第七章---西门子PLC的控制系统设计课件

第七章第七章第七章第七章 PLCPLC的控制系统设计的控制系统设计的控制系统设计的控制系统设计学习目的：学习PLC控制系统的设计方法，提高实 际应 用的能力。学习内容：综合PLC硬件及软件知识，联系工业控 制的实际，介绍小型PLC控制系统设计 方法.学习要求：（1）了解 PLC控制系统设计的内容和步骤。（2）掌握PLC控制系统硬件配置的方法。（3）掌握PLC应用程序设计方法及其设计技 巧。（4）结合工业控制中的应用实例的设计，提高实际应用能力。第一节第一节 PLCPLC控制系统设计的内容和步骤控制系统设计的内容和步骤 设计原则11.最大限度地满足被控对象对生产工艺的要求。22.力求控制系统安全、可靠、优质、经济。33.应考虑到今后控制规模的发展和工艺的改进。设计内容设计内容设计内容设计内容 1拟定控制系统设计的技术条件。2选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构。3选择PLC机型和扩展模块，配置系统硬件；4编制PLC的输入/输出分配表和绘制输入/输出端 子接线图；5根据系统对控制的要求设计用户程序；6设计操作台、电气柜，选择所需的电器元件。7编写设计说明书和操作使用说明书。根据具体控制对象，上述内容可适当调整。设计步骤 (一一)分析控制对象分析控制对象(二二)PLC系统的硬件配置系统的硬件配置(三三)程序设计程序设计(四四)输入程序并调试程序输入程序并调试程序(五五)程序固化程序固化第二节第二节第二节第二节 PLCPLCPLCPLC控制系统的硬件配置控制系统的硬件配置控制系统的硬件配置控制系统的硬件配置一、选择一、选择PLC机型机型 在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比。1I/O点数的估算点数的估算2用户存储器容量的估算用户存储器容量的估算3 3CPUCPU性能的选择性能的选择二、开关量二、开关量I/OI/O模块的模块的选择选择三、模拟量三、模拟量I/OI/O模块的选择模块的选择四、智能四、智能I/OI/O模块的选择模块的选择第三节第三节第三节第三节 PLCPLCPLCPLC控制系统应用程序的设计控制系统应用程序的设计控制系统应用程序的设计控制系统应用程序的设计 PLC系统硬件配置后，可进行应用程序设计。PLC应用程序的设计是软、硬件知识的综合应用，有时硬件设计与应用程序设计可同时进行。一、程序设计的步骤一、程序设计的步骤1系统框图设计2分配I/O编号3设计应用程序4程序调试5编写程序说明书自来水厂的系统框图 二、应用程序的设计方法二、应用程序的设计方法二、应用程序的设计方法二、应用程序的设计方法 应用程序设计过程中，应正确选择能反映生产过程的变化参数作为控制参量进行控（例如：取水泵站的控制选用水位作控制参量）；应正确处理各执行电器、各编程元件之间的互相制约、互相配合的关系，即联锁关系（例，水不能溢出水池）（参见第一章第二节）。PLC应用程序的设计方法有多种，常用的设计方法有经验设计法、顺序功能图法等。（一）经验设计法（一）经验设计法（一）经验设计法（一）经验设计法 经验设计法要求设计者具有较丰富的实践经验，掌握较多的典型应用程序的基本环节。根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验选择基本环节，并把它们有机地组合起来。其设计过程是逐步完善的，一般不易获得最佳方案，程序初步设计后，还需反复调试、修改和完善，直至满足被控对象的控制要求。（二）顺序功能图法（二）顺序功能图法（二）顺序功能图法（二）顺序功能图法 1顺序功能图 所谓顺序控制，使生产过程按生产工艺的要求预先安排的顺序自动地进行生产的控制方式。顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构 2.依据步之间的进展形式，顺序功能图有以下几种 基本结构：(1)单序列结构 (2)选择序列结构(自学)（3）并行序列结构(自学)(4)子步（microstep）(自学)1.单序列结构单序列结构 单单序序列列由由一一系系列列相相继继激激活活的的步步组组成成。每每一一步步的的后后面面仅仅有有一一个个转转换换条条件件，每每一一个个转转换换条条件件后后面面仅仅有有一一步。步。2 选择序列结构3 并行序列结构并行序列结构4 子步（microstep）简略形式简略形式子步子步子步子步顺序功能图法顺序功能图法 经经验验设设计计法法的的设设计计方方法法不不规规范范，没没有有一一个个普普遍遍的的规规律律可可遵遵循循，具具有有一一定定的的试试探探性性和和随意性。