PLC控制系统设计

可编程控制器控制系统设计的一般步骤可分为以下几个步骤：熟悉控制对象和输入输出设备的计算，可编程控制器的选择和硬件配置的确定，电气原理图的设计，控制台(柜)的设计，控制程序的编制，程序调试和技术文件的编制。可编程控制器控制系统设计可编程控制器控制系统设计的一般步骤可分为以下几个步骤：熟悉控制对象和输入输出设备的计算，可编程控制器的选择和硬件配置的确定，电气原理图的设计，控制台(柜)的设计，控制程序的编制，程序调试和技术文件的编制。首先，明确控制要求，了解受控对象的生产过程熟悉控制对象设计的流程布局是系统设计的基础。首先，我们要详细了解被控对象的工艺过程及其对控制系统的要求，各种机械、液压、气动、仪表和电气系统之间的关系，系统的工作模式(如自动、半自动、手动等)。)、可编程控制器与系统中其他智能设备的关系、人机接口的类型、通信组网方式、报警的类型和范围、停电和紧急情况的处理等。在这个阶段，用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等。)，输出设备(执行器，如继电器、接触器、信号指示器等。)，以及控制对象(电机、电磁阀等。)由输出设备驱动。同时，还应确定哪些信号需要输入到可编程逻辑控制器，哪些负载由可编程逻辑控制器驱动，并对每个输入量和输出量的性质和数量，是数字量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级进行分类和计数，为可编程逻辑控制器的选择和硬件配置提供依据。最后，对控制对象和控制功能进行了分类，可根据信号用途或控制区域进行划分，确定了检测设备和控制设备的物理位置，并分析了各检测信号和控制信号的形式、功能、规模及相互关系。信号点确定后，设计工艺布局或信号图。二。可编程控制器控制系统的硬件设计随着可编程控制器的普及，可编程控制器产品的种类和数量越来越多。近年来，已有数十个系列、数百个型号的可编程序控制器产品从国外、国内厂家或自行开发的产品中引进。可编程控制器的种类很多，有不同的结构、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等。并在不同的应用场合强调。因此，合理选择PLC对提高PLC控制系统的技术经济指标具有重要作用。1.可编程控制器型号的选择PLC型号的选择应在满足控制要求的前提下，保证可靠性、维护使用方便性和最佳性价比。应特别考虑以下方面：(1)性能和任务适合仅需要数字量控制的小型单台设备、普通小型可编程控制器(如西门子S7-200系列、欧姆龙的CPM1/CPM2系列、三菱的FX系列等)。)能满足要求。适用于以数字控制为主，少量模拟控制的应用系统，如温度、压力、流量等的连续控制。工业生产中经常遇到的问题是，应选择模数转换的模拟输入模块和数模转换的模拟输出模块，并连接相应的传感器、变送器(温度控制系统可选择温度传感器直接输入的温度模块)和驱动装置，以及具有较强操作和数据处理功能的小型可编程控制器(如西门子公司的S7-200或S7-300系列、欧姆龙公司的CQM1/CQ1H系列等)。)将被选中。对于控制复杂、控制功能要求较高的工程项目，如需要进行PID计算、闭环控制、通信联网等功能时，可选择中高档的机器(如西门子S7-300或S7-400系列、欧姆龙C200H或CV/CVM1系列、A-B公司控制逻辑系列等)。)是根据控制规模和复杂性选择的。(2)结构合理，安装方便，模型应根据物理结构统一。可编程控制器分为整体式和模块式。整体式的每个输入/输出点的平均价格比模块式的便宜，因此人们通常更喜欢在小型控制系统中采用整体式可编程控制器。然而，模块化可编程控制器的功能扩展方便灵活。输入/输出点的数量、输入点与输出点的比例、输入/输出模块的类型和块的选择以及特殊输入/输出模块的使用都比整体式可编程逻辑控制器大得多。维护时更换模块和判断故障范围也很方便。因此，对于更复杂和要求更高的系统，通常应选择模块化的可编程逻辑控制器。根据输入输出设备与可编程序控制器之间的距离和分布范围，确定可编程序控制器的安装方式是集中式、远程输入输出式还是分布在多个可编程序控制器网络中。