可编程序控制器设计的课件

第七章PLC系统设计PLC原理及应用PLC应用系统设计PLC应用系统设计的内容和原则PLC系统设计步骤PLC应用中的若干问题PLC应用系统设计的内容和原则PLC应用系统设计包括硬件设计和软件设计两个方面。任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的控制要求和工艺需要，从而提高产品质量和生产效率。因此在进行PLC应用系统的设计开发过程中，应遵循以下原则： 1.硬件设计PLC应用系统硬件设计的主要内容包括PLC机型的选择、输入输出设备的选择、控制柜的设计和控制系统各种技术文件的编写。在进行硬件设计时应注意：在满足生产工艺控制的前提下，尽可能使PLC控制系统结构简单、经济实用、维护方便。PLC应用系统设计的内容和原则 2.软件设计PLC应用系统软件设计的主要内容就是编写PLC用户程序，即绘制梯形图或编写语句表。其设计的基本原则是：(1)PLC的用户程序要做到网络段结构简明，逻辑关系清晰，注释明了，动作可靠。(2)程序简短，占用内存少，扫描周期短。这样可以提高PLC对输入的响应速度。(3)可读性好。程序可读性好，不仅可以方便设计者对程序的理解、调试，而且便于他人阅读。要做到这一点，所设计的程序要注意层次结构，尽可能清晰，采用标准化模块设计，并加注释PLC系统设计步骤深入了解被控系统控制系统选择硬件设计与选型软件设计模拟调试程序现场调试程序编写技术文件PLC系统设计步骤详细了解被控对象的机械结构和生产工艺过程，了解机械设备的运动内容，运动方式和步骤。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要求。（机械、液压、气动、仪表、传感器）PLC是否联网或和上位机或其他设备通讯统计输入输出量数量和类型一、深入了解被控系统PLC系统设计步骤机械手的4个自由度说明1.腰部3.小臂2.大臂4.手腕PLC系统设计步骤PLC系统设计步骤PLC电源A1B2CPLC控制机械手机械手计算机电源程序反馈信号指令信号PLC系统设计步骤单机控制系统集中控制系统远程I/O控制系统集散型控制系统网络控制系统冗余控制系统混合控制系统二、控制系统结构选择PLC系统设计步骤PLC的选型其他硬件硬件的设计与选型编程器与其他外设的选择按钮、电磁阀、限位开关、接近开关、传感器、变送器、拨码开关继电器、接触器、电磁阀、指示灯三、硬件设备的设计与选型PLC系统设计步骤PLC的输入输出点数和性质指令范围PLC的用户程序存储器容量开关量控制需字节数＝I/O点数×8模拟量输入所需字节数＝模拟量路数×120模拟量输入输出所需字节数＝模拟量路数×250PLC的响应时间（指令平均执行速度）PLC的物理结构PLC的特殊功能要求PLC的联网通讯可靠性要求PLC选型PLC系统设计步骤

应用程序应最大限度地满足系统控制功能的要求，在构思程序主体的框架后，要以它为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，经过不断地调整和完善，使程序能完成指定的功能。

通常应用程序还应包括以下几个方面的内容：

(1)初始化程序；

(2)检测、故障诊断、显示程序；

(3)保护、连锁程序。

四、软件设计应用程序的质量衡量程序质量的几个方面：

(1)程序的正确性。

(2)程序的可靠性好。

(3)参数的易调整性好，

(4)程序要简练。

(5)程序的可读性好。PLC系统设计步骤PLC系统设计步骤手工、软件检查程序错误。用仿真软件进行逻辑调试用开关按钮作输入，用发光二极管作输出，适当时候用开关代替行程开关，长时间的定时计数可先将其设定值调小，实验室带载调试程序，检查程序每一动作和每一支路的运行情况。五、模拟调试程序PLC系统设计步骤检查外部接线有无问题安装在现场带载调试，检查输入输出设备工作状况检查程序运行是否正常六、现场调试程序PLC系统设计步骤PLC的外部接线图和其他电器图纸PLC使用的元件名称、功能以及设定值等程序的说明和带注释的梯形图编写系统的技术说明书及用户使用、维护说明书。七、编写技术文件PLC应用中的若干问题减少PLC输入和输出点数的方法PLC接口注意事项PLC外部接线注意事项PLC抗干扰注意事项冗余系统与热备用系统PLC应用中的若干问题 减少PLC输入点数的方法分时分组输入输入触点的合并将信号设置在可编程序控制器之外 减少PLC输出点数的方法矩阵输出分组输出并联输出负载多功能化某些输出设备可不用PLC控制PLC应用中的若干问题

1.分时分组输入

一般控制系统都存在多种工作方式，但各种工作方式又不可能同时运行。所以可将这几种工作方式分别使用的输入信号分成若干组，PLC运行时只会用到其中的一组信号。2.输入触点的合并

