三菱FX系列PLC原理及应用 课件 第8章可编程控制系统设计及应用

PLC控制

系统设计及应用实例值不值得做？该不该做？如何去做PLC控制系统设计的基本内容设计步骤：1.熟悉被控对象，明确控制要求2.确定系统结构3.硬件和软件设计4.现场联机运行软硬件总调试5．技术文件的整理作为当代工程师，在进行系统设计时不仅要进行专业设计，还要综合考虑多方面因素，从经济角度考查值不值得做，从社会角度考虑该不该做。（PLC控制系统设计的基本内容）设计步骤1.熟悉被控对象，明确控制要求首先应深入现场进行调查研究，收集资料分析系统的工艺要求。在1960年冬天，清华大学郑维敏就带领着学生，为首钢300小型轧钢厂的设计，与厂里的技术工人紧密合作，连续几个月深入在现场。自动控制及系统工程专家郑维敏2.确定系统结构确定电气控制系统是手动、半自动还是自动方式，是单机还是多机控制。确定系统的功能，包括显示、故障报警、通信和联网等。选择PLC的机型和容量，选择I/O模块、电源模块等，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、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）

，准备好设备元器件清单。PLC选型规模与控制要求相适应2.功能结构与控制要求相适应3.存储器容量4.输入、输出功能及负载能力的选择5.扩展模块配置存储器容量：（1）内存容量指令条数约等于：I/O总点数的10~15倍。（2）也可以综合考虑内存指令条数约等于：6*I/O总点数+2(T+C)，其中T为定时器个数，C为计数器个数。（3）对于复杂的系统，需要考虑增加内存容量，模拟量通道数*100（字）和通信端口数*300（字）。3.硬件和软件设计（1）硬件设计硬件设计包括PLC选型，输入输出端口配置，电气电路的设计与安装。（2）软件设计对于较复杂的控制系统，需要按功能绘制系统软件流程图，设计出梯形图，编制程序清单。对程序进行模拟调试，并修改程序；对复杂的程序先进行分段调试，然后进行总调试。4.软硬件总调试数字孪生技术随着计算机技术的发展，智能制造概念的推进，使用仿真技术在虚拟环境中进行PLC软硬件的联调也在推广中，可以运用数字孪生技术通过虚拟的手段进行调试。5.技术文件的整理技术文件包括：电气原理图、程序清单、端口接线图，位置安装图和使用维修说明书等。程序设计方法1.经验法经验法是根据设计经验的典型电路，正确分析控制要求，并确定各控制的关键点，这种方法的缺点是软元件可能会使用较多，程序不够简洁。2.模块法将程序分成几个控制模块，比如初始化模块、手动程序模块、自动程序模块、系统演示模块和故障处理模块等。通过主程序和子程序的调用实现整个系统的运行。初始化模块主程序手动子程序自动子程序3.逻辑代数法根据组合逻辑或时序逻辑，将输出变量的逻辑关系表达式，利用逻辑代数的基本定律和运算法则，根据表达式写出梯形图。这种编程方法，逻辑关系清楚，程序简洁。4.图解法图解法是通过绘制时序图、流程图、波形图等设计方法，例如交通灯控制电路先绘制出时序图，然后编写梯形图。逻辑代数法：时序图：5.状态转移法对于较为复杂的加工程序，将控制过程分成若干个状态，并可以使用分支结构，绘制状态转移流程图，适合采用状态转移法编程。6.翻译法翻译法是将继电器的控制电路原理图直接翻译成梯形图，对于熟悉机电控制的人员常在技术改造中使用这种方法。X001X000X000X002Y002Y001Y002Y002Y001Y001SBSB1SB2KM1KM2KM2KM1KM2KM1梯形图电路图状态转移图程序设计的原则1.可读性（1）增加程序注释，程序块注释。包括每块程序的注释，关键段代码的用途注释，I/O变量和中间变量的注释。（2）设计的程序流程要清晰，注意模块化设计。（3）输入输出端口有规律，便于记忆与理解。（4）程序在设计时就对调试留有一定的余地，在调试完再进行删减整理。2.简单性程序设计使用标准化的程序框架，经常使用的功能，可以做成子模块，多次调用。3.可靠性在设计时要考虑到急停、过载、超限、超时等情况，另外也要对非正常工作条件（如临时停电）或非法操作（如一些按钮不按顺序按，或同时按若干按钮），对非正常工作条件的出现，可以通过增加联锁等方式，使程序不会因为误操作出错，也可以增加一段程序用于处理误操作情况，回到正常的程序。4.方便性在输入输出的设计中，以用户为中心，输入操作考虑方便用户的设计，使用按钮、旋钮等方式，避免复杂不容易理解的设计；输出采用指示灯、数码管、触摸屏等方式，让用户掌握运行的流程。5.扩展性在使用时可能会需要扩展功能，因此设计时在硬件和软件有考虑到扩展性。硬件上留出足够的余量，包括I/O端口以及通道口，软件上在编写的时把手动、自动和半自动调试方式预留好。6.报警和故障处理对工业现场中可能出现的情况，在设计时要设置声光等方式进行报警。故障处理时设置手动处理和自动处理，程序设置总复位功能，便于在设备出现故障情况下尽快恢复设备正常工作。以用户为中心，精益求精全自动洗衣机程序设计全自动洗衣机的控制要求：按电源按钮启动按标准洗涤按钮进水

正反转洗涤

排水

脱水整个洗涤过程循环3次蜂鸣器响3s后停机其中：正反转洗涤是正转2s

停1s

反转2s

停1s，共循环三次采用模块法逻辑代数法主控指令方法输入输出分配表模块法使用三个子程序分别实现：正反转洗涤排水脱水蜂鸣器报警主程序调用正反转子程序洗涤三次子程序主程序调用脱水子程序逻辑代数法进水电磁阀YOOO逻辑表达式：当按下X001按钮时启动，当洗完一次脱水定时器T5时间到启动，停止条件是进水水位X002达到以及按下停止按钮X010。正转电机YOO2逻辑表达式进水水位达到X002时启动，当正反转一次后M1标志位接通时启动，停止条件是定时器T1接通，正反转三次C0。采用主控嵌套结构采用三层主控嵌套结构实现洗衣机的控制程序。将从进水开始的洗涤大循环作为第一层主控结构，当按停止按钮X010跳出主控；标准洗涤作为第二层主控结构正反转一次为第三层主控结构采用主控嵌套结构采用三层主控嵌套结构实现洗衣机的控制程序。将从进水开始的洗涤大循环作为第一层主控结构，当按停止按钮X010跳出主控；标准洗涤作为第二层主控结构正反转一次为第三层主控结构水箱水位控制程序设计水箱水位控制程序设计典型的过程控制系统采用PLC实现PID控制器，需要进行A/D转换，变成数字量送到PID控制器进行控制运算，运算结果通过D/A转换送回到控制被控对象。其中：KP为比例增益，Td为微分放大系数，Ti为积分时间常数。ev(t)为误差信号，是sv(t)设定值与pv(t)测量值的差，ev(t)=sv(t)-pv(t)其中：D是输出值的数据寄存器，对应MV；S1对应SV是目标值的数据寄存器，S2对应PV是测量值的数据寄存器，S3是参数的数据寄存器，参数占有S3开始的28个数据寄存器。PID控制指令PID参数1.A/D转换使用FX3U-4AD模块实现A/D，A/D模块为单元号0。采用通道1电压输入，通道2、3、4不用。2.PID控制PID控制的输出存放在D2中放大8倍后，送到D30。PID转换PID参数设置3.D/A转换使用FX3U-4DA模块