LC控制系统设计与应用实例.ppt

第7章PLC控制系统设计与应用实例 7 1PLC控制系统设计的内容和步骤7 2PLC控制系统的硬件配置7 3PLC控制系统梯形图程序的设计7 4顺序控制梯形图的设计方法7 5PLC在工业控制系统中的典型应用实例 7 1PLC控制系统设计的内容和步骤 7 1 1PLC控制系统设计的内容7 1 2PLC控制系统设计的步骤 7 1 1PLC控制系统设计的内容 1 分析控制对象 明确设计任务和要求是整个设计的依据 2 选定PLC的型号及所需的输入 输出模块 对控制系统的硬件进行配置 3 编制PLC的输入 输出分配表和绘制输入 输出端子接线图 4 用编程语言 常用梯形图 进行程序设计 5 设计操作台 电气柜 选择所需的电气元件 6 编写设计说明书和操作使用说明书 7 1 2PLC控制系统设计的步骤 1 系统规划2 硬件设计3 软件设计4 系统调试5 技术文件编制 图7 1PLC控制系统设计的步骤 7 2PLC控制系统的硬件配置 7 2 1PLC机型的选择7 2 2开关量I O模块的选择7 2 3模拟量I O模块的选择7 2 4智能模块的选择 7 2 1PLC机型的选择 考虑以下几方面的要求 性能与任务相适应 PLC的处理速度应满足实时控制的要求 PLC机型尽可能统一 指令系统 1 性能与任务相适应 对控制速度要求不高的开关量控制系统 选用小型PLC 对于以开关量控制为主 带有部分模拟量控制的应用系统 应选用带有A D转换的模拟量输入模块和带D A转换的模拟输出模块 配接相应的传感器 变送器和驱动装置 并且选择运算功能较强的小型PLC 西门子公司的S7 200 S7 1200PLC在进行小型数字 模拟混合系统控制时具有较高的性价比 实施起来也较为方便 对于比较复杂 控制功能要求较高的应用系统 如需要PID调节 闭环控制 通信联网等功能时 可选用中 大型PLC 如西门子公司的S7 300 S7 400 2 提高PLC快速响应的几点措施 1 选择CPU速度比较快的PLC 使执行一条基本指令的时间不超过0 5 s 2 优化应用软件 缩短扫描周期 3 采用高速响应模块 其响应的时间不受PLC周期的影响 而只取决于硬件的延时 3 PLC机型尽可能统一 一个大型企业 应尽量做到机型统一 模块可互为备用 便于备品备件的采购和管理 这不仅使模块通用性好 减少备件量 而且给编程和维修带来极大的方便 也给扩展系统升级留有余地 外部设备通用 资源可共享 配以上位计算机后 可把控制各独立系统的多台PLC连成一个多级分布式控制系统 相互通信 集中管理 4 指令系统 1 指令系统的总语句数 2 指令系统种类 3 指令系统的表达方式 4 应用软件的程序结构 有模块化和子程序式 模块化 编写调试方便 但处理速度慢 子程序式 响应速度快 但不利于编写和调试 各种机型的指令系统不完全相同 在控制指令 数学运算指令 逻辑指令方面各有侧重 选择机型时 从指令方面注意以下几点 7 2 2开关量I O模块的选择 1 开关量输入模块的选择2 开关量输出模块的选择 自学 1 开关量输入模块的选择 1 选择工作电压等级根据现场检测元件和模块之间的距离来选择2 选择模块密度根据分散在各处输入信号的多少和信号动作的时间选择3 门坎电平门坎电平指 接通电平和关门电平的差值 门坎电平越大 抗干扰能力越强 传输距离越远 自学 2 开关量输出模块的选择 1 输出方式的选择 继电器输出方式 交直流负载 响应速度慢 不能频繁动作 晶闸管输出方式 开关频率高 电感强 功率因数低的交流负载 晶体管输出方式 开关频率高的直流负载2 输出电流的选择 模块的输出电流必须大于负载电流的额定值 并留有余量 当负载电流较大 输出模块不能直接驱动负载时 要增加中间放大环节 接通点数的电流和必须小于公共端允许通过的电流值 自学 7 2 3模拟量I O模块的选择 1 模拟量输入模块的选择2 模拟量输出模块的选择 1 模拟量输入模块的选择 1 模拟量值的输入范围电压信号 0 5V 0 10V 5 5V等电流信号 0 20mA 4 20mA等2 模拟量输入模块的分辨率 输入精度 转换时间等参数指标应符合具体的系统要求 3 应用中要注意抗干扰措施方法 模块和电源保持一定距离 模拟量输入信号线采用屏蔽措施 采用一定的补偿措施 减少环境变化对信号的影响 2 模拟量输出模块的选择 模拟量输出模块的输出类型有电压输出和电流输出两种 输出范围 0 10V 10V 10V 0 20mA等 模拟量输出模块的输出精度 分辨率 抗干扰措施等都与模拟量输入模块的情况类似 S7 200PLC提供了各种模块 可根据实际需要选用EM2314路模拟量输入模块 EM2314路输入热电偶 