随意性。由由于于联联锁锁关关系系复复杂杂，用用经经验验设设计计法法进进行行设设计计一一般般难难于于掌掌握握，且且设设计计周周期期较较长长，设设计计出出的的程程序序可可读读性性差差，即即使使有有经经验验的的工工程程师师阅阅读读它它也也很很费费时时。同同时时，给给日日后后产产品品的的使使用、维护带来诸多不便。用、维护带来诸多不便。与与经经验验设设计计法法相相比比，顺顺序序功功能能图图法法有有着着明明显的优势。显的优势。什么是顺序功能图法？什么是顺序功能图法？定义：顺序功能图法就是依据顺序功能图设计PLC顺序控制程序的方法。基本思想：是将系统的一个工作周期分解成若干个顺序相连的阶段，即“步”。顺序功能图法的优势顺序功能图法的优势顺顺序序功功能能图图中中的的各各“步步”实实现现转转换换时时，使使前前级级步步的的活活动动结结束束而而使使后后续续步步的的活活动动开开始始，步步之之间间没没有有重重叠叠。这这使使系系统统中中大大量量复复杂杂的的联锁关系在联锁关系在“步步”的转换中得以解决。的转换中得以解决。对对于于每每一一步步的的程程序序段段，只只需需处处理理极极其其简简单单的的逻逻辑辑关关系系。编编程程方方法法简简单单、易易学学，规规律律性强。性强。程程序序结结构构清清晰晰、可可读读性性好好，调调试试方方便便。工工作效率。作效率。顺序功能图法的设计步骤SFC是基于工艺流程的高级语言。是基于工艺流程的高级语言。设计步骤：设计步骤：1.1.根据系统的工艺流程，设计顺序功能图根据系统的工艺流程，设计顺序功能图2.2.依据顺序功能图设计顺序控制程序。依据顺序功能图设计顺序控制程序。顺序功能图法设计举例根据工艺流程设计顺序功能图根据工艺流程设计顺序功能图 系统的工作过程分解为：系统的工作过程分解为：第一步装料第一步装料 第二步右行第二步右行 第三步卸料第三步卸料 第四步左行第四步左行（1）设计顺序功能图设计顺序功能图运料小车顺序功能图运料小车顺序功能图（2）设计顺序控制程序（梯形图）依据顺序功能图设计梯形图。依据顺序功能图设计梯形图。设计步骤：设计步骤：（1 1）对各输入、输出信号进行编址）对各输入、输出信号进行编址，列列出输入、输出信号分配表。出输入、输出信号分配表。I/O分配表 输入信号 输出信号（2）画出可编程序控制器I/O端子接线图。（3 3）依据顺序功能图设计梯形图）依据顺序功能图设计梯形图 编程时，对应顺序功能图中的每一个编程时，对应顺序功能图中的每一个“步步”，组成一个，组成一个SCR程序段。程序段。4步步 4个个SCR段段 每一个每一个SCR程序段都由程序段都由LSCR n、SCRT、SCRE指令构成。指令构成。编程步骤：（对照顺序功能图）编程步骤：（对照顺序功能图）先设置初始步（在初始状态下启动）编制第一SCR程序段的程序。编制第二SCR程序段的程序。编制第三SCR程序段的程序。编制第四SCR程序段的程序。编制系统停止工作的程序。初始步 第一SCR程序段 第二SCR程序段第三SCR程序段 第四SCR程序段注意注意：系统停止后，应使所有的输出线圈（S0.1S0.4，Q0.0Q0.3）复位，返回初始状态。保证系统再次启动时，从“初始步”开始。课外作业与实验：课外作业与实验：对对照照顺顺序序功功能能图图分分析析运运料料小小车车控控制制程程序序（梯梯形形图图）的的工工作作原原理，并上机调试。理，并上机调试。四台电机顺序启动的顺序功能图四台电机顺序启动的顺序功能图四台电机顺序启动的顺序功能图四台电机顺序启动的顺序功能图 四台电机顺序启动四台电机顺序启动四台电机顺序启动四台电机顺序启动I/OI/O接线图接线图接线图接线图 三、梯形图程序编写规则三、梯形图程序编写规则1输入“继电器”的状态由外部输入设备的开关信号驱动，程序不能随意改变它。2梯形图中同一编号的“继电器线圈”只能出现一次，通常不能重复使用，但是它的接点可以无限次地重复使用。3几个串联支路相并联，应将触点多的支路安排在上面；几个并联回路的串联，应将并联支路数多的安排在左面。按此规则编制的梯形图可减少用户程序步数、缩短程序扫描时间，如下页图所示。4.程序的编写按照从左到右，从上到下的顺序。一个梯形始于左母线，终于右母线。线圈与右母线直接相连。梯形图的合理画法梯形图的合理画法梯形图的合理画法梯形图的合理画法 四、程序设计过程中应注意的几个问题四、程序设计过程中应注意的几个问题四、程序设计过程中应注意的几个问题四、程序设计过程中应注意的几个问题1先编制I/O分配表，后设计梯形图2合理排列梯形图，使输入、输出响应滞后现象不影响实际 响应速度。3在PLC输入端子接线图中，对于同一个发信元件通常只需 选其中某一接点（例常开接点或常闭点）接入输入端子，即对一个发信元件它只能占一个输 入地址编号。