电气控制与PLC控制基础理论-第六章课件

电气控制与PLC控制基础理论三菱FX2N系列PLC控制系统设计第六章第一节 PLC控制系统设计规则与步骤（c）错误（d）正确图6-1规则1的说明梯形图编程规则用梯形图编程时应注意以下规则：规则1 梯形图中的阶梯都是从左母线开始，终于右母线。线圈只能接在右母线上，不能直接接在左母线上，并且所有的触点不能放在线圈的右边，如图6-1所示。（a）错误（b）正确第一节 PLC控制系统设计规则与步骤（a）错误（b）正确图6-2规则2的说明梯形图编程规则规则2 多个回路串联时，应将触点最多的回路放在梯形图的最上面。多个并联回路串联时，应将触点最多的并联回路安排在梯形图的最左面，如图6-2所示。第一节 PLC控制系统设计规则与步骤（a）不可编程的桥式电路（b）变换后的可编程电路图6-3规则3的说明梯形图编程规则规则3 在梯形图中没有实际的电流流动，所谓“流动”，只能从左到右、从上到下单向“流动”。因此，如图6-3（a）所示的桥式电路是不能编程的，必须按逻辑功能等效转换成如图6-3（b）所示的电路后才可编程。第一节 PLC控制系统设计规则与步骤（b）串联多的电路尽量放在上部图6-4语句编程规则2使用说明命令语句表达式编程语句的编程一般是根据梯形图来进行的，应遵守以下规则：规则1 对梯形图进行语句编程时，应遵循从左到右，自上而下的原则。对于复杂的梯形图，可将其分成若干块，逐块编程，然后再将各块顺次连接起来。规则2 采用合理的编程顺序和适当的电路变换，尽量减少程序步数，以节省内存空间和缩短扫描周期，如图6-4所示。（a）并联多的电路尽量靠近左母线第一节 PLC控制系统设计规则与步骤PLC控制系统设计步骤为了保证系统应用程序设计及控制的准确性，需要深入了解被控对象的工作原理，清楚输入和输出变量及它们之间的关系，并用文字或表格的形式进行描述。所有的PLC编程环境都支持助记符程序设计语言和梯形图程序设计语言，在所有的PLC程序设计语言中，使用最多的是梯形图程序设计语言，现以梯形图程序设计语言为例来说明PLC应用系统的程序设计步骤。第一节 PLC控制系统设计规则与步骤梯形图程序设计注意事项（1）每个网络以接点开始，以线圈或功能指令结束，信号总是从左向右传递。（2）内部和中间继电器接点可以使用无数次，但继电器线圈在一个程序中只能使用一次。（3）有些系统要求程序结束时必须使用END指令，但有些可以不用。（4）中间继电器、定时器和计数器等功能性指令不能直接产生输出，必须用OUT指令才能输出。（5）在一个网络中要将得电条件和失电条件综合考虑，以保证控制的可靠性和准确性。（6）在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动，即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。第一节 PLC控制系统设计规则与步骤梯形图经验设计法步骤梯形图经验设计法是目前使用比较广泛的一种设计方法，该方法的核心是输出线圈，这是因为PLC的动作就是从线圈输出的（可以称为面向输出线圈的梯形图设计方法）。以下是一些经验设计步骤。（1）分析工艺流程并对系统任务进行分块（分解梯形图程序）。根据控制任务将要编制的梯形图程序分解成功能独立的子梯形图程序。（2）根据系统任务编制控制系统的逻辑关系图。（3）绘制各种电路图。绘制时主要考虑以下几点：在绘制PLC的输入电路时，不仅要考虑到输入信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，是否会把高电压引入到PLC的输入端。在PLC的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑PLC的输出模块的带负载能力和耐电压能力。