南京江宁鑫元自动化西门子200PLC培训——PLC应用系统设计.ppt

模块六PLC应用系统设计 6 1PLC系统设计的主要内容 6 2PLC 6 3PLC应用中的若干问题 1 最大限度地满足被控对象提出的各项性能指标 2 确保控制系统的安全可靠 3 力求控制系统简单 4 留有适当的裕量 6 1PLC系统设计的主要内容 6 1 1PLC控制系统设计的基本原则 6 1 2PLC控制系统设计的主要内容 1 明确设计任务和技术条件 2 确定用户输入设备和输出设备 3 选择可编程控制器的机型 4 分配I O通道 绘制I O接线图 5 设计控制程序 6 编制控制系统的技术文件 6 1 3程序设计的步骤 用可编程控制器进行控制系统设计的一般步骤有以下步 1 评估控制任务2 PLC的选型3 系统设计 1 模拟调试 1 硬件模拟法 2 软件模拟法2 现场联机统调 6 1 4系统调试 6 2PLC程序设计的方法 PLC程序设计的常用方法主要有梯形图经验设计法和顺序控制设计法等 6 2 1 经验设计法6 2 2顺序控制设计法 1 使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法 起 保 停电路是继电器 接触器控制电路常用的一种方法 它在顺序控制梯形图设计中仅仅使用触点和线圈有关的指令 是一种简单通用的方法 设计起保停电路的关键是找出它的启动条件和停止条件 启动条件是前级步为活动步且转换条件满足 停止条件是后级步变为活动步 例6 1 根据图6 1所示的单序列功能流程图 设计出梯形图程序 将结合本例介绍起保停电路的编程方法 使用起保停电路模式编程 对应的状态逻辑关系为 分析 从该功能流程图可知本例中有三个步 每个步要成为活动步的前提条件是其前级步为活动步且转换的条件满足 网络1中 当步M0 2为活动步 且转换条件I0 2满足 或转换条件SM0 1满足 则初始步M0 0将变为活动步 故步M0 0的起保停电路的起始条件应为M0 2 I0 2 SM0 1 对应的起动电路由两条并联支路组成 第一条支路分别由M0 2 I0 2的常开触点串联而成 第二条支路是SM0 1常开触点 和SM0 1常开触点并联的M0 0的常开触点起自保作用 M0 1的常闭触点起停止作用 即后级步 如M0 1 被激活时 其对应的前级步 如M0 0 关断 其他的网络对应的状态逻辑关系见上面的式子 分析类似 其对应的梯形图如图6 2所示 例6 2 根据图6 3所示的选择性序列功能流程图 设计出梯形图程序使用起保停电路模式编程 对应的状态逻辑关系为 图6 3例6 2选择性序列功能流程图根据选择性序列功能流程图的特点 其对应的梯形图如图6 4所示 例6 3 根据图6 5所示的并列序列的功能流程图 设计出梯形图程序 图6 5例6 3并列序列的功能流程图根据并列序列功能流程图的特点 其对应的梯形图如图6 6所示 图6 6使用起保停电路编程的例6 3梯形图 以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法采用S R指令 当某步的转换条件满足时 用S指令使该部变为活动步 同时用R指令使前级步变为非活动步 这种编程方法与转换实现的基本规则之间有严格的对应关系 它更适合对复杂顺序控制系统的编程 例6 4 根据图6 1所示的单序列的功能流程图 设计出梯形图程序使用以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法采用S R指令编程的梯形图如图6 7所示 2 以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法 例6 5 根据图6 3所示的选择性序列的功能流程图 