PLC系统设计

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章,PLC,控制系统设计,第一节 控制系统设计的基本步骤,第二节 硬件设计,第三节 软件设计,第四节,PLC,设计应用举例,第一节 控制系统设计的基本步骤,一、设计原则,1,、最大限度的满足被控对象和生产过程中的控制要求。,2,、在满足控制要求的前提下，力使系统简单经济、操作方便。,3,、保证控制系统工作安全可靠。,4,、考虑日后发展和工艺改进，留有余量。,二、设计内容,1,、拟订控制系统的技术条件，以设计任务书的形式来确定。,2,、选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构。,3,、,PLC,选型。,4,、编制,PLC,输入,/,输出分配表或绘制其子接线图。,5,、软件规格说明书的编写，并用相应的编程语言进行程序设计。,6,、人机界面的设计。,7,、设计操作台，电气柜及非标准电器元器件。,8,、编写设计说明书和使用说明书。,设计出满足控制要求的应用程序。,PLC,控制系统的设计包括三个重要的环节,:,通过对控制任务的分析，确定控制系统的总体设计方案；,根据控制要求确定硬件构成方案,；,三、,PLC,控制系统设计的基本步骤,1.,对控制对象的工艺条件和控制要求作深入的调查研究,2,确定系统总体设计方案,3,根据控制要求确定输入输出元件，选择,PLC,机型,4,确定,PLC,的输入输出点分配,5,设计应用程序的梯形图（核心工作）,6,应用程序的调试（包括模拟调试和现场调试）,7,制做电气控制柜和控制盘,8,连机整体调试应用系统,9,编写技术文件,机械手的,4,个自由度说明,1,.,腰部,3.,小臂,2.,大臂,4.,手腕,PLC,电源,A1B2C,PLC,控制机械手,机械手,计算机,电源,程序,反馈信号,指令信号,四、,PLC,的应用程序质量,衡量程序质量的几个方面：,(1),程序的正确性。,(2),程序的可靠性好。,(3),参数的易调整性好，,(4),程序要简练。,(5),程序的可读性好。,第二节 硬件设计,一、,PLC,型号选择,首先应该详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选择,PLC,控制。,目前国内外生产厂商提供了各种系列功能齐全的,PLC,产品，所以要全面权衡利弊、合理地选择机型以达到经济使用的目的。,一般以满足工程需要为宗旨，勿盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。一般需要考虑以下几点：,1,、对输入,/,输出点的选择,首先弄清楚控制系统,I/O,点数，按,15%-20%,留有余量后确定所需的,PLC,点数。另外注意，一些高密度输入点模块对同时接通的输入点有限制；,PLC,每个输出点的驱动能力也有限。,输出点分为,共点式、分组式和隔离式,三种接法。隔离式的各组输出点之间可采用不同的电压等级、种类，但是这种比较昂贵。如果输出信号不需要隔离选用前两种。,PLC,型号选择之一,2,、存储容量的选择,根据经验，功能器件占用内存大致如下：（所需存储器字数）,开关量输入所需存储器字数,=,输入点数,X10,；,开关量输出所需存储器字数,=,输出点数,X8,；,定时器,/,计数器所需存储器字数,=,定时器,/,计数器数量,X2,；,模拟量所需存储器字数,=,模拟量通道,X100,；,通信接口所需存储器字数,=,接口个数,X300,；,最后一般按估算容量的,50%-100%,留有余量。,PLC,型号选择之二,3,、,I/O,点响应时间的选择,一般响应时间包括输入电路延时、输出电路延时和扫描工作方式引起的延时。对一般工控是允许的，但有些设备实时性要求较高，不允许有较大的延时。,通常为了提高,PLC,的处理速度，采用如下方法：,1,）选择,CPU,执行速度快的,PLC,；,2,）优化应用软件，缩短扫描周期；,3,）采用高速度响应模块。,PLC,型号选择之三,4,、根据输出负载的特点选型,不同负载对,PLC,的输出方式也有相应的要求。如频繁通断的感性负载应选择晶体管或晶闸管输出型的；而不应选择继电器输出型的。