中职教育-机床电气及plc控制(高教版)课件：课题十-PLC控制系统的设计(李乃夫-刘鹏飞-韩俊青)编

《电工电子技术》主编李乃夫刘鹏飞

韩俊青副主编

王洪华

宋

阳

王燕燕参

编

周伟贤

周文煜

张军枚

教学课件“十二五”职业教育国家规划教材【学习目标】

1.了解PLC控制系统设计的一般方法与步骤。2.培养控制系统设计的初步能力，能够设计简单的PLC控制系统。3.能够编制基本的技术文件。课题10PLC控制系统的设计【新课导入】

1.简略回顾课题9的内容并尽快导入本课。

2.简略介绍本课题（教材“项目10”）的主要教学内容与4学时的教学安排。【学习任务】学习任务10.1：设计方法学习任务10.2：选题解读学习任务10.3：选题设计学习任务10.1设计方法

PLC控制系统的一般设计方法与步骤

一、PLC控制系统设计的基本原则PLC控制系统的设计的基本原则是：⑴应能最大限度地满足控制对象的工艺要求，保证能按照工艺流程准确且可靠地工作。⑵系统的构成应力求简单、实用，系统易操作，使用维修方便。⑶设计合理、经济，投资少，节约能源。⑷考虑到今后生产发展和工艺改进的可能，在配置硬件设备时可适当留有扩展容量的余地。学习任务10.1设计方法

PLC控制系统的一般设计方法与步骤

二、选用PLC

控制系统的依据

随着PLC应用技术的不断普及，使得当今的工程技术人员在设计电气控制系统时，会有更多的机会考虑选用PLC控制。在传统的继电器－接触器控制系统和PLC控制系统、计算机控制系统这三种控制方式中，究竟选取哪一种更为合适，这需要从技术上的适用性、经济上的合理性等各方面进行比较论证。这里提供几点依据，仅供参考：⑴现场处于较差的工业环境，而对控制系统的工作可靠性、安全性要求又比较高。⑵控制对象的工艺流程比较复杂，输入、输出量以开关量为主(可以有少量的模拟量)，而逻辑控制部分采用继电器

控制难以实现。学习任务10.1设计方法

PLC控制系统的一般设计方法与步骤

二、选用PLC

控制系统的依据⑶I/O点数较多。这是一个相对的概念。在20世纪70年代，人们普遍认为I/O点数应在70点以上选用PLC才合算；到了80年代，降为40点左右；现在，随着PLC性价比的不断提高，当总点数达10点以上就可以考虑选用PLC了。⑷有较大的工艺流程变化或控制系统扩充的可能性。

三、PLC控制系统设计的基本步骤

下面以小型PLC的单机控制系统为例，介绍PLC控制系统设计和制作的基本步骤，如图10-1所示。

⒈分析控制对象及其工艺流程

作为设计控制系统的第一步，首先要对控制对象进行调查研究，搞清楚控制对象的工艺过程和控制要求，主要有：(P309)图10-1PLC控制系统基本设计步骤流程图学习任务10.1设计方法

PLC控制系统的一般设计方法与步骤

三、PLC控制系统设计的基本步骤⑴弄清楚整个控制过程的各个阶段和各阶段的特点，以及各阶段之间的转换条件，并画出工艺流程图；⑵了解机械运动部件的驱动、传动方式(是电动、气动还是液压)，运动部件与电器元件之间的关系；⑶了解输入、输出的信号(开关量、模拟量)和元件(输入开关、传感器，输出执行元件)；⑷了解控制系统的一些具体要求，如：是全自动还是半自动,有无手动控制、调整的要求,自动控制是周期性循环运行还是单周运行，有无显示、监控、故障诊断、报警的要求等等。PLC控制系统的一般设计方法与步骤

三、PLC控制系统设计的基本步骤

⒉选择PLC机型PLC机型的选择主要有功能选择、I/O点数确定和内存估计等三项内容。⑴功能选择

当今的PLC产品性能日趋完善，作为以开关量控制为主的单机控制系统，一般的小型机均能够适合一般控制系统的要求。在选择时，还要考虑I/O扩展模块、A/D与D/A转换模块、高速计数模块的配置，以及指令功能、中断能力和与外设的通信功能。在选型时应根据实际的需要，切忌“大材小用”造成浪费。⑵I/O点数的确定PLC控制系统的一般设计方法与步骤

三、PLC控制系统设计的基本步骤

⒉选择PLC机型

根据控制系统所需要的开关量、模拟量的I/O点数，选择PLC的I/O点数和种类(包括开关量、模拟量、输出规格等)。在满足控制要求的前提下，还要考虑价格和备用量两个因素：尽量简化系统的I/O点数以选用点数较少的机型可以降低成本；在可能的条件下留出10%～30%的备用裕量，以供系统增加功能时使用。⑶内存容量估计

