LC控制系统的设计概述

PLC控制系统设计的基本原则与内容 PLC的选择 PLC与输入输出设备的连接 减少I/O点数的措施 提高PLC控制系统可靠性的措施 引言引言PLC控制系统与电器控制系统的比较控制系统与电器控制系统的比较l例：三相异步电动机单向运行电器控制系统 输入设备输入设备 输出设备输出设备 引言引言PLC控制系统与电器控制系统的比较控制系统与电器控制系统的比较l三相异步电动机单向运行PLC控制系统引言引言PLC工作原理工作原理 引言引言PLC工作原理工作原理 引言引言升降机上升控制例升降机上升控制例l货物升降机上升的连续运动电器控制l货物升降机上升的PLC控制5.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容 5.1.1 PLC控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则 在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计中最重要的一条原则。设计人员要深入现场进行调查研究，收集资料。同时要注意和现场工程管理和技术人员及操作人员紧密配合，共同解决重点问题和疑难问题。保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。不宜盲目追求自动化和高指标。适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。5.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容 5.1.2 PLC控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。5.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容 5.1.2 PLC控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤 PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择l分配I/O点：画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表。lPLC外围硬件线路：画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。l由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。5.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容 5.1.2 PLC控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤l程序设计：1）控制程序；2）初始化程序；3）检测、故障诊断和显示等程序；5）保护和连锁程序。l模拟调试：根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。l设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图；l设计系统各部分之间的电气互连图；l根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。l由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。5.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容 5.1.2 PLC控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤l联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。l全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。l技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。5.2 PLC的选择的选择 l随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。lPLC的选择主要应从等方面加以综合考虑。5.2 PLC的选择的选择 5.2.1 PLC机型的选择机型的选择 PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。安装方式有集中式、远程IO式以及多台PLC联网的分布式。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统 便于备品备件的采购和管理；有利于技术力量的培训和技术水平的提高，外部设备通用，资源可共享，易于联网通信。5.2 PLC的选择的选择 5.2.2 PLC容量的选择容量的选择 l在满足控制要求的前提下力争使用的IO点最少。l需要加上1015的裕量。l存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25之多。l在IO点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加2030的裕量。存储容量存储容量(字节字节)开关量开关量I/O点数点数10 模拟量模拟量I/O通道数通道数100l存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。5.2 PLC的选择的选择 5.2.3 IO模块的选择模块的选择 1）输入信号的类型及电压等级）输入信号的类型及电压等级 有三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境。开关量输入模块的有：直流5、12、25、58、50等；交流110、220等。一般5、12、25用于传输距离较近场合，如5输入模块最远不得超过米。距离较远的应选用输入电压等级较高的。5.2 PLC的选择的选择 5.2.3 IO模块的选择模块的选择 2）输入接线方式）输入接线方式:主要有两种接线方式 5.2 PLC的选择的选择 5.2.3 IO模块的选择模块的选择 3）注意同时接通的输入点数量）注意同时接通的输入点数量 对于选用高密度的输入模块(如32点、58点等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的50。4）输入门槛电平）输入门槛电平 门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。5.2 PLC的选择的选择 5.2.3 IO模块的选择模块的选择 1）输出方式）输出方式 开关量输出模块有三种方式 ：价格便宜，可以驱动交、直流负载，适用的电压大小范围较宽、导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。