EM2312路热电阻 RTD EM2322路模拟量输出模块 EM2354输入 1输出组合 7 2 4智能模块的选择 一般的智能模块包括PROFIBUS DP模块 如EM277模块 工业以太网模块 如CP243 1 CP243 1IT 调制解调器模块 如EM241模块 定位模块 如EM253模块 等 需要注意 一般智能模块价格比较昂贵 而有些功能采用一般I O模块也可以实现 只是要增加软件的工作量 因此应根据实际情况决定取舍 7 3PLC控制系统梯形图程序的设计 7 3 1经验设计法7 3 2顺序控制设计法与顺序功能图 7 3 1经验设计法 依据 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 并把它们有机组合起来 经验设计法的特点 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 设计方法不规范 没有一个普遍的规律可遵循 具有一定的试探性和随意性设计出的程序不唯一 其质量与设计者的经验有关对于简单的系统 用经验设计法进行设计 简单 易行 可以收到明显的效果对于一些旧设备的改造常采用经验设计法 借鉴原设备继电器控制电路图 并综合考虑PLC的特点对于复杂的系统 由于联锁关系复杂 难于掌握 且设计周期较长 设计出的程序可读性差 使用 维护不便 举例 电机的启动和自锁 I O分配表 对应的梯形图 图7 2运料小车控制系统 7 3 2顺序控制设计法与顺序功能图 1 顺序功能图2 顺序功能图的基本结构3 顺序功能图法 1 顺序功能图 1 步与动作 2 有向连线 3 转换和转换条件 图7 3顺序功能图举例 步 将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段 初始步 与系统的初始状态对应的步 用M和S来代表各个步 1 步与动作 初始步 双线方框表示 步用矩形框表示 活动步 非活动步 活动步 步处于活动状态 该过程正被执行 非活动步 步处于非活动状态 该步未被执行 与步相关的动作 或命令 步处于活动状态时 该步内相应的动作 或命令 即被执行 反之 不被执行 与相应步的矩形框相连 与步相关的动作 或命令 非存储型 存储型 动作 或命令 可分 存储型 当步由活动转为不活动时 如果动作 或命令 继续保持它的状态 非存储型 当步由活动转为不活动时 如果动作 或命令 返回到该活动步前的状态 点动电机M1 非存储型 命令 启动电机M1并一直保持 存储型 命令 2 有向连线 步之间的进展 采用有向连线表示 它将步连接到转换并将转换连接到步 有向连线 步的进展按有向连线规定的路线进行习惯进展的方向 从上到下或从左到右 箭头表示步进展的方向 3 转换和转换条件 步与步之间由 转换 分隔 当两步之间的转换条件得到满足时 转换得以实现 即上一步的活动结束而下一步的活动开始 每个活动步持续的时间取决于步之间转换的实现 转换符号 转换条件 例子 要求M1起动30s后 M2自动起动 运行15s后 M2停止 同时M3自动起动 再运行45s后 电机全部停止 2 顺序功能图的基本结构 1 单序列结构 2 选择序列结构 3 并行序列结构 1 单序列结构 单序列由一系列相继激活的步组成 每步的后面仅有一个转换条件 每个转换条件后面仅有一步 如图7 4所示 图7 4单序列结构 2 选择序列结构 选择序列的开始称为分支 某一步的后面有几个步 当满足不同的转换条件时 转向不同的步 选择序列的结束称为合并 几个选择序列合并到同一个序列上 各个序列上的步在各自转换条件满足时转换到同一个步 如图7 5b所示 图7 5选择序列的分支与合并 并行序列的分支与合并 满足b条件 12 14 18步同时被激活 成为活动步 当13 15 17都为活动步 若满足d条件 则13等同时变为不活动步 18变为活动步 3 并行序列结构 并行序列的分支中只允许有一个转换条件 并标在水平双线之上 并行序列的合并只允许有一个转换条件 并标在水平双线之下 步骤 1 首先根据系统的工艺流程 设计顺序功能图 2 然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序 优点 1 在顺序功能图中 步之间没有重叠 这使系统中大量复杂的联锁关系在步的转换中得以解决 2 对于每一步的程序段 只需处理极其简单的逻辑关系 3 编程方法简单易学 规律性强 4 设计出的控制程序结构清晰 可读性好 调试 运行方便 3 顺序功能图法 7 4顺序控制梯形图的设计方法 7 4 1置位 复位指令编程7 4 2顺序控制继电器指令编程7 4 3具有多种工作方式的顺序控制梯形图设计方法 