设计出梯形图程序使用以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法采用S R指令编程的梯形图如图6 8所示 例6 6 根据图6 5所示的并列序列的功能流程图 设计出梯形图程序使用以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法采用S R指令编程的梯形图如图6 9所示 例6 7 根据图6 9所示的选择性序列的功能流程图 设计出梯形图程序使用SCR指令指令编程的顺序控制梯形图如图6 10所示 3 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法 图6 9例6 7功能流程图 例6 8 根据图6 11所示的并列序列的功能流程图 设计出梯形图程序使用SCR指令指令编程的顺序控制梯形图如图6 12所示 图6 11例6 8功能流程图 6 3PLC应用中的若干问题 若PLC输入设备采用两线式传感器 如接近开关等 时 其漏电流较大 可能会出现错误的输入信号 为了避免这种现象 可在输入端并联旁路电阻R 如图6 13所示 若PLC输入信号由晶体管提供 则要求晶体管的截止电阻应大于10k 导通电阻应小于800 6 3 2PLC的安全保护1 短路保护2 感性输入 输出的处理 6 3 1对PLC的某些输入信号的处理 图6 13两线式传感器输入的处理图6 14感性输入 输出的处理 良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件 PLC一般最好单独接地 与其他设备分别使用各自的接地装置 如图6 15 a 所示 也可以采用公共接地 如图6 15 b 所示 但禁止使用图6 15 c 所示的串联接地方式 另外 PLC的接地线应尽量短 使接地点尽量靠近PLC 同时 接地线的截面应大于2mm2 图6 15PLC接地 3 PLC系统的接地要求 任务1 1 PLC在自动门控制中的应用 1 任务控制要求 图6 16所示为某自动门工作示意图 开门控制 当有人靠近自动门时 感应器检测到信号 执行高速开门动作 当门开到一定位置 开门减速开关I0 1动作 变为低速开门 当碰到开门极限开关I0 2时 门全部开展 门开展后 定时器T37开始延时 若在3s内感应器检测到无人 即转为关门动作 关门控制 先高速关门 当门关到一定位置碰到减速开关I0 3时 改为低速关门 碰到关门极限开关I0 4时停止 在关门期间若感应器检测到有人 I0 0为ON 停止关门 T38延时1s后自动转换为高速开门 2 I O元件地址分配表根据控制要求 I O元件地址分配表如表6 1所示 3 设计顺序功能图根据控制要求 自动门控制系统顺序功能图如图6 17所示 4 设计梯形图程序根据上面顺序功能图 使用起保停电路的编程方法设计的梯形图程序如图6 18所示 图6 18自动门控制系统梯形图 任务1 2 全自动洗衣机PLC控制系统 全自动洗衣机的控制方式可分为手动控制洗衣 自动控制洗衣和预定时间洗衣等 这里只介绍全自动洗衣过程 全自动洗衣机结构示意图如图6 19所示 图6 19全自动洗衣机结构示意图1 电源开关2 启动按钮3 PLC控制器4 进水口5 出水口6 洗衣桶7 外桶8 电动机9 波轮 1 全自动洗衣控制要求 洗衣机接通电源后 按下起动按钮 首先进水阀打开 进水指示灯亮 当水位达到上限位时 进水指令灯灭 搅轮正转进行正向洗涤40s 时间到停2s后 再进行反向洗涤40s 正反向洗涤需重复4次 等待洗涤重复4次后 再等待2s 开始排水 排水指示灯亮 后甩干桶甩干 指示灯亮 当水位到下限位后 排水完成 指示灯灭 又开始进水 进水指示灯亮 重复4次 的过程 当第4次排水到下限位后 蜂鸣器响5s后停止 整个洗衣过程结束 操作过程中 按下停止按钮可结束洗衣过程 