PLC控制系统读图分析与编程剖析

PLC控制系统读图分析与编程一、一、PLCPLC控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则1 1满足被控对象的控制要求满足被控对象的控制要求 考虑将来发展的需要，考虑将来发展的需要，PLCPLC选用功能较强的新产品，选用功能较强的新产品，并留有适当的余量。并留有适当的余量。2 2系统安全、可靠系统安全、可靠3 3尽可能简单、经济、使用与维修方便尽可能简单、经济、使用与维修方便4 4具有高的性能价格比。具有高的性能价格比。PLCPLC控制系统设计的内容与步骤控制系统设计的内容与步骤二、二、PLCPLC控制系统设计步骤控制系统设计步骤 1 1分析被控对象，提出控制要求。分析被控对象，提出控制要求。2.2.确定输入、输出设备。确定输入、输出设备。3 3确定确定PLCPLC的的I/OI/O点数，选择点数，选择PLCPLC机型。机型。4 4分配分配I/OI/O点数，绘制点数，绘制PLCPLC控制系统输入、输出端子接线图。控制系统输入、输出端子接线图。5 5程序设计，绘制工作循环图或状态转移图。程序设计，绘制工作循环图或状态转移图。1 1）初始化程序；）初始化程序；2 2）控制程序；）控制程序；3 3）检测、故障诊断和显）检测、故障诊断和显示等程序；示等程序；4 4）保护和联锁程序。）保护和联锁程序。6 6程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。7 7调试过程结束，整理技术资料，投入使用。调试过程结束，整理技术资料，投入使用。PLCPLC控制系统设计的内容与步骤控制系统设计的内容与步骤PLC系统分析的基本内容系统分析的基本内容 采用可编程序控制器的系统结构图采用可编程序控制器的系统结构图 PLC系统分析的基本内容有：系统分析的基本内容有：v 了解和掌握了解和掌握PLC控制系统的控制对象的工作过程、控制系统的控制对象的工作过程、工艺要求工艺要求 v 掌握掌握PLC控制系统的电气、液压或气动系统的组成，分析电气、控制系统的电气、液压或气动系统的组成，分析电气、液压或气动系统的控制原理。要了解各个控制指令、检测信号和液压或气动系统的控制原理。要了解各个控制指令、检测信号和控制输出信号的作用和相互关系，了解它们与控制输出信号的作用和相互关系，了解它们与PLC的端口连接关的端口连接关系。系。v 控制软件的分析。控制软件的分析。PLC控制系统分析的核心是其控制软件的分析。控制系统分析的核心是其控制软件的分析。应用程序一般是可以从应用程序一般是可以从PLC中输出来的，可以在系统分析时加以中输出来的，可以在系统分析时加以利用。对于用不同编程语言编制的程序，应采取不同的分析方法。利用。对于用不同编程语言编制的程序，应采取不同的分析方法。可编程序控制器系统分析的常用方法：可编程序控制器系统分析的常用方法：v 文字叙述法文字叙述法：用自然语言平铺直叙地依次说明各编程元件的行用自然语言平铺直叙地依次说明各编程元件的行为和状态，是普遍采用的方法。为和状态，是普遍采用的方法。v 图形分析法图形分析法：梯形图程序中的编程元件，绝大部分只存在于两梯形图程序中的编程元件，绝大部分只存在于两种状态：对于逻辑运算值或为种状态：对于逻辑运算值或为“1”或为或为“0”，对于接点或接通或，对于接点或接通或断开，可用简单的线条或符号（图）来标明它们的状态断开，可用简单的线条或符号（图）来标明它们的状态 v 逻辑函数法：逻辑函数法：由于梯形图程序中编程元件只存在于两种状态之由于梯形图程序中编程元件只存在于两种状态之中，故可以利用逻辑代数来描述其控制规律，即中，故可以利用逻辑代数来描述其控制规律，即PLC的程序与逻的程序与逻辑函数式建立了对应关系。辑函数式建立了对应关系。PLCPLC控制系统设计步骤流程图控制系统设计步骤流程图v PLCPLC机型的选择机型的选择v I/OI/O点的数量和种类点的数量和种类v CPUCPU的速度的速度v 内存容量内存容量v 编程器编程器v 打印机打印机v I/OI/O模块模块v 通讯接口模块通讯接口模块v 通讯传输电缆通讯传输电缆 PLCPLC的硬件设置的硬件设置一、一、PLC机型选择机型选择结构形式结构形式 整体式整体式 模块式模块式安装方式安装方式 集中式集中式 远程远程IO式式 分布式分布式功能要求功能要求响应速度响应速度系统可靠性系统可靠性 输入器件：指连接到输入器件：指连接到PLC输入接线端子用于产生输入输入接线端子用于产生输入 信号的器件。信号的器件。