对于一个企业来说，控制系统的设计应该尽量实现模型的统一。由于同一型号的可编程控制器模块可以相互使用，便于备件的采购和管理。其功能和编程方法是统一的，有利于技术力量的培养、技术水平的提高和功能的发展。其外部设备是通用的，资源可以共享。同类型可编程逻辑控制器的另一个优点是，当用上位机管理和控制可编程逻辑控制器时，通信程序更便于编译。这样，就很容易将多个独立的PLC组合成一个多级分布式系统，相互通信，集中管理，充分发挥网络通信的优势。(3)是否满足响应时间的要求因为现代可编程逻辑控制器具有足够高的速度来处理大量的输入输出数据和解决梯形图逻辑，对于大多数应用来说，可编程逻辑控制器的响应时间不是主要问题。然而，对于某些个别情况，需要考虑可编程逻辑控制器的响应时间。为了减少可编程逻辑控制器的输入/输出响应延迟时间，可选择扫描速度高的可编程逻辑控制器，可使用高速输入/输出处理此类功能指令，也可选择快速响应模块和中断输入模块。(4)网络通信功能的要求近年来，随着工厂自动化的快速发展，从小型温度控制仪表到企业生产系统的以太网管理通信的RS-485串行通信应该说是通用电气控制产品具有通信功能。PLC作为工厂自动化的主要控制设备，大多数产品都具有通信联网能力。选择时应根据需要选择通讯方式。(5)其他特殊要求考虑到被控对象对模拟闭环控制、高速计数、运动控制和人机界面的特殊要求，可选择带相应特殊输入输出模块的可编程控制器。对于要求极高可靠性的系统，应考虑是否应采用冗余控制系统或热备份系统。2.可编程逻辑控制器容量估算可编程逻辑控制器容量是指输入输出点的含义和用户存储器的存储容量。选择可编程控制器型号时，不应盲目追求过高的性能指标，但在输入输出点和内存容量方面，除了满足控制系统的要求外，还应考虑备用或系统扩展。(1)I/o点的确定可编程逻辑控制器输入输出点的确定基于系统的实际输入输出点。当输入输出点数确定后，应保留适当的余量。一般来说，输入/输出点可以被认为是实际需求的10 15%。当输入输出模块较多时，一般按照上述比例预留备用模块。(2)记忆容量的确定用户程序占用多少存储容量与许多因素有关，如输入输出点、控制要求、计算处理能力、程序结构等。因此，在编译程序之前只能做一个粗略的估计。3.输入输出模块的选择在可编程控制器控制系统中，为了控制生产过程，对象的各种测量参数应该以所需的方式发送给可编程控制器。经过运算和处理后，可编程控制器将以数字量的形式输出结果。此时，还需要将输出转换成适于控制生产过程的量。因此，在PLC和生产过程之间，必须设置信息传输和转换装置。Th(1)数字输入信号产生设备或控制系统的许多状态信息，如开关、按钮、继电器触点等。只有两种状态：开或关。拾取这些信号需要通过数字输入模块来实现。最常见的输入模块有24V DC输入、5V、12V、48V DC、115V/220V交流等。根据连接到公共端的正电势和负电位的不同，它被分为漏极型和源极型。一些可编程逻辑控制器可以是源型或漏型，如S7-200。当公共终端以负电位连接时，它是源类型连接。当正电势被连接时，它是泄漏连接。一些可编程逻辑控制器只能连接到其中一个。(2)数字输出信号有多种控制对象，如指示灯的通断、电机的启动和停止、晶闸管的通断、阀门的通断等。对它们的控制只需要二进制逻辑“1”和“0”。该信号由数字输出模块驱动。数字输出模块分为继电器输出型、晶体管输出型、晶闸管输出型等。根据不同的输出模式。此外，输出电压值和输出电流值也不同。(3)模拟输入信号产生过程中的许多参数，如温度、压力、液位和流量，可以通过不同的检测装置转换成相应的模拟信号，然后转换成数字信号输入到可编程控制器。是模拟输入模块完成了这项任务。(4)模拟输出信号生产设备或过程的许多执行机构经常需要模拟信号来控制，而可编程控制器输出的控制信号是数字量，需要相应的模块将其转换成模拟量。这种模块是模拟输出模块。典型的模拟量模块测量范围为-10V 10V、0 10V、4 20mA等。他们可以根据实际需要选择。同时，还应考虑分辨率和转换精度等因素。