《PLC控制系统设计》PPT课件.ppt

1,2,PLC控制系统设计概述,逻 辑 设 计 法,时 序 图 设 计 法,经 验 设 计 法,顺 序 控 制 设 计 法,继电器控制电路转换设计法,多种工作方式系统的程序设计,3,本章重点,本章难点,4,PLC控制系统设计概述,一、PLC控制系统设计的基本步骤,1. 对控制任务作深入的调查研究,弄清哪些是PLC的输入信号，是模拟量还是开关量信号，用什么方式来获取信号；, 哪些是PLC的输出信号，通过什么执行元件去驱动负载；,弄清整个工艺过程和欲完成的控制内容；,5,了解运动部件的驱动方式，是液压、气动还是电动；,了解系统是否有周期运行、单周期运行、手动调整等控制要求等；,了解哪些量需要监控、报警、显示，是否需要故障诊断，需要哪些保护措施等；,了解是否有通信连网要求等。,6,2. 确定系统总体设计方案,在深入了解控制要求的基础上，确定电气控制总体方案。, 确定主回路所需的各电器，确定输入、输出元件的种类和数量；,3. 确定系统的硬件构成, 确定保护、报警、显示元件的种类和数量；, 计算所需PLC的输入/输出点数，并参照其他要求选择合适的PLC机型。,7,4确定PLC的输入/输出点分配,确定各输入/输出元件并作出PLC的I/O分配表。, 根据控制要求，拟订几个设计方案，经比较后选择出最佳编程方案。,当控制系统较复杂时，可分成多个相对独立的子任务，分别对各子任务进行编程，最后将各子任务的程序合理地连接起来。,5设计应用程序,8,6应用程序的调试,编写的程序必须先进行模拟调试。经过反复调试和修改，使程序满足控制要求。,在开始制作控制柜及控制盘之前，要画出电气控制主回路电路图。,7制做电气控制柜和控制盘,要全面地考虑各种保护、连锁措施等问题。,在控制柜布置和敷线时，要采取有效的措施抑制各种干扰信号。,要注意解决防尘、防静电、防雷电等问题。,9,8连机调试程序,调试前要制定周密的调试计划，以免由于工作的盲目性而隐藏了故障隐患。,程序调试完毕，必须运行实际一段时间，以确认程序是否真正达到控制要求。,9编写技术文件,整理程序清单并保存程序，编写元件明细表，整理电气原理图及主回路电路图，整理相关的技术参数，编写控制系统说明书等。,10,二、PLC的应用程序,1应用程序的内容,应能最大限度地满足控制要求。,（1）初始化程序。,将某些数据区清零；使某些数据区恢复所需数据；对某些输出位置位/复位；显示某些初始状态等。,初始化程序可以为系统启动作好必要的准备，如：,应用程序还应包括以下内容：,11,（2）检测、故障诊断、显示程序。,这些内容可以在程序设计基本完成时再进行添加。有时，它们也是相对独立的程序段。,（3）保护、连锁程序。其作用为：,杜绝由于非法操作等引起的逻辑混乱，保证系统安全、可靠地运行。,通常在PLC外部也要设置连锁和保护措施。,12,2应用程序的质量,（1）程序的正确性。,正确的程序必须能经得起系统运行实践的考验。,（2）程序的可靠性。,能保证系统在正常和非正常（短时掉电、某些被控量超标、某个环节有故障等）情况下都能安全可靠地运行。,能保证在出现非法操作（如按动或误触动了不该动作的按钮等）情况下不至于出现系统失控。,13,（3）参数的易调整性好。,经常修改的参数，在程序设计时必须考虑怎样编写才能易于修改。,（4）程序结构简练。,简练的程序，可以减少程序扫描时间、提高PLC对输入信号的响应速度。,（5）程序的可读性好。,14,逻 辑 设 计 法, 根据控制功能，将输入与输出信号之间建立起逻辑函数关系（可先列出逻辑状态表）；, 对上述所得的逻辑函数进行化简或变换；, 对化简后的函数，利用PLC的逻辑指令实现其函数关系（作出I/O分配，画出PLC梯形图）；,逻辑设计法的基本步骤, 添加特殊要求的程序。, 上机调试程序，进行修改和完善。,15,逻 辑 设 计 法 举 例 之一,要求：走廊灯Z由三个开关A、B、C控制，A、B、C三开关分别置于走廊东侧、中间及西侧，一个人只能在一个地方对一个开关实施控制。任何一个开关动作，都要引起灯的状态翻转。,假设初始条件为: 当开关全OFF时，灯OFF。（正逻辑）此处可通过列出真值表的方法来得到灯Z的逻辑表达式。表中的箭头表示当某一个开关的状态发生转移时，灯的状态相应也发生翻转。,16,0 0 0 0,1,1,1,1,0,0,0,假设初始条件为: 当开关全OFF时，灯OFF。