但继电器输出型的导通压降小，有隔离作用，价格便宜，承受瞬间过电压、过电流能力较强，故在动作不频繁的负载中可以选用。,5,、对在线和离线编程的选择,离线编程指主机与编程器共用一个,CPU,，通过编程器的方式选择开关选择,PLC,的编程、监控和运行工作状态。,对计算机辅助编程既可以实现离线编程也可以实现在线编程。,6,、根据是否有通信连网选型,7,、对,PLC,结构形式的选型,整体式比模块式价格低；但后者扩展灵活、维修方便。,第三节 软件设计,一、设计方法,1,、经验编程法：借鉴电器控制电路图来设计，也可由典型控制环节或基本电路组成。,2,、计算机辅助设计编程,3,、图解法编程：,梯形图法,逻辑设计法,时序流程图法,二、设计步骤,1,、对系统任务分块,2,、编制逻辑关系图,3,、绘制各种电路图,4,、编制,PLC,程序并进行模拟调试,5,、制作控制台和控制柜,6,、现场调试,7,、编写技术文件并现场试运行,第四节,PLC,应用举例,一、逻辑设计法举例,二、,时序图设计法,三、梯形图法应用举例,四、经验编程法应用举例,一、逻辑设计法,举例：,某系统中有,4,台通风机，要求在以下几种运行状态下应发出不同的显示信号；,三台及三台以上开机时，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。,1,选择,PLC,机型、,I,O,点分配,若系统选择的机型是,CPM1A, A,、,B,、,C,、,D4,个输入信号，,F1,、,F2,两个输出，作出,I/O,分配表,输 入,输 出,A,B,C,D,F1,F2,00101,00102,00103,00104,01101,01102,PLC,输入,/,输出子接线图,2,、绘制,PLC,输入,/,输出子接线图,3,、分析：,设,4,台通风机分别为,A,、,B,、,C,、,D,，红灯为,F1,，绿灯为,F2,设,灯常亮为“,1”,灭为“,0”,， 通风机开机为“,1”,停为“,0”,3.1,红灯常亮的程序设计（,全部停机,）,A,B,C,D,F1,0,0,0,0,1,A,B,C,D,F1,3.2,绿灯常亮的程序设计（,三台及三台以上开机时,）,A,B,C,D,F2,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,化简,化简,A,B,C,D,F2,B,C,D,A,3.3,红灯闪烁的程序设计（,一台开机时,）,A,B,C,D,F1,1,0,0,0,1,0,1,0,0,1,0,0,1,0,1,0,0,0,1,1,化简,设红灯闪烁为,F1,= 1,，列状态表为；,化简,A,B,C,D,F1,C,D,D,C,A,A,B,B,25501,25501,能产生,0,2s,即,5Hz,的脉冲信号。,F1,3.4,绿灯闪烁的程序设计（,两台开机时,）,A,B,C,D,F2,0,0,1,1,1,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1,0,0,1,化简,设绿灯闪烁为,F2,= 1,，列状态表为；,化简,A,B,C,D,F2,C,D,D,C,A,B,25501,25501,能产生,0,2s,即,5Hz,的脉冲信号。,F2,A,A,C,D,B,B,01101,25501,01102,25501,00101,00101,00101,00101,00101,00101,00101,00101,00101,00101,00102,00102,00102,00102,00102,00102,00102,00102,00102,00102,00103,00103,00103,00103,00103,00103,00103,00103,00103,00103,00104,00104,00104,00104,00104,00104,00104,00104,00104,a,a,通风机运行状态显示的梯形图,00104,红灯,绿灯,输 入,输 出,A,B,C,D,F1,F2,00101,00102,00103,00104,01101,01102,A,B,C,D,F1,0,0,0,0,1,全部停机时，红灯常亮。