要考虑电源的输出功率和极性问题。第一节 PLC控制系统设计规则与步骤编制PLC程序并进行模拟调试编制PLC程序时要注意以下问题：（1）以输出线圈为核心设计梯形图，并画出该线圈的得电条件、失电条件和自锁条件。（2）如果不能直接使用输入条件逻辑组合成输出线圈的得电和失电条件，则需要使用辅助继电器建立输出线圈的得电和失电条件。（3）如果输出线圈的得电和失电条件中需要定时或计数条件时，要注意定时器或计数器得电和失电条件。（4）如果输出线圈的得电和失电条件中需要功能指令的执行结果作为条件时，使用功能指令梯级建立输出线圈的得电和失电条件。（5）画出各个输出线圈之间的互锁条件。（6）画保护条件。根据以上要求绘制好梯形图后，将程序下载到PLC中，通过观察其输出端发光二极管的变化进行模拟调试，并根据要求进行修改，直到满足系统要求。第一节 PLC控制系统设计规则与步骤制作控制台和控制柜以上步骤完成后，就可以制作控制台和控制柜了。如果时间紧张，这一步可以和上述编制PLC程序同时进行。在制作控制台与控制柜时要注意开关、按钮和继电器等器件规格和质量的选择。设备的安装要注意屏蔽、接地和高压隔离等问题的处理。现场调试现场调试是整个控制系统完成的重要环节。只有通过现场调试，才能发现控制回路和控制程序之间是否存在问题，以便及时调整控制电路和控制程序，适应控制系统的要求。编写技术文件并现场试运行经过现场调试后，控制电路和控制程序就基本确定了，即整个系统的硬件和软件就被确定了。这时就要全面整理技术文件，包括整理电路图、PLC程序、使用及帮助文件。到此整个系统的设计就完成了。第二节 PLC控制系统设计应用实例图6-5液体混合装置两种液体混合装置控制系统设计1、两种液体混合装置控制要求某液体混合装置如图6-5所示。2、基于三菱FX2N系列PLC液体混合装置控制系统设计（1）PLC输入/输出端口分配PLC输入/输出端口分配见表6-1。输入输出启动按钮SB1 X0停车按钮SB2 X1液位传感器SL高 X2液位传感器SL中 X3液位传感器SL低 X4接触器KM Y0电磁阀YV1 Y1电磁阀YV2 Y2电磁阀YV3 Y3表6-1控制系统输入/输出端口分配表第二节 PLC控制系统设计应用实例图6-6PLC外部接线图两种液体混合装置控制系统设计2、基于三菱FX2N系列PLC液体混合装置控制系统设计（2）PLC外部接线图设计3、PLC控制程序设计本例动作要求简单，可采用经验设计法。初步设计的整个梯形图程序如图6-7所示。图6-7初步设计的梯形图第二节 PLC控制系统设计应用实例两种液体混合装置控制系统设计4、指令程序的传输使用GX Developer（或FXGP/WINC）编程软件绘制图6-8所示的PLC梯形图，并进行转换和PLC程序传输。也可使用FX20P型手持式编程器进行程序传输，首先写出图6-8所示PLC梯形图对应的指令语句，再按上一章所讲的方法将指令程序传输到PLC。本图对应的指令语句读者可自行编写，编写出来的指令语句可与GX Developer（或FXGP/WINC）编程软件自动生成的指令语句进行比较。第二节 PLC控制系统设计应用实例图6-9天塔之光天塔之光控制系统设计1、天塔之光控制要求如图6-9所示的塔顶安装有黄、绿、红9个彩灯，请实现黄、绿、红隔灯闪烁：首先红灯L1亮1 s后灭；接着绿灯L2，L3，L4，L5亮1 s后灭；然后黄灯L6，L7，L8，L9亮1 s后灭；重复红灯L1、亮1 s后灭如此循环下去。第二节 PLC控制系统设计应用实例表6-2天塔之光控制系统输入/输出端口分配表天塔之光控制系统设计2、基于三菱FX2N系列PLC天塔之光控制系统设计（1）PLC输入/输出端口分配PLC输入/输出端口分配见表6-2。