可编程序控制器设计PPT课件

第七章PLC系统设计 PLC原理及应用 PLC应用系统设计 PLC应用系统设计的内容和原则PLC系统设计步骤PLC应用中的若干问题 PLC应用系统设计的内容和原则 PLC应用系统设计包括硬件设计和软件设计两个方面 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象 生产设备或生产过程 的控制要求和工艺需要 从而提高产品质量和生产效率 因此在进行PLC应用系统的设计开发过程中 应遵循以下原则 1 硬件设计PLC应用系统硬件设计的主要内容包括PLC机型的选择 输入输出设备的选择 控制柜的设计和控制系统各种技术文件的编写 在进行硬件设计时应注意 在满足生产工艺控制的前提下 尽可能使PLC控制系统结构简单 经济实用 维护方便 PLC应用系统设计的内容和原则 2 软件设计PLC应用系统软件设计的主要内容就是编写PLC用户程序 即绘制梯形图或编写语句表 其设计的基本原则是 1 PLC的用户程序要做到网络段结构简明 逻辑关系清晰 注释明了 动作可靠 2 程序简短 占用内存少 扫描周期短 这样可以提高PLC对输入的响应速度 3 可读性好 程序可读性好 不仅可以方便设计者对程序的理解 调试 而且便于他人阅读 要做到这一点 所设计的程序要注意层次结构 尽可能清晰 采用标准化模块设计 并加注释 PLC系统设计步骤 深入了解被控系统控制系统选择硬件设计与选型软件设计模拟调试程序现场调试程序编写技术文件 PLC系统设计步骤 详细了解被控对象的机械结构和生产工艺过程 了解机械设备的运动内容 运动方式和步骤 了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的要求 机械 液压 气动 仪表 传感器 PLC是否联网或和上位机或其他设备通讯统计输入输出量数量和类型 一 深入了解被控系统 PLC系统设计步骤 机械手的4个自由度说明 1 腰部 3 小臂 2 大臂 4 手腕 PLC系统设计步骤 PLC系统设计步骤 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 PLC系统设计步骤 单机控制系统集中控制系统远程I O控制系统集散型控制系统网络控制系统冗余控制系统混合控制系统 二 控制系统结构选择 PLC系统设计步骤 PLC的选型其他硬件硬件的设计与选型编程器与其他外设的选择按钮 电磁阀 限位开关 接近开关 传感器 变送器 拨码开关继电器 接触器 电磁阀 指示灯 三 硬件设备的设计与选型 PLC系统设计步骤 PLC的输入输出点数和性质指令范围PLC的用户程序存储器容量开关量控制需字节数 I O点数 8模拟量输入所需字节数 模拟量路数 120模拟量输入输出所需字节数 模拟量路数 250PLC的响应时间 指令平均执行速度 PLC的物理结构PLC的特殊功能要求PLC的联网通讯可靠性要求 PLC选型 PLC系统设计步骤 应用程序应最大限度地满足系统控制功能的要求 在构思程序主体的框架后 要以它为主线 逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序 经过不断地调整和完善 使程序能完成指定的功能 通常应用程序还应包括以下几个方面的内容 1 初始化程序 2 检测 故障诊断 显示程序 3 保护 连锁程序 四 软件设计 应用程序的质量 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 PLC系统设计步骤 PLC系统设计步骤 手工 软件检查程序错误 用仿真软件进行逻辑调试用开关按钮作输入 用发光二极管作输出 适当时候用开关代替行程开关 长时间的定时计数可先将其设定值调小 实验室带载调试程序 检查程序每一动作和每一支路的运行情况 五 模拟调试程序 PLC系统设计步骤 检查外部接线有无问题安装在现场带载调试 检查输入输出设备工作状况检查程序运行是否正常 六 现场调试程序 PLC系统设计步骤 PLC的外部接线图和其他电器图纸PLC使用的元件名称 