手动排水是独立操作的 2 I O元件地址分配表根据控制要求 I O元件地址分配表如表6 2所示 3 设计顺序功能图根据洗衣机的控制要求 设计出顺序功能图如图6 20所示 图6 20全自动洗衣机顺序控制功能图 4 设计梯形图程序根据顺序功能图按以转换为中心的编程方法设计的梯形图程序如图6 21所示 图6 21全自动洗衣机顺序控制梯形图 任务1 3 多种工作方式机械手的PLC控制 为了满足生产的需要 很多设备要求设置多种工作方式 如手动和自动 包括连续 单周期 单步和自动返回初始状态 工作方式 手动控制比较简单 一般采用经验设计法设计 复杂的自动程序一般采用顺序设计法设计 图6 22 a 为某机械手结构示意图 用机械手将工件从A点搬运到B点 当工件夹紧时 Q0 1为ON 工件松开时 Q0 1为OFF 图6 22 b 为操作面板图 工作方式选择开关的5个位置分别对应于5种工作方式 操作面板下部的6个按钮 I0 5 I1 2 是手动按钮 图4 23所示为PLC的I O端子接线图 为了保证在紧急情况下 包括PLC发生故障时 能可靠地切断PLC的负载电源 设置了交流接触器KM如图4 23所示 在PLC开始运行时按下 负载电源 按钮 使KM线圈通电并自锁 给外部负载提供交流电源 出现紧急情况时用 紧急停车 按钮断开负载电源 图6 22机械手结构示意图及操作面板图6 23PLC的I O端子接线图 系统设有手动 单步 单周期 连续和回原点5种工作方式 在手动工作方式 用I0 5 I1 2对应的6个按钮分别独立控制机械手的升 降 左行 右行和夹紧 放松 系统处于原点状态 或初始状态 时 机械手在最上面和最左边 且夹紧装置为松开状态 在进入单步 单周期和连续工作方式之前 系统应处于原点状态 若不满足这一条件 可选择回原点工作方式 然后再按下起动按钮I2 6 使系统自动返回原点状态 在原点状态时 顺序控制功能图中的初始步M0 0为ON 为进入单步 单周期和连续工作方式作好准备 机械手原点开始 将工件从A点搬到B点 最后返回到初始状态的过程称为一个工作周期 在单步工作方式 从初始步开始 每按一次起动按钮 系统只向下转换一步的操作 完成该步的动作后 自动停止工作并停留在该步 这种工作方式常用于系统的调试 在单周期工作方式时 若初始步为活动步 按下起动按钮I2 6后 从初始步M0 0开始 机械手按下降 夹紧 上升 右行 下降 放松 上升 左行的规定完成一个周期的工作后 返回并停留在初始步 连续工作方式 在初始步按下起动按钮 机械手从初始步开始 工作一个周期后又开始搬运下一个工件 反复连续地工作 当按下停止按钮时 系统并不马上停止工作 要完成一个周期的工作后 系统才返回并停留在初始步 回原点工作方式 I2 1为ON 按下起动按钮I2 6时 机械手在任意状态中都可以返回到初始状态 1 工作方式 2 程序设计1 主程序的总体结构图6 24是主程序的总体结构 SM0 0的常开触点一直为ON 公用程序一直为无条件执行状态 在手动方式 I2 0为ON 执行 手动 子程序 在自动回原点方式 I2 1为ON 执行 回原点 子程序 在其他3种工作方式执行 自动 子程序 2 公用程序公用程序如图6 25所示 它是用于处理各种工作方式都要执行的任务 以及不同的工作方式之间相互切换的处理 3 手动程序手动程序如图6 26所示 为保证系统安全运行 在手动程序中设置了一些必要的联锁如下 图6 24主程序的总体结构 图6 25公用程序 图6 26手动程序 4 自动程序自动程序如图6 27 a 所示 它是执行单步 单周期和连续工作方式的顺序功能图 M0 0为初始步 M2 0 M2 7分别是下降 夹紧 上升 右行 下降 放松 上升 左行的各步 图6 27 b 是用起保停电路的编程方法设计的梯形图程序 单步 