输入输出SB1 X1SB2 X2红灯L1 Y0绿灯L2，L3，L4，L5 Y1黄灯L6，L7，L8，L9 Y2第二节 PLC控制系统设计应用实例图6-10PLC外部接线图天塔之光控制系统设计2、基于三菱FX2N系列PLC天塔之光控制系统设计（2）PLC外部接线图设计PLC外部接线图设计如图6-10所示。第二节 PLC控制系统设计应用实例图6-11DC24V直流电源接线图天塔之光控制系统设计2、基于三菱FX2N系列PLC天塔之光控制系统设计（3）DC24V直流电源接线图DC24V直流电源接线图如图6-11所示。（4）PLC强电电路图PLC强电电路图如图6-12所示。图6-12PLC强电电路图第二节 PLC控制系统设计应用实例天塔之光控制系统设计2、基于三菱FX2N系列PLC天塔之光控制系统设计（5）PLC梯形图设计PLC梯形图设计如图6-13所示。（6）指令程序的传输使用GX Developer（或FXGP/WINC）编程软件绘制图6-13所示的PLC梯形图，并进行转换和PLC程序传输，方法不再赘述。图6-13PLC梯形图第二节 PLC控制系统设计应用实例十字交通灯控制系统设计城市交通道路十字路口是靠交通指挥信号来维持交通秩序的。在每个方向都有红、黄、绿三种信号灯，信号灯的动作受开关总体控制，当按下启动按钮，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作；按下停止按钮开关，系统停止工作。图6-14是某十字交通信号灯示意图。图6-14交通信号灯示意图第二节 PLC控制系统设计应用实例十字交通灯控制系统设计1、十字交通灯控制要求（1）系统的控制对象有6个，分别为东西方向红灯、黄灯、绿灯各2个，南北方向红灯、黄灯、绿灯各2个人。（2）十字交通灯运行时间图如图6-15所示。图6-15十字交通灯运行时间图第二节 PLC控制系统设计应用实例十字交通灯控制系统设计2、基于三菱FX2N系列PLC十字交通灯控制系统设计（1）PLC输入/输出端口分配PLC输入/输出端口分配见表6-3。表6-3十字交通灯输入/输出端口分配表输入输出SB1 X1SB2 X2南北绿灯 Y0南北黄灯 Y1南北红灯 Y2东西绿灯 Y4东西黄灯 Y5东西红灯 Y6第二节 PLC控制系统设计应用实例十字交通灯控制系统设计2、基于三菱FX2N系列PLC十字交通灯控制系统设计（2）PLC外部接线图设计十字交通灯因负载功率较大，为保护PLC，控制系统一般可先控制小功率的直流继电器（隔离继电器，参见图6-16），再由直流继电器（隔离继电器）驱动控制信号灯，如图6-18所示。本文使用的是DC24V直流继电器，因此需要与之匹配的24 V直流电源，如图6-17所示。（3）DC24V直流电源接线图DC24V直流电源接线图如图6-17所示。图6-16PLC外部接线图图6-17DC24V直流电源接线图第二节 PLC控制系统设计应用实例十字交通灯控制系统设计2、基于三菱FX2N系列PLC十字交通灯控制系统设计（4）PLC强电电路图PLC强电电路图如图6-18所示。图6-18PLC强电电路图第二节 PLC控制系统设计应用实例十字交通灯控制系统设计2、基于三菱FX2N系列PLC十字交通灯控制系统设计（5）PLC梯形图设计PLC梯形图设计如图6-19所示。（6）指令程序的传输使用GX Developer（或FXGP/WINC）编程软件绘制图6-19所示的PLC梯形图，并进行转换和PLC程序传输。也可使用FX20P型手持式编程器进行程序传输，方法不再赘述。图6-19PLC梯形图第三节 过载保护和联锁保护在PLC系统设计中的处理原则过载保护及其处理原则PLC在机电控制过程中过载保护的处理方法有如下几种情况，现以完成图6-20所实现的控制功能为例，分别进行分析。1、方法一热过载继电器的辅助触点置于PLC的输出控制线路中，如图6-21所示，热过载继电器只能使用其常闭触点，且常闭触点FR1，FR2要串联到输出控制线路中。