对于频繁通断的负载，应该选用或，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。5.2 PLC的选择的选择 5.2.3 IO模块的选择模块的选择 2）输出接线方式）输出接线方式 开关量输出模块主要有两种接线方式5.2 PLC的选择的选择 5.2.3 IO模块的选择模块的选择 3）驱动能力）驱动能力 应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，。4）注意同时接通的输出点数量）注意同时接通的输出点数量 一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的50 5）输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关）输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关 与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。5.2 PLC的选择的选择 5.2.3 IO模块的选择模块的选择 （A/D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；(D/A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。典型模拟量I/O模块的量程为等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其等因素。一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）5.2 PLC的选择的选择 5.2.3 IO模块的选择模块的选择 PLC厂家相继推出了一些具有特殊功能的I/O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I/O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。5.2 PLC的选择的选择 5.2.3 IO模块的选择模块的选择 1）电源模块的选择）电源模块的选择 电源模块选择仅对于模块式结构的PLC而言，对于整体式PLC不存在电源的选择。电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。2）编程器的选择）编程器的选择 3）写入器的选择）写入器的选择 为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏RAM中的用户程序，可选用EPROM写入器，通过它将用户程序固化在EPROM中。有些PLC或其编程器本身就具有EPROM 写入的功能。5.3 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 5.3.1 PLC与常用输入设备的连接与常用输入设备的连接 5.3 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 5.3.1 PLC与常用输入设备的连接与常用输入设备的连接 5.3 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 5.3.1 PLC与常用输入设备的连接与常用输入设备的连接 5.3 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 5.3.1 PLC与常用输入设备的连接与常用输入设备的连接 I-传感器的漏电流（mA）UOFF-PLC输入电压低电平的上限值（V）RC-PLC的输入阻抗（K）5.3 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 5.3.2 PLC与常用输出设备的连接与常用输出设备的连接 5.3 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 5.3.2 PLC与常用输入设备的连接与常用输入设备的连接 续流二极管的额定电流为1A、额定电压大于电源电压的3倍；电阻值可取50120电容值可取0.57F，电容的额定电压应大于电源的峰值电压。接线时要注意续流二极管的极性 5.3 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 5.3.2 PLC与常用输入设备的连接与常用输入设备的连接 5.3 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接 5.3.2 PLC与常用输入设备的连接与常用输入设备的连接 1）除了PLC输入和输出共用同一电源外，输入公共端与输出公共端一般不能接在一起；2）PLC的晶体管和晶闸管型输出都有较大的漏电流，尤其是晶闸管输出，将可能会出现输出设备的误动作。所以要在负载两端并联一个旁路电阻，旁路电阻R的阻值估算可由下式确定：UON是负载的开启电压（V），I是输出漏电流（mA）5.4 减少减少I/O点数的措施点数的措施 ：1）PLC的I/O点数不够，需要扩展，然而增加I/O点数将提高成本；2）是已选定的PLC可扩展的I/O点数有限，无法再增加。本节将介绍几种实用的减少I/O点数的措施。5.4 减少减少I/O点数的措施点数的措施 5.4.1 减少输入点数的措施减少输入点数的措施 5.4 减少减少I/O点数的措施点数的措施 5.4.1 减少输入点数的措施减少输入点数的措施 将某些功能相同的开关量输入设备合并输入。如果是几个常闭触点，则串联输入；如果是几个常开触点，则并联输入。有些输入信号功能简单、涉及面很窄，有时就没有必要 作为PLC的输入，将它们放在 外部电路中同样可以满足要求。5.4 减少减少I/O点数的措施点数的措施 5.4.2 减少输出点数的措施减少输出点数的措施 当两组输出设备或负载不会同时工作，可通过外部转换开关或通过受PLC控制的电器触点进行切换，所以PLC的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载。5.4 减少减少I/O点数的措施点数的措施 5.4.2 减少输出点数的措施减少输出点数的措施 注意PLC输出点同时驱动多个负载时，应考虑PLC输出点的驱动能力是否足够。利用PLC的逻辑处理功能，一个输出设备可实现多种用途。系统中某些相对独立、比较简单的控制部分，可直接采用PLC外部硬件电路实现控制。5.4 减少减少I/O点数的措施点数的措施 5.4.3 注意的问题注意的问题l以上一些常用的减少I/0点数的措施，实际应用中应该根据具体情况，灵活使用。l同时应该注意从而影响系统的可靠性。5.5 提高提高PLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施 PLC具有很高的可靠性，并且有很强的抗干扰能力，但在过于恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引起PLC内部信息的破坏而导致控制混乱，甚至造成内部元件损坏。