用户程序所需要的内存容量主要与系统的I/O点数、控制难度及程序编制的水平有关，可按式（10-1）估算，再加上20%～30%的裕量。PLC控制系统的一般设计方法与步骤

三、PLC控制系统设计的基本步骤

⒉选择PLC机型

内存容量＝开关量I/O总点数×10＋模拟量通道数×100(字节)（10-1）

⒊程序规划

程序规划的主要内容是确定程序的总体结构、各控制功能的程序实现方式以及各程序块之间的衔接方式。同时应将I./O端口及内部寄存器使用的编排列表，以供程序设计时使用。

此后，就可以同步进行控制系统软、硬件的设计工作了。

⒋硬件设计

硬件部分的设计、配置包括外部电路的设计、绘制电气控制系统的总装配图和总接线图、设计组件的装配图和接线图，并在此基础上设计与制作电气控制柜(操作台)，并进行PLC

的安装与配线。PLC控制系统的一般设计方法与步骤

三、PLC控制系统设计的基本步骤

⒌软件设计

在进行硬件设计、配置的同时，可同步进行程序的设计、调试工作。

程序设计的主要任务是根据控制要求，把工艺流程图转换成程序(梯形图或助记符)。程序设计可根据需要采用所熟悉的方法，如经验法、状态流程图法、逻辑法等，或各种方法综合使用。

在程序编制好后，将程序输入PLC中，可用开关板和指示灯(或利用PLC面板上的输出指示灯)模拟输入信号和执行电器，进行程序初调。及时发现程序中的问题进行修改。PLC控制系统的一般设计方法与步骤

三、PLC控制系统设计的基本步骤⒍现场调试与试运行

在软、硬件的设计、装配、初调工作基本完成后，可进行现场调试。在调试之前，应该对PLC控制系统进行一次全

面地检查，检查的主要内容和步骤见(P311)表10-1中。

经过检查，在确认各方面都正常的情况下，可接通电源，将主机的工作方式开关置于“RUN”挡，进行试运行，按照程序设计流程图的逐步调试。对一些待定的参数(如定时器的预置值)，应在现场进行整定。对调试中出现的问题，要对症查找原因。试运行的时间应足够长，尽可能让各种异常情况充分暴露，以得到解决，最后达到整个系统准确可靠地工作为止。最后根据调试的结果整理出完整的技术文件。学习任务10.2选题解读选题1：电镀自动线PLC控制系统的设计

一、电镀自动线简介(P312)图10-2电镀自动线示意图选题1：电镀自动线PLC控制系统的设计

一、电镀自动线简介

图10-2为电镀自动线示意图，该电镀线共有四个缸：由右至左依次为电镀缸、清洗缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，最左边为悬挂电镀工件的位置。SQ3～SQ7分别为各个工位的行程开关，SQ1、SQ2为吊钩上、下极限位置行程开关。电镀的整个工艺过程为：待电镀的工件挂在最左边的挂件架上，当按下起动开关SB1，吊车的吊钩(图中未画出)上升将工件提起，升至吊钩的上限位置碰及行程开关SQ1停下；然后吊车向右前行(电动机正转)，到电镀缸的位置碰SQ7停下；然后吊钩下降(降至碰SQ2停止)，将工件浸入电镀液中；工件在电镀缸内电镀2min，然后吊钩提起；吊车左行后退(电动机反转)至清洗缸Ⅰ(碰SQ6)；吊钩下降，将工件浸入清水中清洗10s；然后吊钩提起，再到清洗缸Ⅱ、清洗缸Ⅲ各清洗10s，……，最后返回原位，将电镀好的工件放下，一个工作循环结束。整个过程共19个工步的状态流程图如图10-3所示，控制该过程所使用的主令电器及定时器列于表10-2。(P313)图10-3

电镀工艺流程图选题1：电镀自动线PLC控制系统的设计

二、控制要求⑴吊车的运行和吊钩的升降分别由电动机M1、M2拖动。M1和M2均采用笼型三相异步电动机，主要参数为：M1─1.5kW，380V，3.7A，1400r/min；M2─0.75kW，380V，2.1A，1390r/min。⑵按上述工作流程进行自动控制，并设有吊车前、后行，吊钩升、降点动控制按钮各一个。⑶在吊车前、后行，吊钩升、降的行程极限位置装有限位保护行程开关SQ8～SQ11(见图10-2)。⑷两台电动机均有短路和过载保护。电路有完善的各种常规电气保护。并装有电源、吊车前、后行、吊钩升、降共五盏信号指示灯，指示灯规格为1W、6.3V。选题2：三层电梯PLC控制系统的设计