,A,B,C,D,F1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,三台及三台以上开机时，绿灯常亮,;,A,B,C,D,F1,1,0,0,0,1,0,1,0,0,1,0,0,1,0,1,0,0,0,1,1,一台开机时，红灯以,5Hz,的频率闪烁；,两台开机时，绿灯以,5Hz,的频率闪烁：,A,B,C,D,F2,0,0,1,1,1,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1,0,0,1,逻辑设计法小结,适用：开关量控制,基础：,逻辑代数,方法：,用不同的逻辑变量来表示各输入、输出信号，并设定对应输入、输出信号各,种状态时的逻辑值。,根据控制要求，列出状态表或画出时序图。,由状态表或时序图写出相应的逻辑函数，并进行化简。,根据化简后的逻辑函数画出梯形图。,上机调试，使程序满足要求。,二、,时序图设计法,例,1,：,某十字路口，东西方向的车流量较小、南北方向的车流量较大，则控制,当在东西,(,或南北,),方向的绿灯灭时，该方向的黄灯与南北,(,或东西,),方向的红灯一起以,5Hz,的频率闪烁,5s,，以提醒司机和行人注意。闪烁,5s,之后，立即开始另一个方向的放行,要求只用一个控制开关对系统进行启停控制,。,东西方向的放行时间,(,绿灯亮,),为,20s,南北方向的放行,(,绿灯亮,),时间为,30s,，,分析：,(1),分析,PLC,的输入和输出信号，以作为选择,PLC,机型的依据之一。,控制要求：,6,个输出点,1,个输入点,(2),工作时序图。,(3),由时序图分析各输出信号之间的时间关系。,时序图,启动,5s,30s,南北绿灯,南北黄灯,30s,5s,东西红灯,30s+5s,30s+5s,5s,20s,东西绿灯,东西黄灯,20s,5s,南北红灯,20s+5s,20s+5s,T0 T1 T2 T3 T4,一个循环,一个循环,0,30s:,南北绿灯和,东西红灯亮,30,35s:,南北黄灯,东西红灯以,5 HZ,闪烁,35,55s:,东西绿灯,南北红灯亮,55,60s:,东西黄灯,南北红灯以,5 HZ,闪烁,设计：,1,选择,PLC,机型、,I,O,点分配,输入,输出,控制开关,南北绿灯,南北黄灯,南北红灯,东西绿灯,东西黄灯,东西红灯,00000,01000,01001,01002,01003,01004,01005,2,明确定时器的功能,各定时器一个循环中的功能明细表,定时器,T0,T1,T2,T3,T4,TIM000,定时,30,S,开始定时南北绿、东西红灯开始亮,定时到，输出,ON,且保持,南北绿灯灭；南北黄、东西红灯开始闪,ON,ON,开始下一个循环的定时,TIM001,定时,35,S,开始定时,继续定时,定时到，输出,ON,且保持,南北黄、东西红灯灭；东西绿、南北红灯开始亮,ON,开始下一个循环的定时,TIM002,定时,55,S,开始定时,继续定时,继续定时,定时到，输出,ON,且保持,东西绿灯灭；东西黄、南北红灯开始闪,开始下一个循环的定时,TIM003,定时,60,S,开始定时,继续定时,继续定时,继续定时,定时到，输出,ON,，随即自复位且开始下一个循环的定时东西黄、南北红灯南北绿、东西红灯开始亮,3,梯形图设计,根据定时器功能明细表和,I/O,分配，画出的梯形图,00000,IL(02),TIM000,#0300,TIM001,#0350,TIM002,#0550,TIM003,#0600,系统启动,南北绿灯、东西红灯亮,30s,定时,南北黄灯、东西红灯闪,5s,定时,东西绿灯、南北红灯亮,20s,定时,东西黄灯、南北红灯闪,5s,定时,TIM003,ILC(03),0,30s:,南北绿灯和,东西红灯亮,30,35s:,南北黄灯,东西红灯以,5 HZ,闪烁,35,55s:,东西绿灯,南北红灯亮,55,60s:,东西黄灯,南北红灯以,5 