（正逻辑）此处可通过列出真值表的方法来得到灯Z的逻辑表达式。表中的箭头表示当某一个开关的状态发生转移时，灯的状态相应也发生翻转。,由真值表可直接写出逻辑表达式为：,Z=ABC+ABC+ABC+ABC,17,设A、B、C三个控制开关作为输入信号分别接到PLC的00000、00001、00002三个输入端子，走廊灯Z作为输出信号与PLC的01000端子相连（以CPM1A机型端子为例）。则根据逻辑表达式，我们可画出该控制过程的梯形图程序。,18,假设初始条件为:开关全OFF，灯ON。（负逻辑）,19,逻 辑 设 计 法 举 例 之二,某系统中有3台通风机，欲用一台指示灯显示通风机的各种运行状态。,要求：2台及2台以上风机开机时，指示灯常亮；若只有一个台开机时，指示灯以0.5Hz的频率闪烁；全部停机时，指示灯以2Hz的频率闪烁。用一个开关控制系统的工作。,分析控制要求可知：,反映台风机运行状态的信号是PLC的输入信号；,要用PLC的输出信号来控制指示灯的亮、灭。,20,对逻辑关系简单的控制，可以直接进行I/O分配。,I/O分配为如下：,21,用辅助继电器2000020002表示指示灯的几种状态。,由表可看出：,常亮,2 Hz闪,0.5 Hz闪,风机1,风机3,风机2,设开机为1、停为0 ；指示灯亮和闪为1，灭为0。,22,将2000020002的逻辑表达式化简：,化简得： 20000=00000 00001+ 00000 00002 + 00001 00002,23,设计梯形图程序,常亮,控制开关,2 Hz闪,0.5 Hz闪,24,逻 辑 设 计 法 举 例 之 三,某系统中有4台通风机，欲用两台指示灯显示通风机的各种运行状态。,要求：3台及3台以上风机开机时，绿灯常亮；两台开机时，绿灯以5Hz的频率闪烁；一台开机时，红灯以5Hz的频率闪烁；全部停机时，红灯常亮。,分析控制要求得知：,反映各台风机运行状态的信号是PLC的输入信号；,要用PLC的输出信号来控制各指示灯的亮、灭。,上述几种运行情况可分开考虑，以简化程序设计。,25,本例，用A、B、C、D表示4台通风机，红灯为F1，绿灯为 F2；设灯亮为“1”、灯灭为“0”； 风机开为“1”、停为“0” 。,1. 红灯（F1）常亮的程序设计,当4台风机都不开机时，红灯常亮，其逻辑关系可列表为：,由表可得函数：,由式（1）可画出梯形图如下：,A B C D F1 0 0 0 0 1,26,2. 绿灯（F2）常亮的程序设计,A B C D F2 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1,能引起绿灯常亮的情况有5种，列逻辑状态表如下：,由此得逻辑函数为：,将式（2）化简为：,F2 = AB（D+C）+CD（A+B） （3）,根据式（3）画梯形图：,27,3. 红灯（F1）闪烁的程序设计,A B C D F1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1,根据红灯闪烁的情况列表如下（设闪烁为“1” ）：,由表得逻辑函数为：,将式（4）化简为：,根据式（5）画梯形图：,25501产生5Hz的脉冲,28,4. 绿灯（F2）闪烁的程序设计,A B C D F2 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1,根据绿灯闪烁的情况列表如下（设闪烁为“1” ）：,由此得逻辑函数为：,将式（6）化简为：,29,根据式（7）画梯形图如下：,30,5. 根据所选用的PLC机型，作出I/O分配表。用PLC的I/O点编号替换梯形图中的变量。,（1）作I/O分配表（本例使用的PLC是CPM1A）：,（2）将上面各梯形图中的A、D、C、D、F1、F2用 表中的PLC输入/输出点编号替换。,作其梯形图如下：,31,下面以红灯的程序为例说明合并的方法。,6. 综合几个梯形图，得出最后的程序。,两张图的合并应作如图处理。,照此处理绿灯及整个程序。,红灯的程序,7. 上机调试程序，进一步修改、完善。,32,时 序 图 设 计 法,若PLC各输出信号的状态变化有一定的时间顺序，可由时序图入手进行程序设计。,(1) 根据各输入、输出信号之间的时序关系，画出输入和输出信号的工作时序图。,(2) 把时序图划分成若干个区段，确定各区段的时间长短。