分类分类 主令器件主令器件 检测器件检测器件 有源触点输入器件有源触点输入器件 无源触点输入器件无源触点输入器件输入信号输入信号 模拟信号模拟信号 数字信号数字信号 开关信号开关信号二、二、PLCI/O端口选择端口选择按钮、选择开关、数字开关按钮、选择开关、数字开关行程开关、接近开关、光电开关、继行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器辅助触点电器触点，接触器辅助触点行程开关、接近开关、光电行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器开关、继电器触点，接触器辅助触点辅助触点行程开关、接近开关、光电行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器开关、继电器触点，接触器辅助触点辅助触点压力传感器、温度传感器压力传感器、温度传感器数字开关数字开关按钮、转换开关、形成开关、按钮、转换开关、形成开关、触点触点 输出器件：指连接到输出器件：指连接到PLC输出接线端子用于执行程序输出接线端子用于执行程序 运行结果的器件。运行结果的器件。分类：分类：驱动负载驱动负载 显示负载显示负载 输出端口：输出端口：继电器输出继电器输出 晶体管输出晶体管输出 晶闸管输出晶闸管输出接触器、继电器、电磁阀接触器、继电器、电磁阀二、二、PLCI/O端口选择端口选择指示灯、数字显示装置、电指示灯、数字显示装置、电铃、蜂鸣器铃、蜂鸣器交直流负载交直流负载直流负载直流负载交流负载交流负载 I/O点数的确定点数的确定 I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。确定依据：将与确定依据：将与PLC相连的全部输入、输出器件根据所相连的全部输入、输出器件根据所需的电压、电流的大小和种类分别统计，考虑将来发展需的电压、电流的大小和种类分别统计，考虑将来发展的需要再相应增加的需要再相应增加 1015的余量的余量二、二、PLC I/O端口选择端口选择 CPU CPU的运行速度是指执行每一步用户程序的时间。的运行速度是指执行每一步用户程序的时间。对于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一对于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一般的般的PLCPLC机型都可使用。对于以模拟量为主的控制系统，机型都可使用。对于以模拟量为主的控制系统，则需考虑扫描速度，必须选择合适则需考虑扫描速度，必须选择合适CPUCPU种类的种类的PLCPLC机型。机型。三、三、CPU的速度的速度 远程远程I/OI/O模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远 离控制站离控制站 高速计数器模块：当高速计数器模块：当PLCPLC内部的高速计数器的最高计数内部的高速计数器的最高计数频率不能满足要求时，可选择使用频率不能满足要求时，可选择使用 定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位 通信联网模块：通信联网模块：PLCPLC与与PLCPLC之间，或之间，或PLCPLC与计算机之间的与计算机之间的通通 信与联网信与联网 模拟输入模块、输出模块：把流量、速度、压力、风力、模拟输入模块、输出模块：把流量、速度、压力、风力、张力等变换成数字量，及把数字量变换成模拟量，进行张力等变换成数字量，及把数字量变换成模拟量，进行输入、输出。输入、输出。四、四、PLC模块的选择模块的选择 PLC PLC的外围设备主要是人的外围设备主要是人机对话装置，用于机对话装置，用于PLCPLC的的编程和监控。通过人编程和监控。通过人机对话装置可以进行编程、调试机对话装置可以进行编程、调试及显示图形报表、文件复制、报警等。及显示图形报表、文件复制、报警等。PLCPLC外围外围设外围外围设备有编程器、打印机、备有编程器、打印机、EPROMEPROM写入器、显示器等。写入器、显示器等。五、五、PLC外围设备外围设备 我国优先选择我国优先选择220V220V的交流电源电压，特殊情况可选的交流电源电压，特殊情况可选择择24V24V直流电源供电。直流电源供电。输入信号电源，一般利用输入信号电源，一般利用PLCPLC内部提供的直流内部提供的直流24V24V电电源。对于带有有源器件的接近开关可外接源。对于带有有源器件的接近开关可外接220V220V交流电源，交流电源，提高稳定避免干扰。提高稳定避免干扰。选用直流选用直流I/OI/O模块时，需要外设直流电源。模块时，需要外设直流电源。