PLC课程设计指导书2

《PLC原理及应用》课程设计指导书扬州职业大学汽车与电气系20113.1PLC控制系统的设计步骤及内容一、PLC控制系统设计的基本原则1）最大限度地满足工艺流程和控制要求。工艺流程的特点和要求是开发PLC控制系统的主要依据。设计前，应深人现场进行调查研究，收集资料，明确控制任务。2）监控参数、精度要求的指标以满足实际需要为准，不宜过多、过高，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便，并可降低系统的复杂性和开发成本。3）保证控制系统的运行安全、稳定、可靠。正确进行程序调试、充分考虑环境条件。选用可靠性高的PLC、定期对PLC进行维护和检查等都是很重要和必不可少的。4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。二、PLC控制系统设计的基本步骤所有电气控制系统都是在遵循以上设计原则的基础上，实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求。不论受控系统的规模大小，一般都要按照图示的步骤来完成设计。l）首先，根据系统需完成的控制任务，对被控对象的工艺过程、工作特点、控制系统的控制过程、控制规律、功能和特性进行详细分析，归纳出工作循环圈或状态流程图。然后，明确其控制要求和设计要求。同时要明确划分控制的各个阶段及各阶段的特点，阶段之间的转换条件，最后归纳出各执行元件的动作顺序表。PLC的根本任务就是正确实现这个顺序表。2）根据控制要求确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元器件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），确定PLC的I／O点数。3）PLC选型。PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统能否完成控制要求起着重要的作用，选型一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么公司的PLC和外设。4）进行合理的PLC变量规划（I/O点以及所用到的内部元件定义），绘制电气原理图。这一步是非常重要的一步。一般讲，如果是开关量，变量规划实际上是把PLC的I/O分配给实际的元器件，给实际的元器件赋予一定的PLC地址，其输入输出点与控制对象的输人输出信号之间总是—一对应。对于模拟量来说，输人输出的通路数目与实际电路也是—一对应的。传统的电气图，一般包括电气原理图、电多布置图及电器安装接线图。在PLC控制系统中，这一部分图可以统称为“硬件电路图”。它在传统电器图的基础上增加了PLC部分，因此在电气原理图中应增加PLC的I／O连接图。另一部分为“软件程序”，即梯形图。5）控制程序设计。包括设计控制系统流程图、梯形图。PLC是按程序进行控制的。没有程序，PLC就没法正常工作。因此，控制程序的设计必须经过反复测试、修改，直到满足要求为止。6）控制柜设计和现场施工。在进行控制程序设计的同时，可同时进行硬件配备工作，主要包括强电设备的安装、控制柜的设计与制作、可编程序控制器的安装、输人输出的连接等。在设计继电器控制系统时，必须在控制电路设计完成后，才能进行控制柜（台）设计和现场施工。而采用PLC控制系统，只要作好了I/O点规划，就可以使软件设计与硬件配备工作分别平行进行，缩短工程周期。如果需要，尚需设计操作台、电控柜、模拟显示盘和非标准电器元部件。7）试运行、验收、交付使用，并编制控制系统的技术文件。编制控制系统的技术文件包括设计说明书、使用说明书、电气图（含软硬件两部分）、电器元件明细表等。三、PLC的选型PLC的选型基本原则是满足控制系统的功能需要，同时要兼顾维修和备件供应的便利性。前面讲过PLC的选型一个方面是选择容量，另一方面是选择什么公司的产品。可编程控制器控制系统I/O点数估算I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。根据被控对象的输人信号与输出信号的总点数，选择相应规模的可编程控制器并留有10％－15％的I/O裕量。估算出被控对象上I/O点数后，就可选择点数相当的可编程控制器。对于开关量控制的系统，当控制速度要求不高时，一般的小型PLC都可以满足要求。如果控制系统较大，输人输出点数较多，被控制设备分散，就可选用大、中型可编程控制器。内存估计用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：开关量输人输出点数、模拟量输人输出点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。l）开关量输人输出的点数可编程控制器开关量输人输出总点数是计算所需内存储器容量的重要根据。一般系统中，开关量输人和开关量输出的比为6：4。这方面的经验公式是根据开关量输人、开关量输出的总点数给出的。开关量输人——所需存储器字数=输人点数×10开关量输出——所需存储器字数=输出点数×82）模拟量输人输出总点数具有模拟量控制的系统就要用到数字传送和运算的功能指令；这些功能指令内存利用率较低，因此所占内存数要增加。在只有模拟量输人的系统中，一般要对模拟量进行读人、数字滤波、传送和比较运算。