4.合理接入输入信号的触点（常开或常闭触点），提高设 备可靠性安全性。5.从安全考虑，重大安全部分不接入PLC的输入端而作 硬件处理。6应保证有效输入信号的电平保持时间。7PLC指令的执行条件有信号电平有效和跳变有效的区别，编程时应加以注意。8由电气控制图转换为梯形图时应注意的问题。第四节 PLC应用程序基本环节及设计技巧一、一、PLC应用程序基本环节应用程序基本环节二、PLC应用程序设计技巧(自学)一、一、一、一、PLCPLC应用程序基本环节应用程序基本环节应用程序基本环节应用程序基本环节（一）电机的启动与停止控制程序（一）电机的启动与停止控制程序（二）具有点动调整功能的电机启、停控制程序（二）具有点动调整功能的电机启、停控制程序（三）电机的正、反转控制程序（三）电机的正、反转控制程序（四）大电机的（四）大电机的Y-起动控制程序起动控制程序(自学自学)（五）通电禁止输出程序（五）通电禁止输出程序(自学自学)（六）闪烁控制程序（六）闪烁控制程序 (自学自学)（七）定时器、计数器的扩展（七）定时器、计数器的扩展(自学自学)（八）高精度时钟程序（八）高精度时钟程序(自学自学)第五节第五节 PLCPLC在工业控制中的应用在工业控制中的应用SQ3OASQ4BSQ5C一、深孔钻组合机床的PLC控制SQ1 (二二二二)系统配置系统配置系统配置系统配置 1.机型选择机型选择（1）I/O点数统计：输入8点（SB1、SB2、SB3、SB4、SQ1、SQ3、SQ4、SQ5）；输出2点（KM1、KM2），控制电动机的正反转。SB3为正向调整点动按钮，SB4为反向调整点动按钮。（2）算PLC用户程序长度：为I/O总点数的（1020）倍，大约135字节，选用S7-200CPU222 AC/DC/DC继电器输出的PLC即能满足要求。2.系统配置系统配置 S7-200CPU222单机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点，选用AC/DC/DC继电器输出的主机，构成一个独立的单机控制系统，该系统完全能满足上述控制要求。（三）深孔钻控制（三）深孔钻控制（三）深孔钻控制（三）深孔钻控制I/OI/O接线图接线图接线图接线图 (四四四四)画出顺序功能图画出顺序功能图画出顺序功能图画出顺序功能图 n根据深孔钻组合机床工作示意图，可画出顺序功能图。顺序功能图(五)由顺序功能图设计出的深孔钻组合机床梯形图 步1和步2对应的梯形图步3、步4的梯形图步5、步6的梯形图进、退刀动作对应的梯形图进、退刀动作对应的梯形图点动对应的梯形图点动对应的梯形图n钻头进刀和退刀是由电机正转和反转实现的，钻头进刀和退刀是由电机正转和反转实现的，电机的正、反转切换是使用两个接触器电机的正、反转切换是使用两个接触器KM1（正转）、（正转）、KM2（反转）切换三相电源（反转）切换三相电源中的任意两相。中的任意两相。n为防止由于电源换相所引起的短路事故，减少为防止由于电源换相所引起的短路事故，减少换相对电机的冲击，软件上采用了换相延时措换相对电机的冲击，软件上采用了换相延时措施，梯形图中的施，梯形图中的T37、T38的延时时间应设在的延时时间应设在0.5s内。同时在硬件电路上也采取了互锁措施。内。同时在硬件电路上也采取了互锁措施。I/O接线图中的接线图中的FR用于过载保护。用于过载保护。n为便于调整，程序中备有点动控制功能为便于调整，程序中备有点动控制功能。注意二、四台电动机顺序启、停控制二、四台电动机顺序启、停控制二、四台电动机顺序启、停控制二、四台电动机顺序启、停控制现有四台电动机M1、M2、M3、M4，要求四台电动机顺序启动和顺序停车。启动时的顺序为M1M2M3M4，时间间隔为1分钟。停车时的顺序为M4M3M2M1，时间间隔为30秒。可选用S7-200PLC（CPU222）进行控制。输入输出分配表输入输出分配表输入输出分配表输入输出分配表 输入信号停止按钮SB1I 0.0启动按钮SB2I 0.1输出信号接触器KM1Q 0.0接触器KM2Q 0.1接触器KM3Q 0.2接触器KM4Q 0.3I/OI/O接线图接线图接线图接线图 顺序功能图顺序功能图梯形图梯形图系统清0程序启动/停止控制顺序停止控制程序四、四、四、四、十字路口交通信号灯十字路口交通信号灯十字路口交通信号灯十字路口交通信号灯PLCPLC控制控制控制控制 （自学）（自学）（自学）（自学）1.交通信号灯设置示意图 2.控制要求 3.交通信号灯时序图4.程序设计子步（microstep）简略形式简略形式子步子步子步子步将某步分为几个子步将某步分为几个子步