第8章可编程控制器系统设计与应用.ppt

第8章 可编程控制器系统设计与应用,本章要点：,可编程控制器系统设计的一般原则与步骤 可编程控制器系统的硬件配置 可编程控制器系统的软件设计方法 可编程控制器应用程序的基本环节及设计技巧 可编程控制器在工业控制中的应用实例 提高可编程控制器系统可靠性的措施,8.1 plc控制系统设计,主要内容： plc控制系统设计的基本原则、内容、步骤,8.1.1 plc控制系统设计的基本原则,在满足生产工艺要求的前提下，最大限度地提高生产效率和产品质量。 最大限度地满足被控对象的要求； 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、适用及维护方便。 保证系统的安全可靠。 考虑生产发展和工艺改进的要求，在选型时应有适当的余量。,8.1.2 plc控制系统设计的内容,plc控制系统设计的主要内容包括以下几个方面： （1）分析控制对象，明确设计任务和要求； （2）选定plc的型号； （3）选择输入/输出模块，进行i/o分配； （4）设计控制程序； （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；,8.1.3 plc控制系统设计的一般步骤,具体设计步骤如下： 详细了解被控对象的生产工艺过程，分析控制要求； 根据控制要求确定所需的用户输入/输出设备； 选择plc类型； 分配plc的i/o点，设计i/o连接图； plc的软件设计，同时可进行控制台的设计和现场施工； 系统调试，固化程序，交付使用。,8.2 plc控制系统硬件配置,主要内容： plc型号的确定、i/o点的分配、电气控制线路设计及抗干扰措施设计等；,8.2.1 plc的选型,1. plc容量的选择 可根据经验公式计算： （1）只有开关量时 所需内存字数开关量（输入输出）总点数10 （2）只有模拟量输入时： 所需内存字数模拟量点数100 （3）模拟量输入/输出同时存在： 所需内存字数模拟量200 （3）开关量与模拟量同时存在： 所需内存字数开关量（输入输出）总点数10模拟量点数150 然后按计算存储器字数的25考虑余量。,8.2.1 plc的选型,2. plc机型的选择 从以下三个方面考虑： （1）功能 （2）价格 （3）售后服务,8.2.2 i/o地址分配,把i/o点的名称和地址以表格的形式写出来。例：电动机的正反转控制:,8.2.3 响应时间,对于过程控制，扫描周期和响应时间需要认真考虑。 例如：plc由于采用顺序扫描的工作方式，不能接收持续时间小于扫描周期的输入信号。 再如：对于高速设备，还应考虑plc响应滞后带来的影响。,8. 3 plc控制系统的软件设计方法,plc程序设计的方法很多，如逻辑设计法、经验设计法、时序设计法等，要根据控制的对象的特点来选择。,1.逻辑设计法,用逻辑函数表达式将控制系统的控制要求表达出来，运用逻辑代数的公式进行化简然后将计算结果转化成梯形图的方法。 0：plc器件的状态为off，其触点断开； 1：器件状态为on，其触点闭合；,1.逻辑设计法,例1：某系统中有4台通风机，要求三台及三台以上开机时，绿灯常亮，表示该系统可以安全运行。设计其plc程序，以实现该功能。,能引起绿灯常亮的情况有五种，列状态表如下:,由状态表可得f的逻辑函数表达式为：,1.逻辑设计法,用逻辑代数的公式进行化简:,=ab（c d） cd（ ab）,1.逻辑设计法,f = ab(d+c)+cd(a+b),1.逻辑设计法,逻辑设计法的步骤： （1）列出执行元件动作的状态表。 （2）根据状态表写出执行元件的逻辑函数表达式。 （3）将逻辑函数表达式进行化简（最简与或式）。 （4）将化简后的逻辑表达式转化成梯形图。 （5）对程序进行检测、修改和完善。,1.逻辑设计法,逻辑设计法的特点：能够得到正确且最简化的的结果。 前提条件是：逻辑计算的过程没有错误。 应用范围：对于逻辑关系非常复杂的控制系统，宜采用此种方法。,2. 经验设计法,例2：交通信号灯，按下启动按钮后，东西绿灯亮42秒钟后灭，接着黄灯点亮3秒钟后灭，接着红灯点亮45秒钟后灭，对应东西方向绿灯亮时，南北方向红灯亮45秒钟，接着绿灯亮42秒钟，接着黄灯亮3秒钟，并循环。,2. 经验设计法,2. 经验设计法,三只彩灯，按下启动按钮sb1后，绿灯点亮10秒钟后灭，接着黄灯点亮10秒钟后灭，接着红灯点亮10秒钟后灭，接着又是绿灯亮，并循环。,2. 经验设计法,i/o分配： i0.0：启动按钮sb1； i0.1：停止按钮sb2； q0.0：绿灯； q0.1：黄灯； q0.2：红灯；,i0.0,m0.0,i0.1,( ),q0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,100,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,200,t39,t37,( ),q0.0,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,300,( ),q0.2,t38,t39,2. 经验设计法,2. 经验设计法,i/o分配： i0.0：启动按钮sb1； i0.1：停止按钮sb2； q0.0：东西绿灯； q0.3：南北红灯； q0.1：东西黄灯； q0.4：南北绿灯； q0.2：东西红灯； q0.5：南北黄灯,i0.0,m0.0,i0.1,( ),q0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,100,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,200,t39,t37,( ),q0.0,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,300,( ),q0.2,t38,t39,m0.0,i0.1,( ),q0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,t39,t37,( ),q0.0,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,( ),q0.2,t38,t39,i0.0,m0.0,i0.1,( ),q0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,420,