如果某些外部输入信号总是以某种“与或非”组合的整体形式出现在梯形图中，可以将它们在可编程序控制器外部串、并联再输入可编程序控制器。SAQ8Q2Q1S1+24VX010X000X001┋X007S2S8┋SB3SB2SB1X001X002PLC+24VSB4SB5SB6PLC应用中的若干问题3.将信号设置在可编程序控制器之外

系统的某些输入信号，如手动操作按钮、保护动作后需手动复位的电动机热继电器FR的常闭触点提供的信号，可以设置在可编程序控制器外部的硬件电路中。 某些手动按钮需要串接一些安全联锁触点，如果外部硬件联锁电路过于复杂，则应考虑仍将有关信号送人可编程序控制器，用梯形图实现联锁。KM3KM2KM1自动手动FR2FR1FR3SB3SB2Y000Y001PLCY002

COMSB1~PLC应用中的若干问题1.矩阵输出图中采用8个输出组成4x4矩阵，可接16个输出设备。要使某个负载接通工作，只要控制它所在的行与列对应的输出继电器接通即可。要使负载KMl得电，必须控制Y0和Y4输出接通。KM1Y000

Y001Y002Y003PLCCOM0Y004Y005Y006Y007COM1电源PLC应用中的若干问题2.分组输出

当两组负载不会同时工作，可通过外部转换开关或通过受PLC控制的电器触点进行切换，这样PLC的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载，如图所示。KMl、KM3、KM5，KM2、KM4、KM6这两个组不会同时接通，可用外部转换开关SA进行切换。

KM6KM5电源21COM0Y000Y001Y002KM2KM1KM4KM3SAPLC应用中的若干问题3.并联输出当两个通断状态完全相同的负载，可并联后共用PLC的一个输出点。但要注意PLC输出点同时驱动多个负载时，应考虑PLC点的驱动能力是否足够。4.负载多功能化一个负载实现多种用途。例如在传统的继电器电路中，一个指示灯只指示一种状态。而在PLC系统中，利用PLC编程功能，很容易实现用一个输出点控制指示灯的常亮和闪烁，这样一个指示灯就可表示两种不同的信息，从而节省了输出点数。5.某些输出设备可不用PLC控制系统中某些相对独立、比较简单的部分可考虑直接用继电器电路控制。PLC应用中的若干问题输入电压的选择输出电压的选择输入接口的使用注意事项输出接口的使用注意事项PLC接口注意事项PLC应用中的若干问题输入电压：直流:5,12,24V;交流:110,220V较低直流电压用于：一般模拟量数字量输入.

按钮，微动开关，水银开关，光电开关，干簧开关，和各种无触电开关较高直流电压用于：大的行程开关.