找出区段间的分界点，弄清分界点处各输出信号状态的转换关系和转换条件。,一般方法为：,33,(3) 确定所需的定时器个数，分配定时器号，确定各定时器的设定值。,(4) 明确各定时器开始定时和定时到两个时刻各输出信号的状态。最好作一个状态转换明细表 。,(5) 作PLC的I/O分配表。,(6) 根据时序图、状态转换明细表和I/O分配表，画出PLC梯形图。,(7) 作模拟实验，进一步修改、完善程序。,34,时序图设计法举例一,小车,甲地,丙地,SQ1,SQ3,乙地,SQ2,料斗,一、控制功能要求分析,送料小车的工作循环过程：,启动,第一次装料,第一次向右行,第一次返回,第二次装料,第二次向右行,第二次返回,二、选择元器件、执行机构,启动,停止,按钮,甲地,乙地,丙地,行程开关,小车右行,小车返回,接触器,SB1 SB2,SQ1 SQ2 SQ3,KM1 KM2,(乙地),(丙地),(甲地),(甲地),(20s),(20s),(10s),(10s),35,三、统计I/O点数、PLC选型,输入点数,I/O点数,选择PLC型号:,5,四、I/O分配,输出点数,CPM1A-10CDR-A,留取裕量,+1,+1,6+3=9,2,I/O分配表,36,五、PLC程序设计,1、状态分析,启 00000,停 00001,20000,C002,20s 20s 20s,10s 10s,10s,37,2、梯形图编程,返回本章首页,38,系统设计的步骤 (总结),1. 熟悉被控对象 2. 选择电气元件及执行机构 3. PLC选型 4. I/O分配 5.程序设计 6. 程序测试 7 .设计操作台、电气控制柜 8 .编写设计说明书和使用说明书,返回本节,小 结,39,时序图设计法举例二,图为十字路口上的红、黄、绿交通信号灯。绿灯亮放行、红灯亮禁行。,控制要求：, 放行时间：南北方向为30秒，东西方向为20秒。,禁行预告：欲禁行方向的黄灯和欲放行方向的红灯 以5Hz的频率闪烁5秒， 5秒后另一个方向放行。, 只用一个控制开关对系统进行运行控制。,40,（1）分析控制要求，确定输入和输出信号。,原则：在满足控制要求的前提下，应尽量少占用PLC的I/O点数。,对本例，由控制开关输入的信号是输入信号；指示灯的亮、灭由PLC的输出信号控制。,由于同方向的同色灯在同一时间亮、灭，可将同色灯并联，用一个输出信号控制。这样只占6个输出点。,41,（2）画出各方向三色灯的工作时序图。,（3）由时序图分析各输出信号之间的时间关系。,红灯和绿灯常亮的时间相同（30s/ 20s） ；黄灯和红灯闪烁的时间相同（5s） 。,42,一个循环有4个时间分界点：t1 、 t2 、 t3 、 t4 。 在这4个分界点处信号灯的状态将发生变化。,（4）确定信号灯的状态转换点。,43,用TIM000TIM003 4个定时器控制信号灯的状态转换。,（5）确定定时器的个数及编号。,TIM000,TIM001,TIM002,TIM003,44,（6）列出定时器的功能明细表。,45,46,47,（6）根据定时器功能明细表和I/O分配，画出PLC的梯形图。,（7）作PLC的I/O分配表。,本例要求用一个控制开关进行控制。这里将全部程序放在指令IL/ILC 之间，用00000作为指令IL的执行条件，即可实现控制要求。,48,系统启动,南北绿/东西 红亮30秒定时,南北黄/东西 红闪5秒定时,东西绿/南北 红亮20秒定时,东西黄、南北 红闪5秒定时,49,经 验 设 计 法,经验设计法的基础是：具有继电器控制的设计经验，熟练掌握PLC指令的功能。,典型控制电路包括：电动机的启保停控制、正/反转控制、点动控制、 Y-启动控制、几台电动机的连锁控制、异地控制、掉电保持等等。,一、典型控制电路的PLC程序设计,所谓设计经验，是指能熟练掌握典型继电器控制电路的设计思路，并能将这种设计思路移植到PLC程序设计中。,50,1. 启保停控制程序,下图是常用的启保停PLC控制程序。,要区别不同场合，采用不同的启保停控制程序。,51,2. 电动机正反转控制程序,下面是正反转控制的程序设计(尚有其他方案)。,为确保运行可靠,要采取软、硬件两种互锁措施。,正转启动,反转启动,停车按钮,正转接触器,反转接触器,52,经验法编程举例,在两处往返装料/卸料的小车，工作过程如图。,要求：小车单数次运行时，在ST3卸料。