功能以及设定值等程序的说明和带注释的梯形图编写系统的技术说明书及用户使用 维护说明书 七 编写技术文件 PLC应用中的若干问题 减少PLC输入和输出点数的方法PLC接口注意事项PLC外部接线注意事项PLC抗干扰注意事项冗余系统与热备用系统 PLC应用中的若干问题 减少PLC输入点数的方法分时分组输入输入触点的合并将信号设置在可编程序控制器之外减少PLC输出点数的方法矩阵输出分组输出并联输出负载多功能化某些输出设备可不用PLC控制 PLC应用中的若干问题 1 分时分组输入一般控制系统都存在多种工作方式 但各种工作方式又不可能同时运行 所以可将这几种工作方式分别使用的输入信号分成若干组 PLC运行时只会用到其中的一组信号 2 输入触点的合并如果某些外部输入信号总是以某种 与或非 组合的整体形式出现在梯形图中 可以将它们在可编程序控制器外部串 并联再输入可编程序控制器 PLC应用中的若干问题 3 将信号设置在可编程序控制器之外系统的某些输入信号 如手动操作按钮 保护动作后需手动复位的电动机热继电器FR的常闭触点提供的信号 可以设置在可编程序控制器外部的硬件电路中 某些手动按钮需要串接一些安全联锁触点 如果外部硬件联锁电路过于复杂 则应考虑仍将有关信号送人可编程序控制器 用梯形图实现联锁 PLC应用中的若干问题 1 矩阵输出图中采用8个输出组成4x4矩阵 可接16个输出设备 要使某个负载接通工作 只要控制它所在的行与列对应的输出继电器接通即可 要使负载KMl得电 必须控制Y0和Y4输出接通 PLC应用中的若干问题 2 分组输出当两组负载不会同时工作 可通过外部转换开关或通过受PLC控制的电器触点进行切换 这样PLC的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载 如图所示 KMl KM3 KM5 KM2 KM4 KM6这两个组不会同时接通 可用外部转换开关SA进行切换 PLC应用中的若干问题 3 并联输出当两个通断状态完全相同的负载 可并联后共用PLC的一个输出点 但要注意PLC输出点同时驱动多个负载时 应考虑PLC点的驱动能力是否足够 4 负载多功能化一个负载实现多种用途 例如在传统的继电器电路中 一个指示灯只指示一种状态 而在PLC系统中 利用PLC编程功能 很容易实现用一个输出点控制指示灯的常亮和闪烁 这样一个指示灯就可表示两种不同的信息 从而节省了输出点数 5 某些输出设备可不用PLC控制系统中某些相对独立 比较简单的部分可考虑直接用继电器电路控制 PLC应用中的若干问题 输入电压的选择输出电压的选择输入接口的使用注意事项输出接口的使用注意事项 PLC接口注意事项 PLC应用中的若干问题 输入电压 直流 5 12 24V 交流 110 220V较低直流电压用于 一般模拟量数字量输入 按钮 微动开关 水银开关 光电开关 干簧开关 和各种无触电开关较高直流电压用于 大的行程开关 强电开关 输入电压的选择 PLC应用中的若干问题 继电器型 24V2A 250V2A 300V5A不加电火花电路用于 干簧继电器 小型继电器 固态定时器 小容量氖灯 发光管 白炽灯加电火花电路用于 电磁装置 小容量感性负载晶体管 24V0 5A继电器 指示灯 数控装置 计算机数据传输 控制信号传输双向晶闸管 120 230V1A大容量感性负载 大接触器 电磁装置 小型电动机 输出形式和负载的选择 PLC应用中的若干问题 交流输入时 输入端并联R C电路直流输入时 输入端并联二极管和电阻以上两种接线K打开时 可让PLC误动作接线寄生电容也可让PLC误动作 输入接口的使用注意事项 PLC应用中的若干问题 晶体管 双向晶闸管输出时 阻断状态有漏电流 负载两端并联电阻 继电器输出为了减少火花 在PLC输出端或负载两端并联附加电路 触点两端并RC电路用于直流电源和电压较高交流电源 110V 220V 负载两端并联RC电路用于交流电源和电压较低的直流电源 C 0 5 1uF A R 0 5 1 A负载两端并联二极管用于直流感性负载 二极管的耐压和电流要大于负载电压和电流 