强电开关

输入电压的选择PLC应用中的若干问题继电器型：24V2A，250V2A，300V5A不加电火花电路用于：干簧继电器，小型继电器，固态定时器，小容量氖灯，发光管，白炽灯加电火花电路用于：电磁装置，小容量感性负载晶体管：24V0.5A继电器，指示灯，数控装置，计算机数据传输，控制信号传输双向晶闸管：120－230V1A大容量感性负载，大接触器，电磁装置，小型电动机输出形式和负载的选择PLC应用中的若干问题交流输入时，输入端并联R－C电路直流输入时，输入端并联二极管和电阻以上两种接线K打开时,可让PLC误动作接线寄生电容也可让PLC误动作ZiRrKiKZiRrCKi～输入接口的使用注意事项PLC应用中的若干问题晶体管、双向晶闸管输出时，阻断状态有漏电流，负载两端并联电阻。继电器输出为了减少火花，在PLC输出端或负载两端并联附加电路。触点两端并RC电路用于直流电源和电压较高交流电源（110V，220V）。负载两端并联RC电路用于交流电源和电压较低的直流电源。C＝0.5~1uF/A,R=0.5~1Ω/A负载两端并联二极管用于直流感性负载，二极管的耐压和电流要大于负载电压和电流，缺点负载断电滞后，大于RC滞后。rCK电源负载rCK电源负载K电源负载负载R输出接口的使用注意事项PLC应用中的若干问题负载两端并联二极管和稳压管用于直流感性负载，通过二极管稳压放电可在电压较高时断开，时间滞后少。负载和触点两端分别并联双向瞬变电压抑制二极管（TVP）用于直流和交流负载，当TVP受到冲击时，电流从1mA迅速上升到峰值电流（几A到几百A），TVP管两端被牵制到一定的电压值。实际应用：低压并在负载，高压并在触点。不允许直接负载或触点两端并联电容K电源负载K电源负载TVP输出接口的使用注意事项PLC应用中的若干问题注意主回路的电源与输出端、负载正确连接，防止断路注意触点之间的连锁，负载之间连锁完善保护电路：异常状态停车保护过载保护事故切断电源负载机械卡死保护PLC外部接线应注意问题PLC应用中的若干问题数字量信号可选用一般电缆，信号传输距离较远时，可选用屏蔽电缆。模拟信号和高速信号线(如脉冲传感器、计数码盘等提供的信号)应选择屏蔽电缆。高频或要求高的通信电缆应选用专用电缆(如光纤电缆)，在要求不高或信号频率较低时，也可以选用带屏蔽的多芯电缆或双绞线电缆。PLC应远离强干扰源。PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内。与PLC装在同一个开关柜内的电感性元件应并联RC消弧电路。信号线与功率线应分开走线，电力电缆应单独走线，不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中，并使其有尽可能大的空间距离，信号线应尽量靠近地线或接地的金属导体。PLC外部接线应注意问题PLC应用中的若干问题PLC工作在2MHZ~几十MHZ，对噪声敏感良好接地，地线短而粗电源、负载可设变压器隔离信号线、电源线、动力线要分开设置，PLC的输入输出线要屏蔽选择噪声低的输入输出元件输入端应使用直流电源、小阻抗元件、配线要短输出端感性负载并联附加电路，也可中间加一级继电器再接负载PLC抗干扰注意事项PLC应用中的若干问题PLC抗干扰注意事项PLC应用中的若干问题良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件，PLC一般应最好单独接地，与其它设备分别采用各自独立的接地装置（见图a）。如果实在做不到，也可以采用公共接地方式，可与其它弱电设备共用一个接地装置（如图b）。禁止使用串联接地的方式或者建筑物大型金属接地。因为这种接地方式会在各设备间产生电位差。PLC接地导线的截面应大于2mm2，接地电阻应小于100Ω。PLC抗干扰注意事项PLC其它设备其它设备PLCPLC其它设备a)分别接地b)公共接地c)串联接地PLC应用中的若干问题两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作。备用CPU的输出是被禁止的。当主CPU失效时，马上投入备用CPU。这一切换过程用冗余处理单元RPU(RedundantProcessingUnit)控制。I／O系统的切换也是用RPU完成的。接到主CPU的故障信息后，RPU在几个个扫描周期内将控制功能切换到备用CPU。冗余系统与热备用系统当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU。这一切换过程一般不是太快。这种结构较简单的系统叫做热备用系统。PLC应用举例液压滑台控制工业机械手控制液体混合自动售货机控制全自动洗衣机控制十字路口红绿灯控制加工中心自动换刀控制电梯自动控制步进电机控制一、液压滑台控制按下油泵电机启动按钮，启动油泵电机按下自动循环按钮，滑台开始自动工作：滑台从原位快速进给接近工件压下行程开关XK2，滑台工作进给加工结束压下行程开关XK3，滑台快速退回原位并压下行程开关XK1XK1XK2XK3XK1XK2XK3快进工进快退输入输出油泵启动油泵停止自动循环总停XK1XK2XK3主电机油泵电机卸荷电磁铁快速电磁铁前进电磁铁后退电磁铁油泵指示灯前进指示灯后退指示灯X0X1X2X3X4X5X6Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y10Y11Y12Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y10Y11Y12油泵停止油泵启动(原位停止)111快进111111工进11111快退111111原位停止

11

1

I/O分配及状态表SFCS0S21S22S23S24M8002X0·X4X2X5X6X4Y1Y2Y10Y0Y1Y3Y4Y10Y11Y0Y1Y4Y10Y11Y0Y1Y3Y5Y10Y12X3S0X3+X1S0X3S0X3STLX0X1X2X3X4X5X6MMACDC