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,t39,t37,( ),q0.0,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,( ),q0.2,t38,t39,i0.0,m0.0,i0.1,( ),q0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,420,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,450,t39,t37,( ),q0.0,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,( ),q0.2,t38,t39,i0.0,i0.0,m0.0,i0.1,( ),q0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,420,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,450,t39,t37,( ),q0.0,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,900,( ),q0.2,t38,t39,( ),q0.4,( ),in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t41,100ms,pt,ton,t42,t40,( ),q0.3,t40,t41,in,ton,100,pt,in,t42,100ms,pt,ton,( ),q0.5,t41,t42,( ),q0.4,( ),in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t41,100ms,pt,ton,t42,t40,( ),q0.3,t40,t41,in,ton,100,pt,in,t42,100ms,pt,ton,( ),q0.5,t41,t42,450,900,870,i0.0,m0.0,i0.1,( ),q0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,420,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,450,t39,t37,( ),q0.0,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,900,( ),q0.2,t38,t39,( ),q0.4,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t41,100ms,pt,ton,t42,t40,( ),q0.3,t40,t41,in,ton,100,pt,in,t42,100ms,pt,ton,( ),q0.5,t41,t42,450,900,870,( ),q0.4,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t41,100ms,pt,ton,t42,t40,( ),q0.3,t40,t41,in,ton,100,pt,in,t42,100ms,pt,ton,( ),q0.5,t41,t42,450,900,870,m0.0,m0.0,2. 经验设计法,经验设计法的特点： 对于有一定实践经验，熟悉各种典型控制环节的人来说，此种方法效率较高。但不一定是最优的结果，程序的质量与编程者的经验有很大关系。,3. 时序设计法,例3：用时序设计法重新设计例2。 首先作出其输出信号的时序图。,3.时序设计法,i/o分配： i0.0：启动按钮sb1； i0.1：停止按钮sb2； q0.0：东西绿灯； q0.3：南北红灯； q0.1：东西黄灯； q0.4：南北绿灯； q0.2：东西红灯； q0.5：南北黄灯,m0.0,i0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,t40,( ),q0.0,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,东西,420,450,870,900,i0.0,m0.0,i0.1,( ),q0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,t40,t37,( ),q0.0,m0.0,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,420,450,870,900,东西,东西,i0.0,m0.0,i0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,t40,t37,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,( ),q0.2,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,420,450,870,900,( ),q0.1,( ),q0.0,东西,东西,东西,i0.0,m0.0,i0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,t40,t37,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,t38,t40,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,420,450,870,900,( ),q0.2,( ),q0.1,( ),q0.0,东西,东西,东西,i0.0,m0.0,i0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,t40,t37,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,t38,t40,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,420,450,870,900,( ),q0.2,( ),q0.1,( ),q0.0,东西