缺点负载断电滞后 大于RC滞后 输出接口的使用注意事项 PLC应用中的若干问题 负载两端并联二极管和稳压管用于直流感性负载 通过二极管稳压放电可在电压较高时断开 时间滞后少 负载和触点两端分别并联双向瞬变电压抑制二极管 TVP 用于直流和交流负载 当TVP受到冲击时 电流从1mA迅速上升到峰值电流 几A到几百A TVP管两端被牵制到一定的电压值 实际应用 低压并在负载 高压并在触点 不允许直接负载或触点两端并联电容 输出接口的使用注意事项 PLC应用中的若干问题 注意主回路的电源与输出端 负载正确连接 防止断路注意触点之间的连锁 负载之间连锁完善保护电路 异常状态停车保护过载保护事故切断电源负载机械卡死保护 PLC外部接线应注意问题 PLC应用中的若干问题 数字量信号可选用一般电缆 信号传输距离较远时 可选用屏蔽电缆 模拟信号和高速信号线 如脉冲传感器 计数码盘等提供的信号 应选择屏蔽电缆 高频或要求高的通信电缆应选用专用电缆 如光纤电缆 在要求不高或信号频率较低时 也可以选用带屏蔽的多芯电缆或双绞线电缆 PLC应远离强干扰源 PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内 与PLC装在同一个开关柜内的电感性元件应并联RC消弧电路 信号线与功率线应分开走线 电力电缆应单独走线 不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中 并使其有尽可能大的空间距离 信号线应尽量靠近地线或接地的金属导体 PLC外部接线应注意问题 PLC应用中的若干问题 PLC工作在2MHZ 几十MHZ 对噪声敏感良好接地 地线短而粗电源 负载可设变压器隔离信号线 电源线 动力线要分开设置 PLC的输入输出线要屏蔽选择噪声低的输入输出元件输入端应使用直流电源 小阻抗元件 配线要短输出端感性负载并联附加电路 也可中间加一级继电器再接负载 PLC抗干扰注意事项 PLC应用中的若干问题 PLC抗干扰注意事项 PLC应用中的若干问题 良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件 PLC一般应最好单独接地 与其它设备分别采用各自独立的接地装置 见图a 如果实在做不到 也可以采用公共接地方式 可与其它弱电设备共用一个接地装置 如图b 禁止使用串联接地的方式或者建筑物大型金属接地 因为这种接地方式会在各设备间产生电位差 PLC接地导线的截面应大于2mm2 接地电阻应小于100 PLC抗干扰注意事项 PLC应用中的若干问题 两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作 备用CPU的输出是被禁止的 当主CPU失效时 马上投入备用CPU 这一切换过程用冗余处理单元RPU RedundantProcessingUnit 控制 I O系统的切换也是用RPU完成的 接到主CPU的故障信息后 RPU在几个个扫描周期内将控制功能切换到备用CPU 冗余系统与热备用系统 当系统出现故障时 由主CPU通知备用CPU 这一切换过程一般不是太快 这种结构较简单的系统叫做热备用系统 PLC应用举例 液压滑台控制工业机械手控制液体混合自动售货机控制全自动洗衣机控制十字路口红绿灯控制加工中心自动换刀控制电梯自动控制步进电机控制 一 液压滑台控制 按下油泵电机启动按钮 启动油泵电机按下自动循环按钮 滑台开始自动工作 滑台从原位快速进给接近工件压下行程开关XK2 滑台工作进给加工结束压下行程开关XK3 滑台快速退回原位并压下行程开关XK1 I O分配及状态表 SFC STL PLC接线图 经验设计法 油泵指示灯 卸荷 前进 前进指示灯 启动快速 后退行程开关 原位行程开关 油泵启停总停 关断快速 主电机 后退 快速 后退指示灯 原位行程开关 工进行程开关 后退行程开关 二 机械手控制 初始状态为 上限位 左限位 放松 M0 M0 三 液体混合 四 自动售货机控制 自动售货机可投入1 5 10元硬币投入币总值大于等于12元 