为了提高PLC系统运行的可靠性，应注意以下问题：5.5 提高提高PLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施 5.5.1 适合的工作环境适合的工作环境 通常PLC允许的环境温度约在055C。安装时不要把发热量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足够的通风散热空间；不要把PLC安装在阳光直接照射或离暖气、加热器、大功率电源等发热器件很近的场所；安装PLC的控制柜最好有通风的百叶窗，如果控制柜温度太高，应该在柜内安装风扇强迫通风。PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85，以保证PLC的绝缘性能。湿度太大也会影响模拟量输入/输出装置的精度。因此，不能将PLC安装在结露、雨淋的场所5.5 提高提高PLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施 5.5.1 适合的工作环境适合的工作环境 不宜把PLC安装在有大量污染物（如灰尘、油烟、铁粉等）、腐烛性气体和可燃性气体的场所，尤其是有腐蚀性气体的地方，易造成元件及印刷线路板的腐蚀。远离有强烈振动和冲击场所，尤其是连续、频繁的振动。必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响。PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等，同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源，以及易产生强静电的地方。5.5 提高提高PLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施 5.5.2 合理的安装与布线合理的安装与布线 lPLC的IO电路都具有滤波、隔离功能，所以对外部电源要求不高l内部电源的性能好坏直接影响到PLC的可靠性，对其要求较高 在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该用，对PLC系统供电。还可以在隔离变压器二次侧。同时，在安装时还应注意以下问题：1）隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线连接，以抑制串模干扰；2）系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备起动时引起的线路压降；3）PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压电源，以保证正确的输入信号。否则可能使PLC接收到错误的信号。5.5 提高提高PLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施 5.5.2 合理的安装与布线合理的安装与布线 PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装，更不能与高压电器安装在同一个控制柜内。在柜内PLC应远离高压电源线，二者间距离应大于200mm。1)I/O线、动力线及控制线应分开走线，尽量不要在同一线槽中。2)交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线。3)开关量与模拟量的/线最好分开走线，传送模拟量信号的/线最好用屏蔽线，且屏蔽线的屏敝层应一端接地。5)PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高，很容易受干扰，不能与其它的连线敷埋在同一线槽内。5）PLC的I/O回路配线，必须使用压接端子或单股线。6)与PLC安装在同一控制柜内的感性元件，最好有消弧电路。5.5 提高提高PLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施 5.5.3 正确的接地正确的接地 lPLC一般最好单独接地，也可以采用公共接地，但禁止使用串联接地方式 lPLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地电阻要小于100，接地线的截面应大于mm2。5.5 提高提高PLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施 5.5.4 必须的必须的安全安全保护环节保护环节 应该在PLC外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。最好在每个负载的回路中都装上熔断器。除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行。PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。这种接线方法的另一个作用是，当特殊情况下需要紧急停机时，按下“停止”按钮就可以切断负载电源，而与PLC毫无关系。5.5 提高提高PLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施 5.5.5 必要的软件措施必要的软件措施 5.5 提高提高PLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施 5.5.5 必要的软件措施必要的软件措施 l超时检测超时检测：设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为参考，在PLC发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20左右。l逻辑错误检测逻辑错误检测：编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。l消除预知干扰消除预知干扰：某些干扰是可以预知的，如PLC的输出命令使执行机构（如大功率电动机、电磁铁）动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的干扰信号可能使PLC接收错误的信息。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁PLC的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。5.5 提高提高PLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施 5.5.5 采用采用冗余系统或热备用系统冗余系统或热备用系统 冗余系统是指系统中有多余的部分，在系统出现故障时，这多余的部分能立即替代故障部分而使系统继续正常运行。热备用系统的结构较冗余系统简单，虽然也有两个CPU模块在同时运行一个程序，但没有冗余处理单元RPU。系统两个CPU模块的切换，是由主CPU模块通过通信口与备用CPU模块进行通信来完成的。