单周期和连续这3种工作方式主要用 连续 标志M0 7和 允许转换 标志M0 6来区分 5 自动回原点程序图6 28所示是自动回原点程序的顺序功能图和梯形图 在回原点工作方式 I2 1为ON 按下起动按钮I2 6时 机械手可能处于任意状态中 根据机械手当时所处的位置和夹紧装置的状态 可分为3种情况进行分析 对于不同的情况采用不同的处理方法 1 夹紧装置松开 Q0 1为0状态 2 夹紧装置处于夹紧状态 机械手在最右边 3 夹紧装置处于夹紧状态 机械手不在最右边 图6 28自动返回原点的顺序功能图与梯形图 项目2PLC在逻辑控制系统中的应用 1 控制要求四相八拍步进电机接线原理图如图6 29所示 其中接线端A B C D为脉冲电源输入端 E F为公共端 其控制要求为 1 按下正向启动按钮 步进电机按A AB B BC C CD D DA A时序正向转动 2 按下正向启动按钮 步进电机按A AB B BC C CD D DA A时序反向转动 3 慢速为1步 s 快速为10步 s 2 步进电机PLC控制接线图根据控制要求和步进电机的I O分配表 步进电机PLC控制的外部接线图如图6 30所示 图6 30步进电机PLC控制接线图 任务2 1 PLC在步进电动机控制中的应用 3 根据控制要求 设计出步进电机PLC控制梯形图 如图6 31所示 图6 31步进电机PLC控制梯形图 电梯是机电合一的大型工业产品 电梯的种类相当多 按速度分为低速电梯 1m s以下 快速电梯 低于2m s 高速电梯 2m s以上 按拖动方式分为交流电梯 直流电梯 液压电梯 齿轮齿条电梯等 电梯具有复杂的电气控制系统 PLC的出现为电梯的控制提供了许多新的思路和方法 因篇幅所限 下面就简单介绍一下四层楼电梯的控制方法1 电梯各部件功能简介电梯的控制部件分布于电梯轿厢的内部和外部 在电梯轿厢内部 有四个楼层 一至四层 的按钮 称为内呼叫按钮 开门和关门按钮 楼层显示器 指明当前电梯轿厢所处的位置 上升和下降显示器 用来显示电梯现在所处的状态 即电梯是上升还是下降 在电梯轿厢的外部共分四层 每层都应该有呼叫按钮 是乘客用来发出呼叫的工具 呼叫指示灯 上升和下降指示灯 以及楼层显示器 四层楼电梯中 一层只有上呼叫按钮 四层只有下呼叫按钮 其余三层都同时具有上呼叫和下呼叫按钮 而上升 下降指示灯以及楼层显示器应相同 任务2 2 四层楼电梯的PLC控制系统 2 电梯的控制要求 当电梯运行到指定位置后 在电梯内部按动开门按钮 则电梯门打开 按动电梯内部的关门按钮 则电梯门关闭 但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的 接受每个呼叫按钮 包括内部和外部的呼叫 的呼叫命令 并做出相应的响应 电梯停在某一层 例如三层 时 此时按动该层 三层 的呼叫按钮 上呼叫或下呼叫 则相当于发出打开电梯门命令 进行开门的动作过程 若此时电梯的轿箱不在该层 在一 二 四层 则等到电梯关门后 按照不换向原则控制电梯向上或向下运行 电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫 直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫 例如现在电梯的位置在二层和三层之间上行 此时出现了一层上呼叫 二层下呼叫和三层上呼叫 则电梯首先响应三层上呼叫 然后再依次响应二层下呼叫和一层上呼叫 1 PLC程序中I O点的分配根据控制要求 在编程过程中所用到的输入输出 I O 地址分配见表6 4 表6 4输入输出 I O 地址分配表 3 电梯的控制程序设计 电梯在每一层都有一个行程开关 当电梯碰到某层的行程开关时 表示电梯已经到达该层 当按动某个呼叫按钮后 