HZ,闪烁,00000,IL(02),TIM000,#0300,TIM001,#0350,TIM002,#0550,TIM003,#0600,系统启动,南北绿灯、东西红灯亮,30s,定时,南北黄灯、东西红灯闪,5s,定时,东西绿灯、南北红灯亮,20s,定时,东西黄灯、南北红灯闪,5s,定时,TIM003,01000,南北绿灯亮,30s,01001,01005,东西红灯亮,30s,闪,5s,南北黄灯闪,5s,01003,东西绿灯亮,20s,01002,南北红灯亮,20s,、闪,5s,01004,东西黄灯闪,5s,a,a,TIM000,01000,TIM000,01001,25501,TIM001,TIM001,TIM002,01003,01004,TIM002,25501,TIM003,ILC(03),END,例,2,：,分析：,(1 ),2,个输出点,2,个输入点,要求：按下启动按钮后，,Ml,运转,10s,，停止,5s,，,M2,与,M1,相反，即,M1,停止时,M2,运行，,M1,运行时,M2,停止，如此循环往复，直至按下停车按钮。,两台电机顺序控制。,(2),工作时序图,。,启动,10s,M1,5s,停机,10s,M1,5s,一个循环,一个循环,中间继电器,设计：,1,选择,PLC,机型、,I,O,点分配,输 入,输 出,启动开关,停机开关,M1,电机接触器线圈,M2,电机接触器线圈,00001,00002,01001,01002,2,明确定时器的功能,用,2,个定时器,3,梯形图设计,根据定时器功能明细表和,I/O,分配，画出的梯形图,分析：与前面哪个程序相近,00001,TIM000,#0100,TIM001,#0050,系统启保停电路,M1,电机启动,M2,电机停机,10s,定时,M1,电机停机,M2,电机启动,5s,定时,TIM000,01001,M1,电机启动,TIM001,20000,00002,20000,20000,01002,M2,电机启动,20000,TIM000,20000,01001,详细分析控制要求，明确各输入,/,输出信号个数，合理选择机型。,明确各输入和各输出信号之间的时序关系，画出各输入和输出信号的工作时序图。,把时序图划分成若干个时间区段，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,根据时间区段的个数确定需要几个定时器，分配定时器号，确定各定时器的设定值，,明确各定时器开始定时和定时时间到这两个关键时刻对各输出信号状态的影响。,对,PIC,进行,I/O,分配。,时序图设计方法,根据定时器的功能明细表、时序图和,I/O,分配画出梯形图。,作模拟运行实验，检查程序是否符合控制要求，进一步修改程序。,一、,PLC,在带式输送机控制系统中的应用,皮带传送广泛应用于建材、化工、机械、钢铁、冶金、煤矿等工业生产中的原料或货物运输。如下图是原料带式输送机的示意图，原料从料斗经过,PD-1,、,PD-2,两台带式运输机送出，从料斗向,PD-1,供料由电磁阀,YV,控制，,PD-2,、,PD-1,分别由电动机,M2,、,M1,驱动。,M1,PD-1,M2,PD-2,YV,料斗,三、梯形图设计法,1,、分析被控对象的生产过程及工艺要求,2,、,控制要求：,1,）起动：起动为了避免在前段运输带上造成物料堆积，要求逆物,料流动方向按一定时间间隔顺序起动。其起动顺序为：,时隔,5s,时隔,5s,PD-2 PD-1 YV,2,）停止：停止为了使运输带上不残留物料，要求顺物料流动方向按,一定时间间隔顺序停止。其停止顺序为：,时隔,10s,时隔,10s,YV PD-1 PD-2,3),紧急停止：紧急情况下无条件的把,PD-2,、,PD-1,、,YV,全部同时停止。,4,）故障停止：运转中，当,M2,过载应使,PD-1,、,PD-2,、,YV,同时停止；当,M1,过载时，,PD-1,、,YV,同时停止，,PD-2,在,PD-1,停止后,10S,停止。