第04章可编程序控制器系统分析、设计及应用

第4章可编程序控制器系统分析、设计及应用4.1可编程序控制器系统的分析方法4.2可编程计序控制器系统设计4.3

C650卧式车床的PLC控制

4.1可编程序控制器系统的分析方法

一可编程序控制器的系统分析的基本内容

图4-1采用可编程序控制器的系统结构图1.系统分析的基本思路：从工艺要求出，明确控制要求、机械设备的工作状态与相关信息及操作员的主令信号之间的关系。

1）了解和掌握PLC控制系统的控制对象的工作过程、工艺要求。

2）掌握PLC控制系统的电气、液压或气动系统的组成，分析电气、液压或气动系统的控制原理。要了解各个控制指令、检测信号和控制输出信号的作用和相互关系，了解它们与PLC的端口连接关系。

3）控制软件的分析（PLC控制系统分析的核心）。对于用不同编程语言编制的程序，应采取不同的分析方法。2.PLC控制系统分析工作的主要内容二可编程序控制器系统分析的常用方法可编程序控制器系统分析的过程是：首先要从整体上把握编程的总体思路，然后再做细节的分析。分析程序的过程中，应在逐步、反复分析的基础上整理、归纳并绘制出总的、局部的程序框图。系统分析的主要方法有：

用自然语言平铺直叙地依次说明各编程元件的行为和状态，是普遍采用的方法。（2）图形分析法

梯形图程序中的编程元件，绝大部分只存在于两种状态：对于逻辑运算值或为“1”或为“0”，对于接点是接通或断开，可用简单的线条或符号（图）来标明它们的状态。图形分析法用的较多的是时序图法。（3）逻辑函数法梯形图程序中编程元件只存在于两种状态之中，故可以利用逻辑代数来描述其控制规律。（1）文字叙述法三可编程序控制器系统分析实例1.分析工艺过程、明确控制要求某中央空调系统的冷水机组采用4台全封闭制冷压缩机，组成两个相对独立的制冷回路，采用可编程控制器进行控制，以下对本系统控制原理进行分析。

（1）工艺过程分析两个制冷回路相对独立，两个回路可同时工作，也可以各自单独工作。控制方式有手动和自动两种。对冷水回水温度进行监测，自动增减投入运行的制冷回路数。此外，还有较全面的系统监测、保护、报警及显示等功能。（2）控制要求

1）4台压缩机电动机起动方式采用全压直接起动。4台电动机依次起动，并保持一定的时间间隔。

2）设有手动、自动两种运行方式。

3）设有冷水机组与水泵间的联锁控制，冷水或冷却水断水、冷水出口温度过低、压缩机排气压力过高或吸气压力过低等也设有相应的保护。

4）压缩机电动机的缺相、过载等必要保护环节齐全。

5）各压缩机状态、机组的运行方式及各种故障状态等有必要的显示。在故障状态时，有声光同时示警。图4-2端子接线图2．分析PLC的I/O端子分配及I/O表（1）I/O端子分配本例中选用OMRON公司的C200-H系列产品的5槽母板C200H-BC051，两块输入模块分别插在0号槽和1号槽上，对应的输入通道号即为000CH和001CH；两个输出模块分插在3号和4号槽上，则输出模板的通道号为003CH和004CH输入输出端子分配接线如图4-2。

冷却水出口温度：当水温低于设定值时温度继电器处于常态（强调动作时温度高于设定值），其动断（常闭）接点处于通态，PLC的输入继电器00008处于动作状态。回路1温控设定值可高于回路2的温度设定值（当然，也可相反设定），常态时常闭接点接通，对应的PLC的00010和00011均处于动作状态。防冻开关设定值约3摄氏度，常态时常闭接点接通，PLC的00013处于动作状态。回路1和回路2的高低压开关在未达设定值时均为常态，对应PLC的00109、00110、00111、00112均处于动作状态。两个水流开关在水未断流时动作，所以水未断流时，PLC的00113、00115处于动作状态。水泵联锁开关对应的输入继电器00100、00104处于动作状态。编程元件号用途注释00000总停开关系统总停00001总开开关自动运行时起动系统00002自动/手动切换打手动时00002接通，自动时00002复位00003回路1投入00003动作时，回路1可以起动00004回路2投入00004动作时，回路2可以起动00005缺相检测正常时00005接通，缺相时00005复位00006回路1起动手动时，起动回路100007回路2起动手动时，起动回路200008冷却水出口温度高限冷却水出口温度达到设定值时，00008复位00009报警器消复位声音报警器00010回路1温度设定达到温度设定值时，00010复位，1路停00011回路2温度设定达到温度设定值时，00011复位，2路停00013冷水出口低温极限冷水出口温度达到设定值时，00013复位，系统总停00100冷却水泵联锁冷却水泵开时，00100动作00101压缩机1电子保护}正常时，00101，00102，00103，00104处于动作状态00102压缩机2电子保护00103压缩机3电子保护00104压缩机4电子保护编程元件号用途注释00105压缩机1过载保护}正常时，00105，00106，00107，00108处于复位状态00106压缩机2过载保护00107压缩机3过载保护00108压缩机4过载保护00109回路1高压保护回路1排气压力达到设定值时，00109复位00110回路1低压保护回路1吸气压力达到设定值时，00110复位00111回路2高压保护回路2排气压力达到设定值时，00111复位00112回路2低压保护回路2吸气压力达到设定值时，00111复位00113冷水水流断保护冷水流断时，00113复位00114冷水水泵联锁冷水水泵起动后，00114动作00115冷却水断流保护冷却水断流时，00115复位00301压缩机1控制}分别控制1~4压缩机00302压缩机2控制00303压缩机3控制00304压缩机4控制输入号用途注释00305压缩机1电子保护器供电}分别为1~4电动机电子保护器供电00306压缩机2电子保护器供电00307压缩机3电子保护器供电00308压缩机4电子保护器供电00401压缩机1运行显示运行00402压缩机2运行00403压缩机3运行00404压缩机4运行00405自动运行指示自动运行显示00406手动运行指示手动运行显示00407防冻指示冷水出口温度达低限值显示00408冷却水断流冷却水断流显示00409冷水断流冷水断流显示00410开机延时指示开机的延时过程中显示3.PLC控制程序分析（1）程序结构分析

