长春工业大学2014电气控制技术plc (：电气控制与plc应用第三版)PPT第6章

第6章

可编程序控制器系统设计与应用1第6章可编程序控制器系统设计与应用

了解可编程序控制器系统设计的一般原则与步骤熟悉可编程序控制器系统设计的硬件配置及软件设计掌握软、硬件设计的基本环节及设计技巧

学习目标：2教学内容：

6.1PLC控制系统设计

6.2PLC控制系统硬件配置

6.3PLC控制系统软件设计

6.4PLC应用程序的典型环节及设计技巧

6.5PLC在工业控制中的应用

6.6提高PLC控制系统可靠性的措施

第6章可编程序控制器系统设计与应用

36.1PLC控制系统设计

返回可编程控制系统设计时应遵循以下原则：

6.1.1PLC控制系统设计的基本原则最大限度的满足被控对象的要求；在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、适用及维护方便；保证系统的安全可靠；考虑生产发展和工艺改进的要求，在选型时应留有适当的余量。46.1.2PLC控制系统设计的内容

PLC控制系统设计的主要内容有：

分析控制对象，明确设计任务和要求；选定PLC的型号，对控制系统的硬件进行配置；选择所需的输入/输出模块，编制PLC的输入/输出分配表和输入/输出端子接线图;根据系统设计要求编写程序规格要求说明书，再用相应的编程语言进行程序设计；设计操作台、电气柜、选择所需的电器元件；编写设计说明书和操作使用说明书。56.1.3PLC控制系统设计的一般步骤

PLC的结构和工作方式与一般微机和继电器相比各有特点，其具体设计步骤如下：

详细了解被控对象的生产工艺过程，分析控制要求。根据控制要求确定所需的用户输入/输出设备。选择PLC类型。分配PLC的I/O点，设计I/O连接图。PLC软件设计，同时可进行控制台的设计和现场施工。系统调试，固化程序，交付使用。66.1.3PLC控制系统设计的一般步骤图8-1PLC控制系统设计步骤76.2PLC控制系统硬件配置

硬件系统设计主要包括PLC及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等内容。随着PLC功能的不断提高和完善，PLC几乎可以完成工业控制领域的所有任务。但PLC还是有它最适合的应用场合，所以在接到一个控制任务后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制装备（PLC、单片机、DCS或工控机IPC）来完成该任务最合适。返回86.2.1PLC的选型

当确定由PLC来完成控制后，设计者接下来要解决两个主要问题：

PLC容量的选择：首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及这些I/O点的性质。然后对用户存储器容量进行估算。PLC机型的选择：由于生产PLC的厂家众多，实现的功能虽基本相同，但性能、价格和编程语言却有较大差别，一般应从功能方面、价格方面和售后服务等几个方面考虑。96.2.2I/O地址分配

输入／输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。在进行I/O地址分配时最好把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。如下表所示：输入信号输出信号停止按钮SB1I0.0正转接触器KM1反转接触器KM1Q0.1Q0.2正转按钮SB2I0.1反转按钮SB3I0.2106.2.3响应时间

对于过程控制，扫描周期和响应时间必须认真考虑。PLC顺序扫描的工作方式，使它不能可靠地接收持续时间小于扫描周期的输入信号。总之，PLC的处理速度应满足实时控制的要求。

选定PLC及其扩展模块（如需要的话）和分配完I/O地址后，硬件设计的主要内容就是完成电气控制系统原理图的设计、电气控制元器件的选择和控制柜的设计。116.3PLC控制系统软件设计

在一些典型的控制环节和电路的基础上，根据被控制对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。有时为了得到一个满意的设计结果，需要进行多次反复地调试和修改，增加一些辅助触点和中间编程元件。经验设计法对于一些比较简单的控制系统的设计是比较奏效的，可以收到快速、简单的效果。但是，由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进行设计，所以对设计人员的要求也比较高，特别是要求设计者有一定的实践经验。6.3.1经验设计法

返回126.3.2逻辑设计法

工业电气控制线路中，有不少都是通过继电器等电器元件来实现，因此，用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电器控制线路是完全可以的，用逻辑设计法设计PLC应用程序的一般步骤如下：列出执行元件动作节拍表；绘制电气控制系统的状态转移图；进行系统的逻辑设计；编写程序；对程序检测、修改和完善。136.3.3顺序功能图法