Y0Y1Y2Y3Y4Y5

COM

Y10Y11Y12COMCOMPLCPLC接线图经验设计法油泵指示灯卸荷前进前进指示灯启动快速后退行程开关原位行程开关油泵启停总停关断快速主电机后退快速后退指示灯原位行程开关工进行程开关后退行程开关二、机械手控制输入输出启动下上左右停止向下向上向右向左夹/放x0X1X2X3X4X5Y1Y2Y3Y4Y5初始状态为：上限位，左限位，放松M0M0三、液体混合输入输出中上下启动A进B进搅拌放x0X1X2X3Y0Y1Y2Y3510四、自动售货机控制自动售货机可投入1,5,10元硬币投入币总值大于等于12元，汽水按钮灯亮投入币总值大于等于15元，汽水、咖啡按钮灯全部亮汽水灯亮时，按汽水按钮，汽水流出7s后自动停止，同时按钮灯闪烁咖啡灯亮时，按咖啡按钮，咖啡流出7s后自动停止，同时按钮灯闪烁若投入币总值超过所需数，进行找钱一元投币 X0 咖啡出口 Y0五元投币 X1 汽水出口 Y1十元投币 X2 咖啡按钮指示灯Y2咖啡按钮 X3 汽水按钮指示灯Y3汽水按钮 X4 找钱指示灯 Y4计数器手动复位X5 投入1元寄存器加1投入5元寄存器加5投入10元寄存器加10与汽水价格比较与咖啡价格比较汽水指示灯汽水出口汽水按钮找钱汽水流出7s选择汽水1s1s1803波形选择咖啡咖啡按钮指示灯咖啡出口咖啡流出7s咖啡按钮找钱减法结果大于0找钱找钱复位进水反转洗15s排水3正转洗暂停暂停3脱水蜂鸣停高水位3s15s3s低水位10s10s五、全自动洗衣机控制启动 X0 进水阀 Y0停止 X1 正转 Y1排水 X2 反转 Y2高水位 X3 排水 Y3低水位 X4 脱水 Y4

蜂鸣 Y5启动启动大循环3次计数进水洗涤正转排水洗涤正转15s计时洗涤正转暂停3s计时让T1接通洗涤反转洗涤反转15s计时洗涤反转暂停3s计时让T3接通小循环计数3次复位小循环计数器洗涤小循环结束排水正转脱水脱水定时10s大循环计数3次洗涤结束蜂鸣蜂鸣计时10s复位大循环计数器10s5s3s2s启动X01绿Y01黄Y11红Y22绿Y42黄Y52红Y6六、十字路口红绿灯控制1绿1黄1绿闪3s，由1黄关断1绿通5s1黄通2s，由1红关断第一周期接通1绿灯计时1绿灯闪烁计数1红通10s，由2红关断1红1黄灯计数2绿2绿闪3s，由2黄关断2绿通5s2绿灯计时5s2红2黄通2s，由复位脉冲c5关断2黄C5接通复位所有计数器2红通10s，由1红关断2绿灯闪烁计数2红灯计时七、加工中心自动换刀控制加工换刀具时，自动将刀具转至换刀位置后进行换刀此例共有30把刀具供选择圆刀盘共有30把刀，一半15把，差值大于15正转(逆时针)，否则反转指定刀具转至距离出刀位两个号码时，开始减速设定值为19，现值为1，则19－1＝18>15正转(顺时针)设定值为3，现值为1，则3－1＝2<15反转17161819321304刀具检测 X0 正转 Y0号码复位 X1 反转 Y1启动 X2 减速 Y2

停止 Y3启动换刀设换刀号－>设定内存求差值－>差值内存差<0差值取补N差>=0设正转设反转使差值<15差<=2设减速NNAA正转当前号+1当前号-1N当前号=0当前号=30当前号=1当前号=30N差值-1当前=设定设停止标N停止有效正转有效正转反转有效反转减速有效减速停止送设定值到D10送当前值到D11设定值与当前值之差送D13差为负求其补比较15与差的大小决定转向差小于15反转让差小于15差大于等于15正转差为2减速反转刀具检测正转刀具检测反转刀具当前值加1正转刀具当前值减1当前值等于31当前值等于0复位当前值为1复位当前值为30转过一把刀具差值减1差值为2减速差值为0停止转动反转减速停止转动复位当前值与设定值正转八、电梯自动控制上升时请求下降或下降中请求上升的反向请求不会立即响应，要等到完成本次上升或下降才响应按照楼层设置开关运行，到达目的层自动开门按下关门按钮关门，延时1s后开始运行同向请求及时响应程序可分为四部分：方向判别反向请求处理楼层设置继电器的置位与复位输出电路关1234X14X13X3X12X2X1X31X32X33X34X21X22X23X24X5方向判别上升下降反向请求1楼请求上2楼请求上3楼请求上2楼请求下3楼请求下4楼请求下楼层呼叫按钮保存于D1电梯目标位置1楼行程开关2楼行程开关3楼行程开关4楼行程开关电梯当前位置，楼层行程开关保存于D0电梯运动之前比较目标位置与当前位置目标位置高于与当前位置，电梯上升目标位置低于与当前位置，电梯下降目标位置为2楼目标位置为3楼目标位置为4楼目标位置为1楼目标位置为2楼目标位置为3楼设置电梯当前位置与目标位置比较两位置决定上升还是下降到达目标楼层消除对应设置反向请求处理4楼请求下，保存反向请求标志3楼请求下，保存反向请求标志2楼请求下，保存反向请求标志1楼请求上，保存反向请求标志2楼请求上，保存反向请求标志3楼请求上，保存反向请求标志设反向请求标志总标志M0