第10章可编程控制器的工程应用及实例

第10章可编程控制器的工程应用及实例10.1概述10.2PLC控制系统的设计原则、内容、方法及步骤10.3PLC控制系统的硬件和软件设计10.4PLC程序设计方法10.5PLC应用实例

10.1概述

1.PLC应用领域(1)开关量的逻辑控制：可以是时序、组合、计数、不计数等各种各样的控制，控制的I/O点数可以不受限制。(2)模拟量的闭环控制：PLC具有A/D、D/A转换、算术运算和模糊控制的功能。(3)数字量的智能控制：PLC能接收和输出高速脉冲的功能，如果再配备相应的传感器或脉冲伺服装置。就能实现数字量的智能控制。(4)数据采集与监控：PLC在实现控制时，能把现场的数据实时显示出来或采集保存下来，可随时观察采集来的数据及统计分析结果。(5)通信、联网及集散控制：PLC的通信联网能力很强，PLC可与PLC之间、PLC与计算机之间进行通信和联网，由计算机来实现对其编程和管理。

2.PLC应用类型PLC应用类型，普遍采用的是开关量控制和模拟量控制。而开关量的顺序控制是工业自动化设计的首选。用PLC可作为开关量逻辑控制、定时控制、计数控制，取代传统继电接触器控制，如机床电气、电机控制中心等，也可取代顺序控制，如高炉上料、电梯控制、货物存取、运输、检测等。总之，PLC可用于单机、多机以及生产线的自动化控制场合。用PLC可实现闭环过程控制，如压力、流量等连续变化的模拟量闭环PID控制。这种类型主要是用在系统中开关量较多、模拟量较少的场合。

10.2设计步骤及方法1.系统设计的基本原则(1)首先要全面、详细地了解被控对象的机械结构和生产工艺过程，然后,针对PLC和其他微机系统的技术特点进行比较分析，看哪种控制系统能最大限度地满足被控设备或生产过程的控制要求。(2)设计前，要进行现场调查研究，搜集有关资料。了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的控制要求,如机械运动部件的传动与驱动，液压、气动的控制，仪表、传感器等的连接与驱动等；在满足控制要求和技术指标的前提下，要尽量使控制系统简单、经济、操作及维修方便。拟定电气控制方案。

(3)在制定电气控制方案时。要根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式，电控系统应有的功能，设计时要给控制系统的容量和功能预留一定的余量，便于以后生产的发展和工艺的改进。(4)保证控制系统工作要安全可靠。

2.设计内容(1)根据被控对象的特性及用户的要求，拟定控制系统设计的技术条件和设计指标，写出设计任务书。(2)选择电气传动形式、电动机、按钮、开关、传感器、继电器、接触器、以及电磁阀等执行机构。(3)选定PLC的型号,确定PLC的I/O点数。(4)分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O端子接线图。(5)根据系统要求编写软件说明书，然后进行程序设计。(6)重视界面的设计，增强人与机器之间的友善关系。(7)设计控制系统操作台、电气控制柜等及安装接线图。(8)编写设计说明书和使用说明书等设计文档。

3.设计方法及步骤(1)详细了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求，分析被控对象的机构和运行过程，明确动作的逻辑关系等。(2)根据被控对象对PLC控制系统的技术指标，确定所需输入/输出信号的点数，选择合适的PLC类型。(3)根据控制要求，确定输入设备按钮、选择开关、行程开关、传感器等；输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。(4)编制出输入/输出端子的接线图。(5)设计应用系统梯形图程序。(6)将程序输入PLC。用编程器，需将梯形图转换成相应的指令并输入到PLC中；当使用计算机上编程时，可将程序下载到PLC中。

10.3PLC的硬件和软件设计

10.3.1PLC的硬件设计

1、PLC机型的选择选择合适的机型是PLC控制系统设计中相当重要的环节，PLC基本机型的选择原则是需要什么功能，就选择具有什么样功能的PLC,在完成相同功能的情况下，同时也适当地兼顾维修、备件的通用性的同时兼顾经济性以及今后设备的改进和发展。