1）控制功能程序模块

2）监控及保护程序模块

3）报警及工作状态显示程序模块（2）程序运行原理分析

1）系统正常运行的保证条件

2）控制程序分析自动/手动开关打“手动”位置自动/手动开关打“自动”位置图4-3梯形图程序图4-3（续）3）监控和保护程序分析4）报警及显示程序开机延时显示工作方式显示电动机的正反转电动机顺序起动控制五台电机，都有启动和停止按钮，要求顺序启动。I/O分配输入：五个启动按钮，五个停止按钮输出：五个控制电机的接触器作业：1.P1264-1。2.对应以上两个梯形图编写指令表。4.2可编程序控制器系统设计一、可编程序控制器系统的设计内容与步骤控制系统总体方案选择软件设计可编程控制器的机型选择硬件电路设计1．可编程序控制器的系统设计的主要内容图4-4可编程控制器系统设计流程图2.可编程序控制器的系统设计的主要步骤确定控制范围硬件电路设计用户程序设计组装调试撰写说明书等技术文件二、可编程序控制器系统的硬件电路设计1.可编程序控制器型号的选择（1）功能及结构（2）输入输出模块的选择（3）I/O点数的估算（4）所需内存容量估计（5）响应时间传感器等检测装置、显示电路、故障保护电路等可编程序控制器的选型电源的引入及控制可编程控制器的输入输出电路负载驱动回路序号电器设备、元件输入点数输出点数I/O总数1Y－Δ起动的笼型电机4372单向运行笼型电机4153可逆运行笼型电机5274单向变极电动机5385可逆变极电动机64106单向运行的直流电机96157可逆运行的直流电机128208单线圈电磁阀2139双线圈电磁阀32510比例阀35811按钮开关1－112光电管开关2－213信号灯－1114拨码开关4－415三挡波段开关3－316行程开关1－117接近开关1－118抱闸－1119风机－1120位置开关2－221功能控制单元20（6，32，48；64，128）2.电源的分配及相应保护拖动系统主电路电源：由系统总断路器承担PLC的工作电源：有直流的也有交流的，而且有不同的电压等级，在选用交流工作电源的PLC时，一般可直接引于系统中满足要求的交流电压源，但当可靠性要求更高时，则应采用控制变压器；PLC的工作电源可由专设的断路器提供，兼有多种保护；PLC的输入信号电源：因PLC输入模块的不同而不同，而输入模块的选取通常又取决于各种传感器，在大多数情况下，当只有开关量的逻辑控制时，检测元件只提供无源的接点，常用的是直流24V或交流220V，有些型号的PLC的电源模块本身提供直流24V的传感器工作电源PLC的输出驱动电源：由驱动对象决定，比如接触器的线圈工作电压、电磁换向阀的线圈工作电压、信号灯的工作电压或报警器的工作电压等;输出驱动电源可设熔断器进行短路保护，对于分组输出的模块，每组都要设熔断器做短路保护。3.可编程控制器输入、输出配置及地址编号

4.可编程序控制器输入电路的设计

当检测元件是有触点开关时，只须保证触点的接触电阻很小,确保光敏三极管可靠饱和导通，设计时只要使用质量合格的开关或检测装置但当检测元件的输出为无触点的半导体开关元件时。重点分析开关元件的导通最小饱和电流和关断时的最大漏电流。在采用汇点输入方式，即多个输入点的输入回路共用一个公共端子（COM）时，还应考虑公共母线的电流承载能力。5.可编程序控制器输出驱动电路的设计驱动能力触点保护输入配置及地址编号输出点配置及地址编号

图4-5工件搬运机构工作示意图6.硬件电路设计实例

（1）机械结构与工艺要求

图4-6面板布置图（2）控制要求及功能分配工作方式操作面板单操作步进操作单周期操作连续操作选用OMRON整体式小型可编程控制器CPM1A的30点继电器输出型

（3）端子分配

图4-8电源及相应的保护电路（4）硬件电路设计

电源及相应的保护电路

输入和输出电路

三可编程序控制器系统的软件编程

1.可编程序控制器的软件编程内容

设计程序结构2.可编程控制器应用程序设计的步骤和方法

（1）程序设计步骤编程准备工作程序框图设计应用程序的编写程序调试编写程序说明书（2）应用程序设计的常用方法