顺序功能图法是首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图，然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中，实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始，步之间没有重叠。顺序控制继电器（SCR）指令是基于顺序功能图（SFC）的编程方式，专门用于编制顺序控制程序。使用它必须依据顺序功能图进行编程。14本节小结：在编程语言的选择上，用梯形图编程还是用语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：

有些PLC使用梯形图编程不是很方便，则可以使用语句表编程，但是梯形图总比语句表直观。经验丰富的人员可以使用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则最好用顺序功能图来设计。156.4PLC应用程序的典型环节及设计技巧

复杂的控制程序一般都是由一些典型的基本环节有机地组合而成的，因此，掌握这些基本环节尤为重要。它有助于程序设计水平的提高。几个常用的典型环节：6.4.1应用程序的典型环节

电动机的起动与停止控制程序；具有点动功能电动机起动、停止控制程序；电动机的正、反转控制程序；

•

••返回166.4.1应用程序的典型环节

1.电动机的起动与停止控制程序：

表8-1I/O分配表

图8-3I/O接线图

图8-4

停止优先梯形图图8-5

起动优先梯形图

注意：常闭按纽在编程中的变化返回输入信号输出信号停止按钮SB1I0.1接触器KMQ0.1起动按钮SB2I0.2176.4.1应用程序的典型环节2.具有点动功能电动机起动、停止控制程序

表8-2I/O分配表

图8-6起、停、点动控制I/O接线图图8-7电动机起、停、点动控制

输入信号输出信号停止按钮SB1I0.0接触器KMQ0.1起动按钮SB2I0.1点动按钮SB3I0.2186.4.1应用程序的典型环节3.电动机的正、反转控制程序表8-3I/O分配表

图8-9

电动机正、反转梯形图输入信号输出信号停止按钮SB1I0.0正转接触器KM1反转接触器KM1Q0.1Q0.2正转按钮SB2I0.1反转按钮SB3I0.2196.4.1应用程序的典型环节4.通电禁止输出程序图8-10

通电禁止输出梯形图

PLC上电进入RUN状态时，SM0.3接通一个扫描周期。使M1.0置1，M1.0的常闭接点切断了输出线圈Q1.0、Q1.1…Q2.3的控制逻辑，故输出被禁止。只有接通允许工作的按钮Il.0时，M1.0被复位，输出线圈Q1.0、Q1.1…Q2.3才有可能输出。206.4.1应用程序的典型环节5.闪烁电路闪烁电路实际上就是一个时钟电路。它可以是等间隔的通断，也可以是不等间隔的通断。图8-11为一个典型闪烁电路的程序及时序图。在该例中，当I0.0有效时，T37就会产生一个1s通、2s断的闪烁信号。Q0.0和T37一样开始闪烁。图8-11

闪烁电路

216.4.1应用程序的典型环节6.报警电路输入信号I0.0故障I1.0消铃I1.1测试输出信号Q0.0警灯Q0.7警铃I/O分配表图8-13

标准故障报警

226.4.1应用程序的典型环节7.高精度时钟程序

图8-15

高精度时钟梯形图

输入信号I0.1、I0.2用于建立期望的时钟设置，即调整分针、时针。236.4.1应用程序的典型环节8.脉冲宽度可控制电路

在输入信号宽度不规范的情况下，要求在每一个输入信号的上升沿产生一个宽度固定的脉冲，该脉冲宽度可以调节。如果输入信号的两个上升沿之间的距离小于该脉冲宽度，则忽略输入信号的第二个上升沿。图8-16脉冲宽度可控制电路

246.4.1应用程序的典型环节9.分频电路

由于M0.1常闭触点的作用，M0.0在I0.1每次有效信号时间内仅接通一个扫描周期的导通信号，即单脉冲。图8-17二分频电路

256.4.2PLC控制程序设计技巧

减少输入点的方法：1.用二极管隔离的分组输入法;

控制系统一般具有手动和自动的两种工作方式。由于手动与自动是不同时发生的，可分成两组，并由转换开关SA选择自动(位置2)和手动(位置1)的工作位置，如图8-18所示。这样一个输入点就可当作两个输入点使用。二极管的作用是避免产生寄生电路，保证信号的正确输入。

