S7300系列PLC应用系统设计课件

第6章S7-300系列PLC应用系统设计6.1PLC应用系统设计的内容和步骤6.2PLC应用系统的硬件设计6.3PLC应用系统的软件设计6.4PLC应用系统设计实例6.1PLC应用系统设计的内容和步骤

按照规范的设计步骤进行PLC系统设计，可以提高工作效率。6.1.1系统设计的原则与内容1．设计原则

(1)最大限度地满足被控设备或生产过程的控制要求；(2)在满足控制要求的前提下，力求简单、经济，操作方便；(3)保证控制系统工作安全可靠；(4)考虑到今后的发展改进，应适当留有进一步扩展的余地。

2．设计内容(1)拟定控制系统设计的技术条件，它是整个设计的依据；(2)选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；(3)选定PLC的型号；(4)编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图；(5)根据系统要求编写软件说明书，然后再进行程序设计；(6)重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系；(7)设计操作台、电气柜及非标准电器元部件；(8)编写设计说明书和使用说明书。6．将程序输入PLC，当使用计算机上编程时，可将程序下载到PLC中。7．进行软件测试，在将PLC连接到现场设备上之前，必须进行软件测试，以排除程序中的错误。8．应用系统整体调试，在PLC软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试。调试中发现的问题要逐一排除，直至调试成功。

9．编制技术文件，系统技术文件包括功能说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC梯形图等。6.2PLC应用系统的硬件设计6.2.1PLC选型在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比，具体应考虑以下几点。1．性能与任务相适应2．PLC的处理速度应满足实时控制的要求3．PLC应用系统结构合理、机型系列应统一4．在线编程和离线编程的选择6.2.2PLC容量估算

PLC容量包括两个方面：一是I/O的点数，二是用户存储器的容量。

1．I/O点数的估算

根据功能说明书，可统计出PLC系统的开关量I/O点数及模拟量I/O通道数，以及开关量和模拟量的信号类型。应在统计后得出I/O总点数的基础上，增加10％～15％的裕量。选定的PLC机型的I/O能力极限值必须大于I/O点数估算值，并应尽量避免使PLC能力接近饱和，一般应留有30％左右的裕量。6.2.3I/O模块的选择1．开关量输入模块的选择PLC的输入模块用来检测来自现场(如按钮、行程开关、温控开关、压力开关等)电平信号，并将其转换为PLC内部的低电平信号。开关量输入模块按输入点数分，常用的有8点、12点、16点、32点等；按工作电压分，常用的有直流5V、12V、24V，交流110V、220V等；按外部接线方式又可分为汇点输入、分隔输入等。选择输入模块主要应考虑以下两点：(1)根据现场输入信号(如按钮、行程开关)与PLC输入模块距离的远近来选择电压的高低。一般，24V以下属低电平，其传输距离不宜太远。如12V电压模块一般不超过10m，距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。(2)高密度的输入模块，如32点输入模块，允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。一般，同时接通的点数不得超过总输入点数的60％。

2．开关量输出模块的选择

输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号转换为外部所需电平的输出信号，驱动外部负载。输出模块有三种输出方式：继电器输出、双向可控硅输出和晶体管输出。1)输出方式的选择

继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通压降小，承受瞬间过电压和过电流的能力较强，且有隔离作用。但继电器有触点，寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交/直流负载。当驱动电感性负载时，最大开闭频率不得超过1Hz。晶闸管输出(交流)和晶体管输出(直流)都属于无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高的反压，必须采取抑制措施。6.2.4分配输入/输出点一般输入点与输入信号、输出点与输出控制是一一对应的；在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线(如两个触点先串联或并联)，然后再接到输入点。1.明确I/O通道范围不同型号的PLC，其输入/输出通道的范围是不一样的，应根据所选PLC型号，弄清相应的I/O点地址的分配。2.内部辅助继电器内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器、计数器时作数据存储或数据处理用。根据程序设计的需要，应合理安排PLC的内部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途，避免重复使用。3．分配定时器/计数器对用到定时器和计数器的控制系统，注意定时器和计数器的编号不能相同。若扫描时间较长，则要使用高速定时器以保证计时准确。6.2.5安全回路设计安全回路起保护人身安全和设备安全的作用，它应能独立于PLC工作，并采用非半导体的机电元件以硬接线方式构成。确保系统安全的硬接线逻辑回路，在以下几种情况下将发挥安全保护作用：①PLC或机电元件检测到设备发生紧急异常状态时；②PLC失控时；③操作人员需要紧急干预时。设计安全回路的任务包括以下内容：(1)确定控制回路之间逻辑和操作上的互锁关系；(2)设计硬回路以提供对过程中重要设备的手动安全性干预手段；(3)为PLC定义故障形式和重新启动特性。(3)程序结构分析与设计；(4)软件设计规格说明书编制；(5)用编程语言、PLC指令进行程序设计；(6)软件测试；(7)程序使用说明书编制。6.3.2PLC应用系统的软件设计步骤根据可编程序控制器系统硬件结构和生产工艺要求，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的过程就是应用系统的软件设计。1.制定设备运行方案制定方案就是根据生产工艺的要求，分析各输入、输出与各种操作之间的逻辑关系，确定需要检测的量和控制的方法，并设计出系统中各设备的操作内容和操作顺序。据此便可画出流程图。2.画控制流程图对于较复杂的应用系统，需要绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统，可省去这一步。3.制定系统的抗干扰措施根据现场工作环境、干扰源的性质等因素，综合制定系统的硬件和软件抗干扰措施，如硬件上的电源隔离、信号滤波，软件上的平均值滤波等。4.编写程序根据被控对象的输入/输出信号及所选定的PLC型号分配PLC的硬件资源，为梯形图的各种继电器或接点进行编号，再按照软件规格说明书(技术要求、编制依据、测试)，用梯形图进行编程。6.4PLC应用系统设计实例机械手控制系统设计

1.工艺过程及控制要求

1)工艺过程图6.1所示为一简易物料搬运机械手的工艺流程图。该机械手是一个水平/垂直位移的机械设备，其操作是将工件从左工作台搬运到右工作台，由光耦合器VLC来检测工作台上有没有工件。机械手通常位于原点，它的动作全部由气缸驱动，而气缸则由相应的电磁阀控制。其中，上升/下降和左移/右移分别由双线圈二位电磁阀控制，放松/夹紧由一个单线圈二位电磁阀(称为夹紧电磁阀)控制。图6.1搬运机械手工艺流程图

2)控制要求机械手整个搬运过程要求都能自动控制。在启动过程中能切换到手动控制及自动控制或半自动控制(又称单周期控制)，以便对设备进行调整和检修。图6.2是机械手控制系统的逻辑流程图。系统启动之前，机械手处于原始位置，条件是机械手在高位﹑左位。图6.2机械手控制的程序流程图表6.1I/O地址分配(1)夹紧定时器T1，定时5s；(2)放松定时器T2，定时5s；(3)自动方式标志M0.0；(4)单动方式标志M0.1；(5)手动方式标志M0.2；(6)结束标志M0.5。3)其它地址分配3.机械手程序设计1)逻辑功能块(子程序)逻辑功能块包括两个部分：自动方式或单动方式控制(FC10)和手动方式控制(FC11)。(1)自动方式或单动方式控制(FC10)的具体程序(梯形图表示)如图6.3所示。(2)手动方式控制(FC11)的具体程序(梯形图表示