,3,、确定合适的,PLC,4,、确定,I/0,地址分配,输入设备,输入点分配,启动按扭,K1,00000,停止按扭,K2,00001,急停按扭,K3,00002,M1,热动断触点,00003,M2,热动断触点,00004,输出设备,输出点编号,M1,接触器,01000,M2,接触器,01001,YV,01002,1,、先设计起动,00000,01001,01001,TIM 000,#0050,TIM 001,#0050,01000,TIM 000,TIM 001,01002,PD-2,PD-1,YV,00000,01001,01001,TIM 000,#0050,TIM 001,#0050,01000,TIM 000,TIM 001,01002,00001,01004,01004,TIM 002,#0100,TIM 003,#0100,TIM 002,01004,PD-2,PD-1,YV,TIM 002,TIM 003,2,、再设计停止（红色为新增）,00000,01001,01001,TIM 000,#0050,TIM 001,#0050,01000,TIM 000,TIM 001,01002,00001,01004,01004,TIM 002,#0100,TIM 003,#0100,TIM 002,01004,PD-2,PD-1,YV,TIM 002,TIM 003,00002,3,、设计急停（红色为新增）,00000,01001,01001,TIM 000,#0050,TIM 001,#0050,01000,TIM 000,TIM 001,01002,00001,01004,01004,TIM 002,#0100,TIM 003,#0100,TIM 002,01004,PD-2,PD-1,YV,TIM 002,TIM 003,00002,4,、,M2,过载,全部停止,.,（红色为新增）,00003,00000,01001,01001,TIM 000,#0050,TIM 001,#0050,01000,TIM 000,TIM 001,01002,00001,01004,01004,TIM 002,#0100,TIM 003,#0100,TIM 002,01004,PD-2,PD-1,YV,TIM 002,TIM 003,00002,5,、,M1,过载（红色为新增）,00003,TIM 004,#0100,01001,00004,00004,TIM 004,00004,利用经验编程法设计下面的程序：,设计水位计监测程序。,要求：当水位正常时，绿灯亮；当水位超出警戒线时红灯闪烁（亮,0.2s,暗,0.4s,）、蜂鸣器开始鸣叫；当水位超出警戒线时按下复位键则停止红灯闪烁和蜂鸣器鸣叫。,四、经验编程法应用举例,输入设备,输入点分配,水位高度传感器,00000,复位按扭,K,00001,输出设备,输出点分配,红灯,01000,绿灯,01001,蜂鸣器,01002,I/O,点数分配,分析：当水位正常时，,00000,为,OFF,，水位超出警戒线时,00000,为,ON,。按下复位键,00001,为,ON,。,00000,01001,00000,01000,01004,TIM 001,#0004,TIM 002,TIM 002,#0002,TIM 001,TIM 001,01002,绿灯,红灯,蜂鸣器,00001,01004,01004,00000,单按钮起停控制,控制要求：第一次按下按钮（,00000,）时，电机起动；第二次按下按钮时，电机停止。,分析：利用计数器设计,单按钮双路单通控制,控制要求：使用一个按钮控制两盏灯，第一次按下时第一盏灯亮，第二盏灯灭；第二次按下时第一盏灯灭，第二盏灯亮；第三次按下时两盏灯都灭。按钮信号,X1,（,00000,），第一盏灯信号,Y1,（,01001,），第二盏灯信号,Y2,（,01002,）。,1.1 PLC,的产生、命名与发展,第一章 可编程序控制器的基础知识,1.2 PLC,的特点与应用,(,抗干扰,),1.3 PLC,的基本组成与各部分的作用,(,辨别开关量型式,),1.4 PLC,的工作原理,1.5 PLC,的编程语言,1.6 PLC,的性能指标与分类,第一节,CPM1A,系列,PLC,的基本摸块,(,主机规格选型,),第二节,CPM1A,系列,PLC,内部资源分配,第三节,CPM1A,系列,PLC,功能简介,第二章,CPM1A,系列,PLC,的硬件系统,第三章,CPM1A PLC,的指令系统,第一节 概述,第二节 基本指令,第三节 编程器及其使用,第四节 顺序控制和暂存指令,（,不讲,）,第五节 定时器和计数器应用指令,第六节 常用的编程环节,第七节 经验编程法应用,第八节 高级指令,（,不讲,）,祝大家考试成功,