六、电源电压的选择六、电源电压的选择 PLC PLC的软件设计指的软件设计指PLCPLC控制系统中用户程序的设计。控制系统中用户程序的设计。第三节第三节 PLCPLC的软件设计的软件设计设计内容设计内容控制流程图控制流程图梯形图梯形图状态转移图状态转移图指令表指令表设计方法设计方法翻译法翻译法状态转移图法（状态转移图法（SFC)逻辑设计法逻辑设计法经验设计法经验设计法 用用PLCPLC中软元件，代替原继电器中软元件，代替原继电器接触器控制线路图接触器控制线路图中的元器件，直接翻译成梯形图的方法。主要用于对中的元器件，直接翻译成梯形图的方法。主要用于对旧设备、旧控制系统的技术改造。旧设备、旧控制系统的技术改造。设计举例设计举例 正反转正反转 时间控制时间控制 卧式镗床的卧式镗床的PLCPLC改造改造 第三节第三节 PLCPLC的软件设计的软件设计一、翻译法一、翻译法 第三节第三节 PLCPLC的软件设计的软件设计设计方法与步骤设计方法与步骤 v 分析原有系统的工作原理分析原有系统的工作原理 v PLCPLC的的I/OI/O分配分配 ：确定系统的输入设备和输出设备，进行：确定系统的输入设备和输出设备，进行PLCPLC的的 I/OI/O分配，画出分配，画出PLCPLC外部接线图外部接线图 v 建立其他元器件的对应关系：确定继电器电路图中的中间继电器、建立其他元器件的对应关系：确定继电器电路图中的中间继电器、时间继电器等各器件与时间继电器等各器件与PLCPLC中的辅助继电器和定时器的对应关系。中的辅助继电器和定时器的对应关系。一、翻译法一、翻译法SBSB1SB2KM1KM2KM2KM1KM2KM1COMX0X1X2Y1Y2COM一、翻译法一、翻译法SBSB1SB2KM1KM2X1X0X0X2Y2Y1Y2Y2Y1Y1 正反转正反转SB1SB2COMX1X2Y1Y2KM1KM2COMKTSB2SB1KM1KTKM1KM2X1X0KTY1Y2Y1T0K30 定时器定时器卧式镗床的卧式镗床的PLC改造说明改造说明 镗床的主轴电机M1是双速异步电动机；继电器KM1和KM2控制主轴电机的正反转；接触器KM4、KM5和时间继电器KT控制主轴电机的变速；接触器KM3用来短接串联在定子回路的制动电阻。SQ1、SQ2和SQ3、SQ4是变速操纵盘上的限位开关；SQ5和SQ6是主轴进刀与工作台移动互锁限位开关；SQ7和SQ8是镗头架和工作台的正、反向快速移动开关。SQ：高速接通。卧式镗床的卧式镗床的PLC改造的改造的I/O接线图接线图卧式镗床的卧式镗床的PLC改造的梯形图改造的梯形图在在PLC发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，不断地增加中间编程元件和辅助触点，最后才能得修改梯形图，不断地增加中间编程元件和辅助触点，最后才能得到一个较为满意的结果。到一个较为满意的结果。这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是惟一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者最后的结果不是惟一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法叫做经验设计法，的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法叫做经验设计法，它可以用于较简单的梯形图的设计它可以用于较简单的梯形图的设计 设计举例设计举例 第三节第三节 PLCPLC的软件设计的软件设计二、二、梯形图的经验设计法梯形图的经验设计法 如图所示：刀架开始时在限位开关如图所示：刀架开始时在限位开关X4处，按下起动按钮处，按下起动按钮X0，刀架，刀架左行，开始钻削加工，到达限位开关左行，开始钻削加工，到达限位开关X3所在位置时停止进给，钻所在位置时停止进给，钻头继续转动，进行无进给切削，头继续转动，进行无进给切削，6s后定时器后定时器T0的定时时间到，刀的定时时间到，刀架自动返回起始位置。架自动返回起始位置。举例：举例：钻床刀架运动控制系统的梯形图程序设计钻床刀架运动控制系统的梯形图程序设计 以电动机正反转控制的梯形图为基础，设计出钻床刀架运动控以电动机正反转控制的梯形图为基础，设计出钻床刀架运动控制的梯形图如图所示。为使刀架自动停止在制的梯形图如图所示。为使刀架自动停止在Y0和和Y1前串联前串联X3和和X4的常闭触点，为使刀架在延时时间到自动返回在的常闭触点，为使刀架在延时时间到自动返回在X1的常的常开触点上并联开触点上并联T0的常开触点。的常开触点。X0是进给起动，是进给起动，X1是返回起动是返回起动按钮，按钮，X2是停止按钮，是停止按钮，X10是过载保护。