偶数次运行时，ST3处不卸，而在ST2处卸料。,装料15s 、卸料10s。,I/O分配表,53,右行启动,左行启动,ST3,ST2,ST1,系统程序,00004,00005,00003,单数次运行,54,右行启,左行启,ST3,ST2,ST1,偶数次运行,00004,00005,00003,55,继电器控制电路转换设计法,在继电器控制电路的基础上，经过转换，将继电器控制设计出PLC控制。,关于转换的几个问题,1各种继电器、接触器、电磁阀、电磁铁等的转换,这些电器的线圈是PLC的执行元件，要为它们分配相应的PLC输出继电器号。,中间继电器可以用PLC的内部辅助继电器来代替。,56,2常开、常闭按钮的转换,用PLC控制时，启动和停车一般都用常开按钮。,使用常开和长闭按钮时，PLC的梯形图画法不同。,启动,停车,启动,停车,57,一般热继电器触点不接入PLC中，而接在PLC外部的启动控制电路中。,4. 时间继电器的处理,时间继电器可用PLC的定时器代替。,3热继电器的处理, PLC定时器的触点只有接通延时闭合和接通延时断开两种。可以通过编程设计出所需的时间控制。,58,将继电器控制电路转换成PLC梯形图,先对图中的电器进行I/O分配。,59,具有多种工作方式系统的程序设计,控制设备的工作方式可分为： 手动、单步、单周期、连续（自动） 。,手动：与点动相似,按下按钮运行、释放按钮停止；,单步：启动一次只能运行一个工作步；,单周期：启动一次只运行一个工作周期；,连续：启动后连续地、周期性地运行一个过程。,可分别设计各种工作方式的程序，最后综合起来。,60,多种工作方式系统的程序设计举例。,小车工作方式：手动、单步、单周期、自动。,操 作 盘,运料小车 控 制,执行自动方式之前,要用手动方式将小车调回装料（ST1）处。,方式选择开关,61,单周期工作方式：方式开关拨在单周期档。,小车完成一次循环回到00004即停，再启动需按00000。,启动按钮,控制位,单周期方式的功能表图,62,连续工作方式：方式开关拨在连续档。,完成一次循环回到00004，自动进入下个循环的运行。,连续方式的功能表图,连续状态控制,控制位,63,单步工作方式：方式开关拨在单步档。,按一次00000，小车完成一个工作步。,单步方式的功能表图,例如，按一次启动按钮00000，小车装料。装料结束(TIM000ON)即停。,再按一次启动按钮00000小车右行，到达卸料处 ST2 （ 00003 ）即停。,ST2,再按一次启动按钮00000，小车卸料。,64,单步、单周期和连续的功能表图可以合并成一个。,单步时00101断开，每步结束时都要按启动按钮，使00000 ON20101 ON。,单周期,单步,连续,连续状态控制位(ON),65,程序采用指令JMP/JME控制各种工作方式。,程序的总体结构,00100是手动/自动方式转换。,方式开关拨在手动方式时，常开触点00100 ON，故执行手动程序。,方式开关拨在其他自动方式时，常开触点00100 OFF，常闭触点00100 ON，故执行自动程序。,66,手动方式的程序,按住右行启动按钮 00104ON， 线圈00100 ON，小车右行。,卸料ST2,小车右行到位压ST2 常闭触点00003断开 01000 OFF 小车停。,按住卸料按钮00107ON，由于常开触点00003ON 00103 ON 小车卸料。,卸料结束按住左行启动按钮 00105ON 00101 ON 小车左行。,小车左行到位压ST1常闭触点00004断开小车停。,装料ST1,按住装料按钮00106ON，由于常开触点00004ON 00102 ON 小车装料。,按住右行启动按钮重复以上过程。,手动方式时不使用启动和停车按钮。,67,自动方式程序,连续状态,单步,连续,单周期,等待,自动/手动状态转换,启动按钮,原位,终点,68,控制位复位程序，即公用程序。,当自动方式转换到手动方式时，应将连续状态位20100和各步的控制位（手动方式不使用这些位）复位。,否则在返回到自动方式时会引起误动作。,手动方式,连续状态控制位,等待控制位,装料控制位,右行控制位,卸料控制位,装料控制位,69,多种工作方式的系统编程小结, 一般要用转换开关来完成各种方式之间的转换。, 一般要用跳转指令实现手动/自动程序的转换。,由自动方式转换为手动方式时，要注意编写复位程序，以免在转回自动方式时出现误动作。,