电电器器得得电电的的条条件件。。当当后后续续步步被被激激活活，，应应将将前前级级步步关关断断，，所所以以用用代代表表后后续续步步的的中中间间继继电电器器常常闭闭接接点点串串在在前前级级步步的的电电路路中中。。2使用用置置位位、、复复位位指指令令的的编编程程方方法法S7-200系列列PLC有置置位位和和复复位位指指令令，，且且对对同同一一个个线线圈圈置置位位和和复复位位指指令令可可分分开开编编程程，，所所以以可可以以实实现现以以转转换换条条件件为为中中心心的的编编程程。。当前前步步为为活活动动步步且且转转换换条条件件成成立立时时，，用用S将代代表表后后续续步步的的中中间间继继电电器器置置位位（（激激活活）），，同同时时用用R将本本步步复复位位（（关关断断））。。如用用M0.0的常常开开接接点点和和转转换换条条件件I0.0的常常开开接接点点串串联联作作为为M0.1置位位的的条条件件，，同同时时作作为为M0.0复位位的的条条件件。。这这种种编编程程方方法法很很有有规规律律，，每每一一个个转转换换都都对对应应一一个个S/R的电电路路块块，，有有多多少少个个转转换换就就有有多多少少个个这这样样的的电电路路块块。。用用置置位位、、复复位位指指令令编编制制的的梯梯形形图图程程序序如如图图7-10所示示。。链接接文文件件夹夹第第七七章章\34.doc3使用用移移位位寄寄存存器器指指令令编编程程的的方方法法单流流程程的的功功能能流流程程图图各各步步总总是是顺顺序序通通断断，，并并且且同同时时只只有有一一步步接接通通，，因因此此很很容容易易采采用用移移位位寄寄存存器器指指令令实实现现这这种种控控制制。。可可以以指指定定一一个个两两位位的的移移位位寄寄存存器器，，用用M0.1、M0.2代表有有输出出的两两步，，移位位脉冲冲由代代表步步状态态的中中间继继电器器的常常开接接点和和对应应的转转换条条件组组成的的串联联支路路并联联提供供，数数据输输入端端（DATA）的数据据由初初始步步提供供。对对应的的梯形形图程程序如如图7-11所示。。链接文文件夹夹第七七章\35.doc7.2.4PLC程序设设计步步骤1.程序设设计前前的准准备工工作程序设设计前前的准准备工工作就就是要要了解解控制制系统统的全全部功功能、、规模模、控控制方方式、、输入入/输出信信号的的种类类和数数量、、是否否有特特殊功功能的的接口口、与与其它它设备备的关关系、、通信信的内内容与与方式式等，，从而而对整整个控控制系系统建建立一一个整整体的的概念念。接接着进进一步步熟悉悉被控控对象象，可可把控控制对对象和和控制制功能能按照照响应应要求求、信信号用用途或或控制制区域域分类类，确确定检检测设设备和和控制制设备备的物物理位位置，，了解解每一一个检检测信信号和和控制制信号号的形形式、、功能能、规规模及及之间间的关关系。。2.设计程程序框框图根据软软件设设计规规格书书的总总体要要求和和控制制系统统的具具体情情况，，确定定应用用程序序的基基本结结构、、按程程序设设计标标准绘绘制出出程序序结构构框图图，然然后再再根据据工艺艺要求求，绘绘出各各功能能单元元的功功能流流程图图。3.编写程程序根据设设计出出的框框图逐逐条地地编写写控制制程序序。编编写过过程中中要及及时给给程序序加注注释。。4.程序调调试调试时时先从从各功功能单单元入入手，，设定定输入入信号号，观观察输输出信信号的的变化化情况况。各各功能能单元元调试试完成成后，，再调调试全全部程程序，，调试试各部部分的的接口口情况况，直直到满满意为为止。。程序序调试试可以以在实实验室室进行行，也也可以以在现现场进进行。。如果果在现现场进进行测测试，，需将将可编编程控控制器器系统统与现现场信信号隔隔离，，可以以切断断输入入/输出模模板的的外部部电源源，以以免引引起机机械设设备动动作。。程序序调试试过程程中先先发现现错误误，后后进行行纠错错。基基本原原则是是“集集中发发现错错误，，集中中纠正正错误误。5.编写程程序说说明书书在说明明书中中通常常对程程序的的控制制要求求、程程序的的结构构、流流程图图等给给以必必要的的说明明，并并且给给出程程序的的安装装操作作使用用步骤骤等。。7.3应用举举例7.3.1机械手手的模模拟控控制7.3.2组合机机床的的控制制7.3.3除尘室室PLC控制7.3.3水塔水水位的的模拟拟控制制实训训7.3.4温度的的检测测与控控制实实训7.3.1机械手手的模模拟控控制图7-29为传送送工件件的某某机械械手的的工作作示意意图，，其任任务是是将工工件从从传送送带A搬运到到传送送带B。1.控制要要求链接文文件夹夹第七七章\009.doc2.I/O分配链接文文件夹夹第七七章\010.doc3.控制程程序设设计链接文文件夹夹第七七章\011.doc4.输入程程序，，调试试并运运行程程序链接文文件夹夹第七七章\012.doc7.3.2组合机机床的的控制制两工位位钻孔孔、攻攻丝组组合机机床，，能自自动完完成工工件的的钻孔孔和攻攻丝加加工，，自动动化程程度高高，生生产效效率高高。两两工位位钻孔孔、攻攻丝组组合机机床如如图7-32所示链接文文件夹夹第七七章\013.doc1.控制要要求链接文文件夹夹第七七章\014.doc2.I/O分配链接文文件夹夹第七七章\015.doc3.程序设设计链接文文件夹夹第七七章\016.doc4.程序的的调试试和运运行链接文文件夹夹第七七章\017.doc7.3.3除尘室室PLC控制在制药药、水水厂等等一些些对除除尘要要求比比较严严格的的车间间，人人、物物进入入这些些场合合首先先需要要进行行除尘尘处理理，为为了保保证除除尘操操作的的严格格进行行，避避免人人为因因素对对除尘尘要求求的影影响，，可以以用PLC对除尘尘室的的门进进行有有效控控制。。下面面将介介绍某某无尘尘车间间进门门时对对人或或物进进行