相应的呼叫指示灯亮并保持 直到电梯响应该呼叫为止 当电梯运行到某层后 相应的楼层指示灯亮 直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变 2 电梯控制梯形图的设计根据电梯的控制要求设计PLC控制的梯形图 为方便起见 把程序分成以下几段来讨论 1 电梯的开 关门控制电梯的开 关门控制梯形图如图6 32所示 自动关门时 由定时器T38控制 当电梯开门到位后 Q2 2常开触点闭合 T38开始计时 延时时间到 T38常开触点闭合 Q2 3导通 轿厢门开始关闭 自动关门时 可能夹住乘客 因此设计了在门两侧安装红外线检测器 当有人进出时 由红外线检测器发出信号 使得I2 2和I2 3闭合 内部继电器M0 0导电并自锁 定时器T39开始计时 2s后再次关门 图6 32电梯的开 关门控制梯形图 程序说明 电梯的开门控制首先 只有当电梯既不上升也不下降时才能进行开门 电梯的开门控制分手动和自动两种方式 手动开门时 当电梯运行到位后 按下开门按钮SB0 I0 0闭合 Q2 2导电 电动机正转 轿厢门打开 开门到位 开门行程开关SQ1动作 I0 2常闭触点断开 Q2 2失电 手动开门过程结束 自动开门时 无论电梯上升到位还是下降到位 只要M0 2 上升到位辅助继电器 或M0 3 下降到位辅助继电器 有输出 电梯经过延时后都会自动开门 延时时间由定时器T37控制 如果电梯停在某一层 按下该层的外部呼叫 也会使M0 2或M0 3导通 电梯门也会打开 当开门Q2 2输出时 关门Q2 3断开 如果关门Q2 3接通时 开门Q2 2也应立即断开 电梯的关门控制电梯的关门控制也分手动和自动两种 手动关门时 当按下关门按钮SB1时 I0 1闭合 Q2 3导通 电动机反转 轿厢门关闭 关门到位 关门行程开关SQ2动作 I0 3常闭触点断开 Q2 3失电 关门过程结束 电梯内部的4个呼叫按钮 指定的是电梯的运行目标 在电梯未达到指定目标时 该层呼叫灯应一直有显示 因此输出时就应该使用置位复位触发器 SR触发器 另外 当电梯到达指定楼层时 呼叫灯应该灭掉 四层楼电梯轿厢内呼叫灯的PLC控制梯形图如图6 33所示 图6 33四层楼电梯轿厢内呼叫指示灯的PLC控制梯形图 程序说明 程序中的I1 6 I1 7 I2 0 I2 1对应轿厢内部呼叫按钮SB8 SB11 即一至四层的呼叫按钮 I1 2 I1 5对应一层至四层的行程开关SQ3 SQ6 例如一层的乘客按下了去三层的按钮SB10 则该指示灯 由Q1 4控制 一直保持到轿厢到达三层楼时 由三层楼的行程开关SQ5动作 I1 4闭合时才灭 外部呼叫指示灯的控制与内部相同 2 电梯轿厢内呼叫指示灯控制 3 电梯轿厢外部呼叫指示灯控制 电梯轿厢外部呼叫指示灯控制与内部呼叫指示灯控制是类似的 分上呼叫和下呼叫两种 电梯外部上呼叫指示灯控制梯形图如图6 34所示 图6 34电梯外部上呼叫指示灯控制梯形图 程序说明 当有乘客在电梯轿厢外的某一层按下呼叫按钮 SB2 SB3 SB5 中的任一个后 相应的输入触点 I0 4 I0 5 I0 7 闭合 同时所对应的指示灯亮 说明有人呼叫 呼叫信号会一直保持到电梯到达该楼层为止 由该楼层的行程开关 SQ3 SQ4 SQ5 相对应的输入触点 I1 2 I1 3 I1 4 中的任一个动作来取消呼叫信号 2 电梯外部下呼叫指示灯控制梯形图如图6 35所示 其编程规律与上呼叫相似 这里就不再赘述 图6 35电梯外部下呼叫指示灯控制梯形图 4 电梯楼层位置指示灯控制 电梯楼层位置指示灯的控制是以电梯是否碰到楼层行程开关来决定的 另外要替换某一指示灯的值 需要电梯接触到其上层或下层的行程开关 电梯楼层位置指示灯控制梯形图如图6 36所示 图6 36电梯楼层位置指示灯的控制梯形图 程