汽水按钮灯亮投入币总值大于等于15元 汽水 咖啡按钮灯全部亮汽水灯亮时 按汽水按钮 汽水流出7s后自动停止 同时按钮灯闪烁咖啡灯亮时 按咖啡按钮 咖啡流出7s后自动停止 同时按钮灯闪烁若投入币总值超过所需数 进行找钱 一元投币X0咖啡出口Y0五元投币X1汽水出口Y1十元投币X2咖啡按钮指示灯Y2咖啡按钮X3汽水按钮指示灯Y3汽水按钮X4找钱指示灯Y4计数器手动复位X5 投入1元寄存器加1 投入5元寄存器加5 投入10元寄存器加10 与汽水价格比较 与咖啡价格比较 汽水指示灯 汽水出口 汽水按钮找钱 汽水流出7s 选择汽水 选择咖啡 咖啡按钮指示灯 咖啡出口 咖啡流出7s 咖啡按钮找钱 减法结果大于0找钱 找钱 复位 五 全自动洗衣机控制 启动X0进水阀Y0停止X1正转Y1排水X2反转Y2高水位X3排水Y3低水位X4脱水Y4蜂鸣Y5 启动 启动 大循环3次计数 进水 洗涤正转 排水 洗涤正转15s计时 洗涤正转暂停3s计时 让T1接通 洗涤反转 洗涤反转15s计时 洗涤反转暂停3s计时 让T3接通 小循环计数3次 复位小循环计数器 洗涤小循环结束排水 正转 脱水 脱水定时10s 大循环计数3次 洗涤结束蜂鸣 蜂鸣计时10s 复位大循环计数器 六 十字路口红绿灯控制 1绿 1黄 1绿闪3s 由1黄关断 1绿通5s 1黄通2s 由1红关断 第一周期接通 1绿灯计时 1绿灯闪烁计数 1红通10s 由2红关断 1红 1黄灯计数 2绿 2绿闪3s 由2黄关断 2绿通5s 2绿灯计时5s 2红 2黄通2s 由复位脉冲c5关断 2黄 C5接通复位所有计数器 2红通10s 由1红关断 2绿灯闪烁计数 2红灯计时 七 加工中心自动换刀控制 加工换刀具时 自动将刀具转至换刀位置后进行换刀此例共有30把刀具供选择圆刀盘共有30把刀 一半15把 差值大于15正转 逆时针 否则反转指定刀具转至距离出刀位两个号码时 开始减速设定值为19 现值为1 则19 1 18 15正转 顺时针 设定值为3 现值为1 则3 1 2 15反转 刀具检测X0正转Y0号码复位X1反转Y1启动X2减速Y2停止Y3 送设定值到D10 送当前值到D11 设定值与当前值之差送D13 差为负求其补 比较15与差的大小决定转向 差小于15反转 让差小于15 差大于等于15正转 差为2减速 反转刀具检测 正转刀具检测 反转刀具当前值加1 正转刀具当前值减1 当前值等于31 当前值等于0 复位当前值为1 复位当前值为30 转过一把刀具差值减1 差值为2减速 差值为0停止转动 反转 减速 停止转动 复位当前值与设定值 正转 八 电梯自动控制 上升时请求下降或下降中请求上升的反向请求不会立即响应 要等到完成本次上升或下降才响应按照楼层设置开关运行 到达目的层自动开门按下关门按钮关门 延时1s后开始运行同向请求及时响应程序可分为四部分 方向判别反向请求处理楼层设置继电器的置位与复位输出电路 X14 X13 X3 X12 X2 X1 X31 X32 X33 X34 X21 X22 X23 X24 X5 方向判别 上升 下降 反向请求 1楼请求上 2楼请求上 3楼请求上 2楼请求下 3楼请求下 4楼请求下 楼层呼叫按钮保存于D1电梯目标位置 1楼行程开关 2楼行程开关 3楼行程开关 4楼行程开关 电梯当前位置 楼层行程开关保存于D0 电梯运动之前比较目标位置与当前位置 目标位置高于与当前位置 电梯上升 目标位置低于与当前位置 电梯下降 目标位置为2楼 目标位置为3楼 目标位置为4楼 目标位置为1楼 目标位置为2楼 目标位置为3楼 设置电梯当前位置与目标位置比较两位置决定上升还是下降到达目标楼层消除对应设置 反向请求处理 4楼请求下 保存反向请求标志 3楼请求下 保存反向请求标志 2楼请求下 保存反向请求标志 1楼请求上 保存反向请求标志 2楼请求上 保存反向请求标志 3楼请求上 保存反向请求标志 设反向请求标志总标志M0 反向请求响应后清除标志M0 反向请求的保存反向请求的标志设置反向请求的响应 2 32 反向请求的响应 反向请求响应后清除标志延时 4楼请求下 将反向请求转