图8-18用二极管隔离输入法

266.4.2PLC控制程序设计技巧减少输入点的方法：2.触点合并输入法;图8-19I/O接线图

表8-4I/O分配表

图8-20I/O梯形图

输入信号输出信号甲、乙停止按钮串联（SB1*SB2）I0.0I0.1接触器KMQ0.5甲、乙启动按钮串联（SB3+SB4）276.4.2PLC控制程序设计技巧减少输入点的方法：3.单按钮启、停控制程序;图8-21

单按钮控制梯形图

现介绍只用一个按钮，通过软件编程，实现起动与停止的控制。如图8-21所示，I0.0作为起动、停止按钮的地址，第一次按下时Q1.0有输出，第二次按下时Q1.0无输出，第三次按下Q1.0又有输出。286.4.2PLC控制程序设计技巧减少输出点的方法：图8-22

并联输出法

对于两个通断状态完全相同的负载，可将它们并联后共用一个PLC的输出点，如图8-22所示。图8-22

并联输出法，两个负载并联共用一个输出点，应注意两个输出负载电流总和不能大于输出端子的负载能力。

296.5PLC在工业控制中的应用

现有四台电动机M1、M2、M3、M4，要求四台电动机顺序启动和顺序停车。顺序启动的时间间隔为30s，顺序停车的时间间隔为10s。可选用S7-200（CPU224）进行控制。对电动机顺序启、停控制有很多种方法，可根据编程习惯选择。本题给出两种方法：

6.5.1四台电动机的顺序启、停控制

利用顺序控制继电器指令设计程序；利用移位寄存器指令设计程序。返回30现有四台电动机M1、M2、M3、M4，要求四台电动机顺序启动和顺序停车。启、停的顺序均为M1→M2→M3→M4。顺序启动时的时间间隔为30s，顺序停车的时间间隔为10s。输入输出分配表如表8-5所示。PLC的I/O接线图如图8-23所示。四台电动机顺序启、停利用顺序控制继电器设计梯形图，如图8-24所示。1.利用顺序控制继电器指令设计程序

311.利用顺序控制继电器指令设计程序表8-5输入输出分配表

表8-5输入输出分配表

输入信号停止按钮SB1I0.0启动按钮SB2I0.1输出信号接触器KM1Q0.0接触器KM2Q0.1接触器KM3Q0.2接触器KM4Q0.3321.利用顺序控制继电器指令设计程序

图8-23四台电机顺序启、停I/O接线图

33四台电动机启动的顺序为M1→M2→M3→M4，停止的顺序为M4→M3→M2→M1。顺序启动时的时间间隔为30s，顺序停止的时间间隔为10s。输入输出分配表如表8-5所示。PLC的I/O接线图如图8-23所示。四台电动机顺序启、停利用移位寄存器指令设计梯形图，如图8-25所示。

2.利用移位寄存器指令设计程序

346.5.2电动机星形～三角形减压起动控制

现选用S7-200（CPU222）进行电动机星形～三角形减压起动控制。输入输出分配表如表8-6所示，控制接线图如图8-26所示，梯形图如图8-27所示。图8-26中，电动机由接触器KM1、KM2、KM3控制，其中KM3将电动机定子绕组连接成星形，KMKM2将电动机定子绕组连接成三角形。KM2与KM3不能同时吸合，否则将产生电源短路。在程序设计过程中，应充分考虑由星形向三角形切换的时间，即由KM3完全断开（包括灭弧时间）到KM2接通这段时间应锁定住，以防电源短路。返回356.5.2电动机星形～三角形减压起动控制

输入输出分配表

表8-6输入输出分配表

输入信号停止按钮SB1I0.0启动按钮SB2I0.1输出信号接触器KM1Q0.1接触器KM2Q0.2接触器KM3Q0.3366.5.2电动机星形～三角形减压起动控制