,东西,东西,( ),q0.5,( ),q0.4,( ),q0.3,南北,南北,南北,i0.0,m0.0,i0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,t40,t37,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,t38,t40,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,t38,m0.0,420,450,870,900,( ),q0.2,( ),q0.1,( ),q0.0,东西,东西,东西,( ),q0.5,( ),q0.4,( ),q0.3,南北,南北,南北,i0.0,m0.0,i0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,t40,t37,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,t38,t40,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,t38,m0.0,t38,t39,420,450,870,900,( ),q0.2,( ),q0.1,( ),q0.0,东西,东西,东西,( ),q0.5,( ),q0.4,( ),q0.3,南北,南北,南北,i0.0,i0.0,m0.0,i0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,t40,t37,m0.0,t37,t38,in,ton,100,pt,in,t39,100ms,pt,ton,t38,t40,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,t38,m0.0,t38,t39,t39,t40,420,450,870,900,( ),q0.2,( ),q0.1,( ),q0.0,东西,东西,东西,( ),q0.5,( ),q0.4,( ),q0.3,南北,南北,南北,3.时序设计法,时序设计法的步骤： 分析各输入/输出信号之间的时序关系，画出输出信号的时序图。,把时序图划分成若干个区段，找出区段间的分界点。,3.时序设计法,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，并明确各定时器开始定时和定时结束这两个关键时刻对各输出信号状态的影响。,3.时序设计法,对plc进行i/o分配。 根据时序图和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。 时序设计法的适用范围： 适用于比较复杂的循环控制系统。,3.时序设计法,练习题：交通信号灯，按下启动按钮后，东西绿灯亮40s闪2s后灭，接着黄灯点亮3s后灭，接着红灯点亮45s后灭，对应东西方向绿灯亮时，南北方向红灯亮45s，接着绿灯亮40s闪2s，接着黄灯亮3s，并循环。,0,40,45,87,90,东西,东西绿,东西黄,东西红,南北绿,南北红,南北黄,南北,绿闪,42,85,绿闪,0,40,45,87,90,东西,东西绿,东西黄,东西红,南北绿,南北红,南北黄,南北,绿闪,42,85,绿闪,t37,t38,t39,t40,t41,t42,io.o,m0.0,i0.1,( ),q0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,pt,t37,t42,( ),q0.0,m0.0,( ),q0.2,东西,东西,东西,in,ton,pt,t38,in,ton,pt,t39,in,ton,pt,t40,in,ton,pt,t41,in,ton,pt,t42,400,420,450,850,870,900,io.o,m0.0,i0.1,( ),q0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,pt,t37,t42,( ),q0.0,m0.0,( ),q0.2,东西,东西,东西,in,ton,pt,t38,in,ton,pt,t39,in,ton,pt,t40,in,ton,pt,t41,in,ton,pt,t42,sm0.5,400,420,450,850,870,900,io.o,m0.0,i0.1,( ),q0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,pt,400,t37,t42,t37,( ),q0.0,m0.0,t38,t39,( ),q0.2,t39,t42,in,ton,pt,420,t38,in,ton,pt,450,t39,in,ton,pt,850,t40,in,ton,pt,870,t41,in,ton,pt,900,t42,t37,sm0.5,t38,几种设计方法的应用范围,比较简单的控制系统可以采用经验设计法，较为复杂的循环控制系统采用时序设计法，对于用经验设计法难以解决的复杂的逻辑控制系统，宜采用逻辑设计法。,思考题,1. 交通信号灯，按下启动按钮后，东西向左转向灯亮15s，接着东西向绿灯亮40s闪2s后灭，接着黄灯点亮3s后灭，接着红灯点亮60s后灭，对应东西方向绿灯亮时，南北方向红灯亮60s，接着南北向左转向灯亮15s，绿灯亮40s闪2s，接着黄灯亮3s，并循环。,0,15,60,117,120,东西,东西绿,东西黄,东西红,南北绿,南北红,南北黄,南北,绿闪,57,115,绿闪,t37,t38,t39,t40,t41,t42,左转,左转,t43,t44,55,75,思考题,2. 四台电动机的运行状态用l1、l2、l3三个指示灯显示，要求： 只有一台电动机运行时l1亮，两台电动机运行时l2亮，三台及以上电动机运行时l3亮，都不运行时三个灯都不亮。设计plc程序。,8. 4 plc应用程序的典型环节及设计技巧,8. 4 .1 应用程序的典型环节,1 . 电动机的启动与停止控制程序,1 . 电动机的启动与停止控制程序,i/o分配：,2 . 电动机的正反转控制程序,2 . 电动机的正反转控制程序,i/o分配：,2 . 电动机的正反转控制程序,plc程序：,3 . 电动机的顺序控制程序,两台电动机m1、 m2 ，要求顺序控制，即启动时m1启 动后m2才能启动 ，停止时m2停止后m1才能停止 。设 计梯形图。,3 . 