一、三层电梯简介

三层简易电梯的结构示意图如图10-4所示。电梯的上、下行由一台三相异步电动机拖动，电动机正转时电梯上升，反转时下降。在一至三层的厅门外分别装有呼唤电梯的开关SB1、SB2、SB3，呼唤指示灯H1、H2、H3。轿厢运行的井道内装有一至三层的位置控制行程开关SQ1、SQ2、SQ3。在轿厢运行区间上、下行程终端装有限位保护行程开关SQ4、SQ5。在电梯轿厢内，装有起动/停机开关SA1、报警按钮SB6和故障报警电铃HA，以及手动(点动)上、下行按钮SB4、SB5。(P315)图10-4三层简易电梯结构示意图选题2：三层电梯PLC控制系统的设计

二、控制要求⒈当有呼唤信号时，电梯根据呼唤层站和当前所在位置作出是上行还是下行的判断；若有两个呼唤信号，则响应先发出的信号，到站后停留5s，再响应后发出的信号；若有同方向的两个信号，则可按顺序执行。例如：设电梯轿厢停在二楼，当有一楼的呼唤信号发出时，电梯下行，但此时又有三楼的呼唤信号发出，则电梯下行到一楼后停留5s，再上行到三楼。若在电梯离开一楼到达二楼的停层位置之前又有二楼的呼唤信号发出，则先到二楼停层5s后再上三楼。余此类推。⒉在电梯运行或停层时，均可操作起动/停机控制开关SA1使电梯暂停运行，此时可操作手动控制上、下行按钮开关SB4、SB5点动轿厢上、下行。选题2：三层电梯PLC控制系统的设计

二、控制要求⒊当轿厢超越行程终端限位位置或按下SB6时，电梯停止运行，并由报警电铃HA发出故障报警信号。⒋三层电梯的最大运行区间为两层楼的距离，若一次起动运行的时间超过20s，则令电动机停转并由HA报警。⒌电动机控制电路有各种常规的电气保护，如短路保护、电动机过载保护、正反转互锁保护等。⒍主要电气设备的参数：⑴拖动电动机M：5.5kW,380V,11.6A,1440r/min；⑵报警电铃HA：8W,220V；⑶呼唤指示灯HL1、HL2、HL3：1W,6.3V。选题3：自动验瓶机PLC控制系统的设计

自动验瓶机的功能是自动检测玻璃瓶是否合格，并把不合格品剔除。自动验瓶机控制系统示意图如图10-5所示，其具体控制要求如下：⑴按下起动按钮SB1，出瓶输送带电动机M3、回转托瓶台电动机M2、进瓶输送带电动机M1以8秒的时间间隔依次起动；按下停止按钮SB2，则M1、M2、M3以2分钟的时间间隔依次停止。⑵电动机M2运转，驱动如下三个机构同步运动：托瓶台的间歇回转、托瓶台上瓶子的匀速自转、进瓶星轮与出瓶星轮的旋转。托瓶台每转过一个工位，光电开关SQ输出一个脉冲。⑶由进瓶输送带送来的瓶子，由进瓶星轮送入工位1，随着托瓶台的间歇运转，逐一到达工位2～6。瓶子分别在工位2、工位3、工位4检测，若检测不合格则输出一个脉冲；当不合格瓶子到达工位5时，电磁阀YV动作，把瓶子拨落托瓶台；而合格品到达工位6，由出瓶星轮送往出瓶输送带。选题3：自动验瓶机PLC控制系统的设计(P318)图10-5自动验瓶机控制系统示意图步骤一：了解控制要求

步骤二：器材准备⒈确定PLC机型和I/O端口分配⒉配置器材步骤三：PLC控制系统设计

进行电镀自动线PLC控制系统的设计，包括：⒈根据控制要求选用FX2N系列PLC主机，进行控制系统硬件、软件的设计。⒉利用模型(或模拟开关板)调试程序，模拟运行。工作步骤学习任务10.3选题设计步骤三：PLC控制系统设计⒊编写设计说明书，基本内容应包括：⑴设计过程和有关说明；⑵PLC控制系统的电路图(用3号图幅)；⑶PLC控制程序(梯形图和助记符)；⑷电器元件的选择和计算过程；⑸电气设备明细表；⑹其他认为需要说明的问题(如程序的调试过程，遇到的问题及解决方法，认识和建议等)；⑺参考资料目录。工作步骤