电动机星形～三角形减压起动控制I/O接线图

图8-26电动机星形～三角形减压起动控制I/O接线图

376.5.3节日彩灯的PLC控制

用PLC实现对节日彩灯的控制，结构简单、变幻形式多样、价格低。彩灯形式及变幻尽管花样繁多，但其负载不外乎三种：长通类负载、变幻类负载及流水类负载。本例所选彩灯变幻花样为逐次闪烁方式：程序开始时，灯1（Q0.0）、灯2（Q0.1）亮；一次循环扫描且定时时间到后，灯1（Q0.0）灭，灯2（Q0.1）亮、灯3（Q0.2）亮；再次循环扫描且定时时间到后，灯2（Q0.1）灭，灯3（Q0.2）亮、灯4（Q0.3）亮……。其动作时序表如下表8-7所示，梯形图如图8-28所示。返回386.5.3节日彩灯的PLC控制节日彩灯动作时序表

表8-7节日彩灯动作时序表

：表示灯亮

节拍输出123456789101112131415Q0.0＠＠＠Q0.1＠＠＠＠Q0.2＠＠＠＠Q0.3＠＠＠＠Q0.4＠＠＠＠Q0.5＠＠＠＠Q0.6＠＠＠＠Q0.7＠＠＠396.5.4十字路口交通信号灯的PLC控制

控制要求：

接通启动按钮后，信号灯开始工作，南北向红灯、东西向绿灯同时亮；东西向绿灯亮30s后，闪烁3次（每次亮0.5s，间隔0.5秒，合计3秒），接着东西向黄灯亮，2s后东西向红灯亮，35s后东西向绿灯又亮……，如此不断循环，直至停止工作；南北向红灯亮35s后，南北向绿灯亮，30s后南北向绿灯闪烁3次（每次0.5s），接着南北向黄灯亮，2s后南北向红灯又亮……，如此不断循环，直至停止工作。返回406.5.4十字路口交通信号灯的PLC控制

交通信号灯设置示意图图8-29交通信号灯示意图416.5.4十字路口交通信号灯的PLC控制

交通信号灯时序图

红亮35秒＝绿亮30秒＋绿闪3秒＋黄亮2秒426.5.4十字路口交通信号灯的PLC控制

交通信号灯输入输出分配表

表8-8输入输出分配表

输入信号启动按钮SB1I0.1停止按钮SB2I0.2输出信号南北向红灯HL1、HL2Q0.0南北向黄灯HL3、HL4Q0.1南北向绿灯HL5、HL6Q0.2南北向红灯HL7、HL8Q0.3南北向黄灯HL9、HL10Q0.4南北向绿灯HL11、HL12Q0.5436.5.4十字路口交通信号灯的PLC控制

交通信号灯I/O接线图

图8-31交通灯I/O接线图

446.5.5造纸厂碱回收蒸发工段PLC控制

整个蒸发工段控制系统的控制信号主要有开关量输入信号（切断阀、泵的状态反馈等）、开关量输出信号（切断阀、泵的控制等）、模拟量输入信号（如温度、压力、液位等）、模拟量输出信号（调节阀的控制等）。整个蒸发工段控制系统需要控制与检测的变量有：66个模拟量输入（AI）、23个模拟量输出（AO）、10个数字量输入（DI）和19个数字量输出（DO）。表8-9给出了部分测控点。返回456.5.5造纸厂碱回收蒸发工段PLC控制

控制系统硬件配置图

466.5.5造纸厂碱回收蒸发工段PLC控制

蒸发工段控制工程视图

476.6提高PLC控制系统可靠性的措施

PLC专为在工业环境下应用而设计，其显著特点之一就是高可靠性，为了提高PLC的可靠性，PLC本身在软、硬件上均采取了一系列抗干扰措施，在一般工厂内使用完全可以可靠地工作，一般平均无故障时间可达几万小时。在过于恶劣的环境条件下，如强电磁干扰、超高温、超低温、过欠电压等情况，或安装使用不当等，都可能导致PLC内部存储信息的破坏，引起控制紊乱，严重时还会使系统内部的元器件损坏。为了提高PLC控制系统运行的可靠性，必须选择合理的抗干扰措施，使系统正常可靠的工作。

返回486.6.1PLC安装的环境条件

要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题：

温度：PLC要求环境温度在0～55oC；湿度：空气的相对湿度应在35%～85%（无凝露）。震动：应使PLC远离强烈的震动源。空气：避免有腐蚀和易燃的气体。电源：PLC对于电源线的干扰具有一定的抵制能力。

496.6.2抗干扰措施

现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可