电动机的顺序控制程序,3 . 电动机的顺序控制程序,i/o分配：,3 . 电动机的顺序控制程序,plc程序：,4 . 电动机的多地控制程序,电动机m，要求两地控制，即在两个不同的地点都能启动和停止。设计梯形图。,4 . 电动机的多地控制程序,4 . 电动机的多地控制程序,i/o分配：,4 . 电动机的多地控制程序,plc程序：,5. 延时接通控制程序,三只灯泡，按下启动按钮sb1，10s后el1自动点亮，20s后el2自动点亮， 30s后el3自动点亮。按下停止按钮sb2，全部灭。,5. 延时接通控制程序,6. 延时断开控制程序,三只灯泡，按下启动按钮sb1后，三只灯全亮，10s后el1自动灭，20s后el2自动灭， 30s后el3自动灭。,6. 延时断开控制程序,7. 长时间延时控制程序,有一台电动机，要求按下启动按钮sb1 60分钟后，电动机自行启动。按下停止按钮sb2后停止。,7. 长时间延时控制程序,8. 顺序循环控制程序,三只彩灯，依次点亮10秒钟，并循环。,8. 顺序循环控制程序,9. 触发控制程序,en0,en,shl_b,in,out,qb0,qb0,i0.0,n,1,en0,en,mov_b,in,out,16#01,qb0,i0.1,p,p,9. 触发控制程序,9只彩灯，要求隔两灯闪烁，即 l1 、 l4、 l7亮1秒钟后灭，接着l2、 l5、 l8亮1秒钟后灭，再接着l3、 l6、 l9亮1秒钟后灭，并循环。,10 . 优先控制,用plc实现四组抢答器控制 。每组一个按钮，按下后本组的指示灯亮，并且别人按下不再起作用。另有一按钮按下所有的指示灯复位，可重新抢答。设计梯形图。,10 . 优先控制,10 . 优先控制,i/o分配：,i0.0,( ),q0.1,q0.0,q0.0,q0.2,i0.4,i0.1,( ),q0.0,q0.1,q0.1,q0.2,i0.4,i0.2,( ),q0.0,q0.2,q0.2,q0.1,i0.4,q0.3,q0.3,q0.3,i0.3,( ),q0.0,q0.3,q0.3,q0.1,i0.4,q0.2,指令应用1,指令应用2二分频电路,11 . 闪烁电路,i0.0,q0.0,i0.0,q0.0,2s,1s,2s,1s,i0.0,m0.0,i0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,20,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,20,t38,t37,t37,( ),q0.0,i0.0,q0.0,12 . 报警程序,当故障发生时（i0.0为on） ，报警指示灯（q0.0）闪烁，报警电铃或蜂鸣器（q0.7）响。操作人员知道故障发生后，按消铃按钮（ i1.0 ），把电铃关掉，报警指示灯由闪烁变为常亮。故障消失后，报警灯熄灭。另外还应设置试灯、试铃按钮（ i1.1 ） ，用于平时检测报警指示灯和电铃的好坏。,in,ton,100,pt,10,in,t37,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,20,t38,t37,t37,( ),q0.0,m0.0,i1.1,i0.0,( ),q0.7,i1.1,i0.0,m0.0,( ),m0.0,m0.0,i0.0,i1.0,13 . 高精度时钟程序,秒计数器,分计数器,时计数器,14 . 脉冲宽度可控制电路,在输入脉冲信号宽度不规范的情况下，要求在每一 个输入信号的上升沿产生一个宽度固定的脉冲，该脉冲 宽度可以调节。 如果输入信号的两个上升沿之间的距离小于该脉冲 宽度，则忽略输入信号的第二个上升沿。,i0.0,m0.1,p,( ),q0.0,m0.0,in,ton,100,pt,20,in,t37,100ms,pt,ton,t37,s,1,( ),m0.0,( ),m0.1,( ),q0.0,r,1,t37,i0.0,q0.0,2s,2s,2s,15. 分频控制程序,15. 分频控制程序,15. 分频控制程序,8. 4.2 plc程序设计技巧,1.减少输入点的方法,1.减少输入点的方法,（1）触点合并输入,（2）单按钮启停控制程序,2.减少输出点的方法,对于两个通断状态完全相同的负载，可将它们并联后共有一个plc的输出点，但应注意两个输出负载电流总和不能大于输出端子的负载能力。,2.减少输出点的方法,例：按下sb1，电动机m启动并自锁，同时el亮。按下sb2，电动机m 停止，el灭。设计梯形图。,8. 5 .1 plc在工业控制中的应用,1. 3台电动机顺序启动，逆序停止,i0.0,m0.0,i0.1,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,20,in,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,40,t37,( ),q0.0,t37,( ),q0.1,m0.0,t38,( ),q0.2,q0.0,q0.1,q0.2,t38,i0.0,m0.0,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,200,in,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,400,t37,( ),q0.0,t37,( ),q0.1,m0.0,t38,( ),q0.2,q0.0,q0.1,q0.2,t38,m0.1,i0.1,m0.1,( ),m0.1,m0.1,in,ton,100,pt,100,in,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,ton,200,t39,t40,t39,t40,i0.0,m0.0,( ),m0.0,m0.0,in,ton,100,pt,200,in,100ms,pt,ton,in,ton,100,pt,in,t38,100ms,pt,ton,400,t37,i0.1,in,ton,100,pt,100,in,100ms,pt,tof,in,ton,100,pt,in,t40,100ms,pt,tof,200,t39,8. 5 .1 plc在工业控制中的应用,1. 4台电动机顺序启动，逆序停止。,8. 5 .1 plc在工业控制中的应用,8. 5 .2 电动机y-减压启动控制,km1,fr,sb1,sb2,fr,kmy,km,km