是过载保护。程序设计思路：程序设计思路：刀架开始时在限位开关刀架开始时在限位开关X4X4处，按下起处，按下起动按钮动按钮X0X0，Y0Y0的线圈的线圈“得电得电”，刀架，刀架开始左行，碰到左限位开关时，开始左行，碰到左限位开关时，X3X3的的常闭触点断开，使常闭触点断开，使Y0Y0“断电断电”，刀架，刀架停止左行。停止左行。X3X3的常开触点闭合，使的常开触点闭合，使T0T0的线圈的线圈“得电得电”，开始进行无进给切，开始进行无进给切削延时。削延时。6s6s后，后，T0T0的常开触点闭合，的常开触点闭合，使使Y1Y1的线圈的线圈“得电得电”，刀架返回。刀，刀架返回。刀架离开左限位开关，架离开左限位开关，X3X3的常开触点断的常开触点断开，使开，使T0T0的线圈的线圈“断电断电”。当刀架碰。当刀架碰到右限位开关，到右限位开关，X4X4的常闭触点断开，的常闭触点断开，使得使得Y1Y1线圈线圈“断电断电”，刀架停止在右，刀架停止在右限位开关限位开关X4X4处。处。针对顺序控制方式或步进控制方式的程序设计。针对顺序控制方式或步进控制方式的程序设计。在程序设计时，首先将系统的工作过程分解成若干个在程序设计时，首先将系统的工作过程分解成若干个连续的阶段，每一阶段称为连续的阶段，每一阶段称为“工步工步”或或“状态状态”，以，以工步（或状态）为单元，从工作过程开始，一步接着工步（或状态）为单元，从工作过程开始，一步接着一步，一直到工作过程的最后一步结束。一步，一直到工作过程的最后一步结束。所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。顺序控制设计法又称步进控制设计法。进行操作。顺序控制设计法又称步进控制设计法。三、状态转移图（三、状态转移图（SFC）设计法）设计法 顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称步（若干个顺序相连的阶段，这些阶段称步（StepStep），并且用编程元件），并且用编程元件（例如辅助继电器（例如辅助继电器M M和状态器和状态器S S）来代表各步。如图）来代表各步。如图 （a)a)（1）、步的划分）、步的划分 使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，转换条件可能是外部输入信使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通断开等，也可能是可编程序控号，如按钮、指令开关、限位开关的接通断开等，也可能是可编程序控制器内部产生的信号制器内部产生的信号如如定时器、计数器常开触点的接通等，转换条件也可定时器、计数器常开触点的接通等，转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。如图能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。如图(b)中的中的SB、SQ1、SQ2、SQ3均为转换条件。均为转换条件。（2）、转换条件的确定）、转换条件的确定（3）绘制状态转移图与梯形图）绘制状态转移图与梯形图S20M8002X0Y1S21X1Y2S22X2Y3S23X3Y4X4S0SET S20SET S0Y1SET S21Y2SET S22Y3SET S22Y4S0RETENDLD M8002 SET S0 SEL S0LD X0SET S20 传统的自动控制系统由继电器传统的自动控制系统由继电器接触器控制组成，存接触器控制组成，存在故障多、可靠性差、工作寿命短、不易检修等缺点。在故障多、可靠性差、工作寿命短、不易检修等缺点。随着随着PLC的普及和完善，以及的普及和完善，以及PLC本身所具有的高可靠本身所具有的高可靠性、易编程修改的特点，在自动控制系统中应用取得了性、易编程修改的特点，在自动控制系统中应用取得了良好的效果。良好的效果。如：如：MPS主生产计划主生产计划(master production schedule）模块）模块化自动生产加工系统化自动生产加工系统 智能群控电梯控制系统智能群控电梯控制系统MPSMPS生生产产加加工工系系统统智能群控电梯智能群控电梯此课小结1.1.本章主要讲述本章主要讲述PLCPLC控制系统设计的步骤、内容和方法。控制系统设计的步骤、内容和方法。内容包括硬件设置和软件设计两方面。内容包括硬件设置和软件设计两方面。2.2.会合理选择硬件。会合理选择硬件。3.3.掌握翻译法、顺序功能图法和经验设计法。掌握翻译法、顺序功能图法和经验设计法。4.4.能用能用PLCPLC设计自动控制系统。设计自动控制系统。