图6-21PLCI/O接线图（一）图6-20控制原理图第三节 过载保护和联锁保护在PLC系统设计中的处理原则过载保护及其处理原则2、方法二热过载继电器的辅助触点置于PLC的输入控制线路中，热过载继电器既可以使用其常闭触点（参见图6-22），也可以使用其常开触点（参见图6-23）。图6-23PLCI/O接线图（三）图6-22PLCI/O接线图（二）第三节 过载保护和联锁保护在PLC系统设计中的处理原则过载保护及其处理原则3、方法三热过载继电器的辅助触点置于PLC的输入控制线路中，过载保护要占用PLC的I/O端口，为了减少过载保护中I/O端口的使用数量，可以采用如下方法进行处理：（1）若使用热过载继电器的常闭触点则可以将FR1，FR2常闭触点串联使用节约出一个输入端口（节约出X7），如图6-24所示。（2）若使用热过载继电器的常开触点则可以将FR1，FR2常开触点并联使用节约出一个输入端口（节约出X7），如图6-25所示。在使用热过载继电器的常开和常闭触点时PLC梯形图和控制程序的处理方法有所不同。图6-23PLCI/O接线图（五）图6-22PLCI/O接线图（四）第三节 过载保护和联锁保护在PLC系统设计中的处理原则过载保护及其处理原则3、方法三使用热过载继电器FR1，FR2常闭触点时，如图6-26所示梯形图中X6要使用常开触点，因为X6端口一直处于信号输入状态。使用热过载继电器FR1，FR2常开触点时，如图6-27所示梯形图中X6要使用常闭触点，因为X6端口只有在发生过载故障时才有信号输入，正常运行中X6端口无信号输入。图6-27PLC梯形图（二）图6-26PLC梯形图（一）第三节 过载保护和联锁保护在PLC系统设计中的处理原则过载保护及其处理原则以上是PLC在机电控制过程中过载保护的处理方法和原则，各有优缺点，在实际应用过程中可根据实际情况灵活运用。若PLC的I/O端口紧张可采用热过载继电器常闭触点置于输出控制线路中的方法，若PLC的I/O端口有富裕则可采用热过载继电器辅助触点置于输入控制线路中的方法。若设备中使用的热过载继电器数量多于两个可根据上述原则灵活处理，其中总的原则是热过载继电器如果使用的是常闭触点只能串联使用，可前置可后置；热过载继电器如果使用的是常开触点只能并联使用，只能前置使用；热过载继电器如果后置使用只能使用常闭触点。第三节 过载保护和联锁保护在PLC系统设计中的处理原则联锁保护及其处理原则控制系统中考虑到同一台电动机正反转两个接触器不能同时接通，或系统中两台电机、设备不允许同时运行的线路中要添加联锁保护。所谓联锁保护是指将第一路控制线路的常闭触点串联到第二路控制线路中，同时将第二路控制线路的常闭触点串联到第一路控制线路中的保护方式。在PLC控制系统中联锁保护有多种实现方式。第三节 过载保护和联锁保护在PLC系统设计中的处理原则联锁保护及其处理原则第一种方式是使用PLC内部程序联锁，如图6-28所示。图6-28PLC内部程序联锁第二种方式是使用PLC外部联锁，如图6-29所示。图6-29PLC外部联锁第三节 过载保护和联锁保护在PLC系统设计中的处理原则联锁保护及其处理原则在多电机PLC控制系统中，通常都是用PLC控制中间继电器的线圈，再用中间继电器的触点控制接触器或照明灯，如上文中讲到的天塔之光控制、十字交通灯控制等。这样当实施外部联锁时就会出现既可以使用中间继电器常闭触点进行联锁，如图6-30所示。又可以使用接触器的常闭触点进行联锁（参见图6-31），这两种方式的PLC控制程序都是一样的（参见图6-28），区别为外部硬件线路设计不同。这两种应用方式在实际中都有应用，但为了更加安全或避免误操作，在PLC控制系统中一般都采用PLC内部程序联锁，加外部联锁，双重联锁。图6-30中间继电器联锁图6-31接触器联锁谢谢！