2、PLC容量PLC容量包括两个方面：一是I/O点数，二是用户存储器的容量。

3、其他硬件配置PLC选型确定以后还要考虑系统中的其他部分，主要有:（1）电源有的PLC机备有独立的电源模块，选择电源模块时要考虑电源模块的额定输出电流要大于或等于主机、I/O模块、专用模块等总的消耗电流之和。（2）大中型系统配置10.3.2PLC的软件设计

1、PLC控制系统的软件设计内容PLC的软件设计工作是是复杂的，它要求设计人员不仅要有PLC、计算机程序设计的基础，而且又要有自动控制的技术基础和一定的现场实践经验。软件设计应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定程序的基本结构，绘制流程图或功能流程图，对简单的可以用经验法设计，对复杂的系统一般采用顺序法设计。

2、PLC控制系统的软件设计步骤软件设计就是在软件规格说明书的基础上，编制实际应用程序并形成程序说明书。（1）制定设备运行方案（2）画控制流程图（3）制定抗干扰措施（4）编写程序（5）软件测试（6）编制程序使用说明书10.4PLC程序设计方法10.4.1经验设计法经验设计法是根据生产机械的工艺要求和生产过程,选择适当的基本环节或典型电路综合而成的电气控制线路。依靠经验进行选择、组合,直接设计电气控制系统来满足生产机械和工艺过程的控制要求。一般不太复杂的电气控制线路都可以按照这种方法进行设计，可以收到简便、快速的效果。但是，由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进行设计。

10.4.2逻辑设计法逻辑设计方法的理论基础是逻辑代数，PLC是一种新型的工业控制计算机,可以说PLC是“与”、“或”、非”三种逻辑线路的组合体。而PLC的梯形图程序的基本形式也是与、或、非的逻辑组合，它的工作方式及其规律又完全符合逻辑运算的基本规律。用变量及其函数只有“0”、“1”两种取值的逻辑代数作为研究PLC应用程序的工具就是顺理成章的事了。采用逻辑设计法所编写的程序便于优化，是一种实用可靠的程序设计方法。用逻辑设计法设计PLC应用程序的基本步骤：1)根据控制要求列出逻辑代数表达式。2)对逻辑代数式进行化简。3)根据化简后的逻辑代数表达式画梯形图。10.5PLC应用实例10.5.1电动机的正、反转联锁控制电路在第7章中，分析了具有电气联锁的电动机正反转控制电路电气原理图，如图7-22(a)(b)所示。PLC控制的输入输出接线图如图7-27所示。梯形图如图7-24（a）所示。对应的指令程序如图7-24（b）所示。

10.5.2两台电动机顺序起动联锁控制电路

电路工作原理：图10-1所示电路为两台电动机顺序起动联锁控制电路的电气原理图。(a)为主电路，(b)为控制电路。（c）为控制电路输入输出接线图，（d）为梯形图，（e）为对应的指令程序。PLC控制的工作过程如下:(a)主电路(b)控制电路图10-1两台电动机顺序起动联锁控制线路10.5.3自动限位控制电路电路工作原理：图10-2所示电路为自动限位控制电路的电气原理图。(a)为主电路，(b)为控制电路。（c）为控制电路输入输出接线图，（d）为梯形图，（e）为对应的指令程序。图中SQ1和SQ2为限位开关，安装在预定位置上，做为限位用。采用PLC控制的工作过程如下:图10-2自动限位控制电路图10-2自动限位控制电路10.5.4电动机Y-Δ减压起动控制电路电路工作原理：图10-3所示电路为电动机Y-Δ降压起动控制电路的电气原理图。(a)为主电路，(b)为控制电路。（c）为控制电路输入输出接线图，（d）为梯形图，（e）为对应的指令程序。图中接触器KM2为三角形联结法，KM3为星形联结法。采用PLC控制工作过程如下:图10-3电动机Y-Δ降压起动自动控制电路图10-3电动机Y-Δ降压起动自动控制电路

10.5.5自动循环控制电路工作原理：图10-4所示电路为自动循环控制电路的电气原理图。(a)为电路原理图，(b)为控制电路输入输出接线图，（c）为梯形图，（d）为对应的指令程序。要求工作台在一定距离内能自动往返循环运动，图中SQ1-S