S7 200PLC采用顺序功能图法设计时 可用置位 复位 S R 指令 顺序控制继电器 SCR 指令 移位寄存器 SHRB 指令等实现编程 7 4 1置位 复位指令编程 交通灯控制 1 控制要求2 输入 输出信号地址分配3 设计顺序功能图和梯形图程序 1 控制要求 1 接通起动按钮后 信号灯开始工作 南北向红灯 东西向绿灯同时亮 2 东西向绿灯亮25s后 闪烁3次 1s 次 接着东西向黄灯亮 2s后东西向红灯亮 30s后东西向绿灯又亮 如此不断循环 直至停止工作 3 南北向红灯亮30s后 南北向绿灯亮 25s后南北向绿灯闪烁3次 1s 次 接着南北向黄灯亮 2s后南北向红灯又亮 如此不断循环 直至停止工作 图7 7交通信号灯控制示意图 2 输入 输出信号地址分配 表7 1交通信号灯控制I O地址分配表 图7 8I O接线图 3 设计顺序功能图和梯形图程序 图7 9交通信号灯控制顺序功能图 图7 10交通信号灯梯形图程序 东西向绿灯亮25s后 1步结束 2步开始 绿灯灭 250 0 5s后 2步结束 3步开始 绿灯亮启动计数器 要求闪烁3次3次不到 0 5s后 2步开始 3步结束3次到了 0 5s后 4步开始 3步结束 黄灯亮 2s后 4步结束 5步开始 红灯亮30s后 5步结束 1步开始 循环 东西绿灯东西黄灯东西红灯停止 7 4 2顺序控制继电器指令编程 深孔钻组合机床 1 深孔钻组合机床控制要求2 I O信号地址分配和接线图3 画出顺序功能图4 由顺序功能图设计梯形图 1 深孔钻组合机床控制要求 刀具进退与行程开关示意图如图7 11所示 在起始位置O点时 行程开关SQ1被压合 按起动按钮SB2 电动机正转起动 刀具前进 退刀由行程开关控制 当动力头依次压在SQ3 SQ4 SQ5上时电动机反转 刀具会自动退刀 退刀到起始位置时 SQ1被压合 退刀结束 又自动进刀 直到三个过程全部结束 图7 11深孔钻组合机床工作示意图 2 I O端子接线图 图7 12深孔钻控制I O接线图 3 顺序功能图 根据深孔钻组合机床工作示意图 可画出顺序功能图如图7 13所示 图7 13深孔钻顺序功能图 4 由顺序功能图设计梯形图 图7 14深孔钻控制梯形图 自学 7 5PLC在工业控制系统中的典型应用实例 7 5 1节日彩灯的PLC控制7 5 2恒温控制 7 5 1节日彩灯的PLC控制 1 彩灯闪烁一般控制方法 环形分配器原理2 环形分配器法编程3 编写彩灯 花式 节拍输出分配表程序 1 彩灯闪烁一般控制方法 环形分配器原理 图7 23环形分配器示意 钟 表7 3节日彩灯 步进单闪 花式节拍输出分配表 表7 4节日彩灯 奇偶跳变 花式节拍输出分配表 2 环形分配器法编程 1 时基 2 单步环形移位 3 长针 周期触发 短针 单步环形移位 3 编写彩灯 花式 节拍输出分配表程序 图7 24节日彩灯控制程序 7 5 2恒温控制 1 恒温控制的基本思路2 数据的变换与处理3 设计梯形图程序 1 恒温控制的基本思路 图7 25温度控制系统硬件示意图 2 数据的变换与处理 1 数据输入变换过程 2 控制量输出变换过程 图7 264 20mA模拟量变换坐标 3 设计梯形图程序 1 主程序 OB1 网络1将温度信号输入值转换成0 25600存入VW162 以及再转换成0 100 范围并存入VW170 该温度值可用于数码显示或后面的 比较器 数值比较 2 子程序0 SBR0 初始化变量存储器 其中VD160 VW170开机清零 VW180置最大输出调控量32000 20mA VW182置0输出调控量 4mA 3 子程序1 SBR1 填写除给定值以外其他PID回路表参数 4 中断0 INT0 完成以下功能 将VW162以上16位补0成为双字整数 再划为实数 并除以25600 0使之成为0 0 1 0的过程变量 PVn I0 0置1时PID回路指令有效 将0 0 1 0的输出转换成0 25600的整数 再加6400 成为6400 32000的输出 其中还有上 下限幅 当失调温度超过设定值5 时 输出6400 反之低于5 时 输出32000 具体程序见教材 本章小结 本章主要介绍了PLC控制系统设计的内容和步骤 PLC控制系统的硬件配置方法 重点介绍了梯形图程序的设计方法 包括经验设计法和顺序控制设计法 介绍了顺序功能图的结构和应用方法 并通过典型的应用实例来介绍顺序控制梯形图的设计方法 步骤和内容 通过学习 应掌握顺序功能图和顺序控制设计法的设计步骤 能进行简单的控制系统的设计 包括统计输入 输出信号点数和类型 进行合理的机型选择 画出输入输出接线图 画出顺序功能图 设计出梯形图程序并进行调试 习题 2 3 5