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内容提要,本章主要介绍PLC控制系统的硬件设计和软件设计。它包括PLC控制系统的设计步骤、PLC选型、系统硬件设计方案、PLC输入/输出电路设计、系统供电、接地设计和软件设计等。由于实际被控对象千变万化，PLC在各系统中承担职责也不尽相同，所以本案例叙述的方法和步骤只是起到入门引导的作用，具体问题还有待读者在实践中深化。,一、PLC控制系统设计原则1、建立系统设计方案2、确定控制方案时应注意的几个问题3、控制系统的结构和控制方式二、PLC控制系统设计方法1、设计中的注意事项2、一般设计法3、条件分析法三、系统设计举例,一、PLC控制系统设计原则1、建立系统设计方案,（1）熟悉被控制系统的工艺要求（2）根据各物理量的性质确定PLC的型号（3）确定被控对象的参数（4）分配输入/输出继电器号（5）用流程图表示系统动作基本流程（6）绘制梯形图，编写PLC控制程序（7）现场调试、试运行（8）编制技术文件,（1）熟悉被控制系统的工艺要求深入了解被控系统是PLC控制系统设计的基础。工程师在接到设计任务时，首先必须进入现场调查研究，搜集有关资料，并与工艺、机械、电气方面的技术和操作人员密切配合，共同探讨被控制对象的驱动要求和注意事项，如驱动的电压、电流和时间等；各部件动作关系如因果、条件、顺序和必要保护与联锁等；操作方式:手动、自动、半自动，连续、单步和单周期等；内部设备:与机械、液压、气动、仪表、电气等方面关系；外围设备如与其它PLC、工业控制计算机、变频器、监视器之间的关系，以及是否需要显示关键物理量、上下位机的联网通信和停电等应急情况时的紧急处理，等等。,（2）根据各物理量的性质确定PLC的型号根据控制要求确定所需信号输入元件、输出执行元件，即哪些信号是输入给PLC，哪些信号是由PLC发出去驱动外围负载。分类统计出各物理量的性质，如是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级。根据输入量、输出量的类型和点数，选择具有相应功能PLC的基本单元和扩展单元，对于模块式PLC，还应考虑框架和基板的型号、数量，并留有余量。,（3）确定被控对象的参数控制系统被控对象的参数有位置、速度、时间、温度、压力、电压、电流等信号，根据控制要求设置各量的参数，点数和范围。对于有特殊要求的参数，如精度要求、快速性要求、保护要求，应按工艺指标选择相应传感器和保护装置。,（4）分配输入/输出继电器号分配继电器号之前，首先区分输入、输出继电器。输入继电器就是把外部来的信号送至PLC内部处理用的继电器，在程序内作接点使用；输出继电器就是把PLC内部的运算结果向外部输出的继电器，在程序内部作为继电器线圈、以及常开、常闭接点使用。策划编程时，首先要对输入/输出继电器进行编号。确定输入/输出继电器的元件号与它们所对应的I/O信号所接的接线端子编号，并且保持一致，列一张I/O信号表，注明各信号的名称、代号和分配的元件号。,如果使用多个框架的模块式PLC，还应标注各信号所在的框架、模块序号和所接的端子号。这样，会使以后的配线、检修非常方便。（5）用流程图表示系统动作基本流程用流程图表示系统动作的基本流程，会给编写程序带来极大的方便。流程图表达的控制对象的动作顺序,相互约束关系直观、形象，基本组成了工程设计的大致框架。,（6）绘制梯形图，编写PLC控制程序如果程序较为复杂，应灵活运用PLC内部的辅助继电器、定时器、计数器等编程元件。绘制梯形图的过程是控制对象按生产工艺的要求进行逐条语句执行的过程，因此有必要列出某些信号的有效状态，如是上升沿有效还是下降沿有效，是低电平有效还是高电平有效，开关量信号是常闭触点还是常开触点，触点在什么条件下接通或断开，激励信号是来自PLC的内部还是外部等。最后依据梯形图的逻辑关系，按照PLC的语言和格式编写用户程序，并写入到PLC存储器中。