在模拟量输入输出同时存在的情况下，就要进行较复杂的运算，一般是闭环控制，内存要比只有模拟量输人的情况需要量大。在模拟量处理中。常常把模拟量读人、滤波及模拟量输出编成子程序使用，这使所占内存大大减少，特别是在模拟量路数比较多时。每一路模拟量所需的内存数会明显减少。模拟量所需存储器字数=模拟量通道数×100这些经验公式的算法是在10点模拟量左右，当点数小于10时，内存字数要适当加大，点数多时，可适当减小。3）程序结构用户编写的程序结构对程序长短和运行时间都有较大影响。对于同样系统不同用户编写程序可能会使程序长度和执行时间差距很大。一般来说对初编者应为内存多留一些余量，而有经验的编程者可少留一些余量。综上所述，推荐下面的经验计算公式：总存储器字数=（开关量输入点数+开关量输出点数）×10十模拟量点数×150。然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。可以看上，PLC的输入输出点数与内存容量基本配套，点数越多，容量越大。所以，一般情况下，选择好点数就可以了。结构型式的选择PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块大印制电路板上，减少了插接件连接，结构紧凑，体积小，每一I/O点的平均价格也比模块式的便宜，所以小型PLC控制系统多采用整体式结构。模块式PLC的功能扩展，I/O点数的增减，输人与输出点数的比例，都比整体式方便灵活。维修时更换模块，判断与处理故障快速方便。因此；对于较复杂的要求较高的系统，一般选用模块式结构。PLC的主机选择以后，则相应的配套模块就可以根据控制系统的需要在主机对应的模块系列中选择，如通信模块、模拟量单元、显示输出单元等。五、系统调试系统调试分模拟调试和联机调试。硬件部分的模拟调试可在断开主电路的情况下，主要试一试手动控制部分的可靠性。软件部分的模拟调试可借助于模拟开关和PLC输出端的指示灯进行。需要模拟量信号I/O时，可用电位器和万用表进行。调试时，可利用上述外部设备模拟各种现场开关和传感器的状态，然后观察PLC的输出逻辑是否正确。如果有错误则修改程序后反复调试。现在PLC的主流产品都可在PC上编程，并可在PC上进行模拟调试。连机调试时，可把编制好的程序下载到现场的PLC中。有时PLC也许只有一台，这时就要把PLC安装到控制柜相应的位置上。调试时一定要先将主电路断开，只对控制电路进行连机调试。通过现场连机调试信号的接人常常会发现软硬件中的问题，有时厂家还要对某些控制功能进行改造，反复调试后，控制系统才能交付使用。示例一 交通信号灯的自动控制1、设计要求设计一个十字路口交通信号灯的控制程序。要求为：南北向红灯亮10秒，东西向绿灯亮4秒闪3秒，东西向黄灯亮3秒，然后东西向红灯亮10秒，南北向绿灯亮4秒闪3秒，南北向黄灯亮3秒，并不断循环反复。2、确定输入、输出端口、并编写程序。3、编译程序，无误后下载至PLC主机的存储器中，并运行程序。4、调试程序，直至符合设计要求。输入输出主机实验模块注释主机实验模块注释I0.0K1启动Q0.0A1红灯（上下）I0.1K2停止Q0.1A2绿灯（上下）1M24VQ0.2A3黄灯（上下）0V←→COM开关公共端Q0.3B1红灯（左右）Q0.4B2绿灯（左右）Q0.5B3黄灯（左右）CA1←→B1人行道红灯（上下）CA2←→B2人行道绿灯（上下）CB1←→A1人行道红灯（左右）CB2←→A2人行道绿灯（左右）1L24V示例二舞台灯的PLC控制设计要求舞台灯光控制可以采用PLC来控制，如灯光的闪耀、移位及各种时序的变化。舞台灯控制模块共有7组指示灯组成，如下图所示：舞台灯控制示意图现要求1～7组灯闪亮的时序如下： （1）1～7号灯依次点亮。（2）重复（1），循环往复。2、确定输入、输出端口、并编写程序3、编译程序，无误后下载至PLC主机的存储器中，并运行程序。4、调试程序，直至符合设计要求。输入输出主机实验模块注释主机实验模块注释I0.0K1启动Q0.01灯1区I0.1K2停止Q0.12灯2区1M24VQ0.23灯3区0V←→COM开关公共端Q0.34灯4区Q0.45灯5区Q0.56灯6区Q0.67灯7区1L、2L24V设计题PLC彩灯控制系统随着社会市场经济的不断繁荣和发展，各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出现在城市中。在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。小型的彩灯多为采用霓虹灯管做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。本设计题要求掌握PLC在不同变化类型的彩灯控制中的应用，灯的亮灭、闪烁时间及流动方向的控制均通过PLC来达到控制要求。1彩灯常见的工作模式

在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：长明灯、流水灯及变幻灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程。流水灯负载变化频率高，变换速度快，使人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形。变幻灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地