,（7）现场调试、试运行通常编好程序后，利用实验室拨码开关模拟现场信号，逼近实际系统，对PLC控制程序进行模拟调试，对控制过程中可能出现的各种故障进行汇总、修正直到运行可靠。完成上述过程后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，对可能出现的接线问题，执行元件的硬件故障问题，采用首先调试子程序或功能模块，然后调试初始化程序，最后调试主程序的方式，逐一排除，使程序更趋完善，再进行试运行测试阶段。,（8）编制技术文件系统投入使用后，应结合工艺要求和最终的调试结果，整理出完整的技术文件，提交给用户。包括电气原理图、程序清单、使用说明书、元件明细表和元件所对应的PLC中I/O接线端子的编号等。,二、系统硬件设计文件,1.系统硬件配置图,2.模块统计表,3.I/O地址分配表,（4）I/O接线图,1.软件设计的内容,参数表输入信号表输出信号表中间标志表存储单元表程序框图程序结构框图控制功能框图程序清单程序说明书,三、软件系统设计方案,2、程序设计的一般步骤,了解系统概况熟悉被控对象熟悉编程器、编程软件和编程语言定义输入输出信号表框图设计程序编写程序测试编写程序说明书,3、控制程序的局部设计方法,1分清主电路和控制电路,（一）图形转换法,虚线内是控制电路,这是主电路,2确定输入/输出元件，分配地址,热继电器的触点不接入PLC的输入点,3主电路、PLC的供电和I/O接线设计,4设计梯形图,原控制电路,控制梯形图,该方法能基本解决简单的控制回路改造。但不是百分之百成功！,（二）经验设计法,需要两个基础熟悉继电器控制电路，能抓住控制电路的核心所在，能将一个较复杂的控制电路分解成若干个分电路，能熟练分析各分电路的功能和各分电路之间的联系；熟悉梯形图中一些典型的单元程序，如定时、计数、单稳态、双稳态、互锁、启停保、脉冲输出等。,1主电路和I/O接线图,主电路和I/O接线图分析设计同前,2电路分析1）起动SB2KM1得电主触点闭合电动机起动转速上升一定值时KS动合触点闭合KA得电并自锁KM3得电短接起动电阻电动机转速继续上升至稳定运行。2）制动SB1KM1失电其动断触点闭合（KA得电并保持）KM2得电，KM3失电电动机处于反接制动状态（串入电阻限流）当转速快速下降到一定值时KS动合触点断开，KM2释放电动机进入自由停车。,3根据控制要求编写梯形图,1）起动：SB2KM1得电主触点闭合电动机起动转速上升一定值时KS动合触点闭合KA得电并自锁KM3得电短接起动电阻电动机转速继续上升至稳定运行。2）制动：SB1KM1失电其动断触点闭合（KA得电并保持）KM2得电，KM3失电电动机处于反接制动状态（串入电阻限流）当转速快速下降到一定值时KS动合触点断开KM2释放电动机进入自由停车。,1）起动：SB2+KM1+KS+KA+KM3+2）制动：SB1KM1-KM2+，KM3-KS-KM2-,这样是不是更简单，调试更方便,（三）逻辑设计法,1根据控制要求建立真值表,2按真值表写出逻辑表达式,3按逻辑表达式画出梯形图,例：三个按钮中任意一个按下时，灯H0亮；任意两个按钮按下时，灯H1亮；三个按钮同时按下时，灯H2亮；没有按钮按下时，所有灯都不亮。,第四节PLC系统设计实例,一、互为条件运动的联锁控制,两台电动机顺序起动,1.考虑FR触点的接法1）常闭触点；2）FR触点外接。2.停止按钮的常闭触点,二、交通信号灯的控制（时序图设计方法）,交通路口均设有交通信号灯，通过控制每个方向红、黄、绿三种灯的点亮和熄灭来实现对各个方向车流的控制。这里，假设十字路口南北方向设有红、黄、绿三种灯，东西方向也设有红、黄、绿三种灯，6只灯按照一定的顺序循环工作。,（1）控制要求启动按钮按下后，东西红灯亮20s，同时，南北绿灯亮15s，绿灯闪烁3s，黄灯亮2s；然后，南北红灯亮30s，同时，东西绿灯亮25s，绿灯闪3s，黄灯亮2s。最后，周而复始，