一些可编程逻辑控制器制造商还提供特殊的模拟输入模块，可用于直接接收低电平信号(如RTD、热电偶和其他信号)此外，一些传感器，如旋转编码器，输出一系列具有高输出频率(20千赫以上)的脉冲。虽然这些脉冲信号也可以作为数字量进行计数，但普通的数字量输入模块无法正确检测它们，应选择高速计数模块。不同的输入输出模块有不同的电路和性能，直接影响到可编程控制器的应用范围和价格，应根据实际情况合理选择。4.分配输入/输出点在完成了PLC型号和输入输出模块的选择后，首先设计了PLC系统的总体配置图。然后根据工艺布局，参考具体的可编程控制器相关指令或手册，绘制输入输出接线图，即可编程控制器输入输出电气原理图，输入信号与输入点、输出控制信号与输出点一一对应。PLC选型后的输入输出点数是决定控制系统价格和设计合理性的重要因素，因此在完成相同控制功能的情况下，可以通过合理的设计来简化输入输出点数。5.安全电路的设计安全回路是保护负载或控制对象并防止联锁控制的操作错误或控制故障的回路。在直接控制负载的同时，安全保护回路还向可编程控制器输入信号，以便可编程控制器进行保护处理。安全电路通常考虑以下方面。(1)短路保护应通过在可编程逻辑控制器的外部输出电路中安装保险丝来实现。最好在每个负载的电路中安装保险丝。(2)联锁和联锁措施除了保证程序中电路的联锁关系外，在PLC外部接线中也应采取硬件联锁措施，以保证系统的安全可靠运行。(3)失压保护和紧急停机措施可编程逻辑控制器外部负载的供电线路应有失压保护措施。当临时断电后电源恢复时，不按“启动”按钮，可编程逻辑控制器外部负载无法自动启动。这种连接方式的另一个功能是在特殊情况下需要紧急停机时，按下“紧急停机”按钮，切断负载电源，并向可编程逻辑控制器输入“紧急停机”信号。(4)在某些情况下限制保护，例如起重机等级超过lim三、可编程控制器控制系统软件设计软件设计是PLC控制系统设计的核心。设计PLC应用软件，必须充分了解被控对象的生产过程、技术特点和控制要求。该系统的所有控制功能均通过PLC应用软件完成。1、PLC应用软件设计内容PLC的应用软件设计是指根据控制系统的硬件结构和工艺要求，使用相应的编程语言编写用户控制程序并形成相应文件的过程。主要内容包括：确定程序结构；定义输入/输出、中间标志、计时器、计数器、数据区和其他参数表；汇编程序；写一个程序描述。PLC应用软件的设计还包括人机界面设备的配置，如文本显示或触摸屏等特殊功能模块。2、熟悉受控对象制定的设备操作计划在系统硬件设计的基础上，根据生产过程的要求，分析了输入输出和各种操作之间的逻辑关系，确定了检测量和控制方法。设计了系统中各设备的操作内容和顺序。对于更复杂的系统，系统可以通过物理位置或控制功能来控制。更复杂的系统通常需要绘制一个系统控制流程图来清楚地表明动作的顺序和条件。一般不使用简单的系统。3、熟悉编程语言和编程软件熟悉编程语言和软件是编程的先决条件。该步骤的主要任务是根据相关手册详细了解所使用的编程软件及其操作系统，选择一种或多种合适的编程语言形式，熟悉其指令系统和参数分类，特别注意编程中可能用到的指令和功能。熟悉编程语言的最好方法是在计算机上操作，编译一些测试程序并在仿真平台上运行，以便详细了解指令的功能和用途，为后续的程序设计打下良好的基础，避免走弯路。4.定义参数表参数表的定义包括输入/输出、中间标志、定时器、计数器和数据区的定义。参数表的定义格式和内容因系统和个人偏好而异，但内容基本相同。总体设计原则易于使用且尽可能详细。必须在编程开始前定义输入/输出信号表。主要依据是PLC输入/输出电气原理图。每个PLC的输入点号和输出点号都有自己的具体规定。在确定可编程逻辑控制器的型号和配置后，可编程逻辑控制器的输入/输出编号(地址)应分配给输入/输出信号，并编制成表格。一般来说，输入/输出信号表应清楚地标明模板的位置、输入/输出地址号、信号名称、信号类型等。特别是，输入/输出定义表单注释应该尽可能详细。地址应尽可能按从小到大的顺序排列，任何未定义或未保留的点都不应遗漏，以便在程序设计、调试和修改时查找和使用。然而，在编程之前，中间标志、定时器、计数器和数据区可能没有被很好地定义。通常，它们被定义为在编程过程中使用，并且在编程过程的中间或者在编程完成之后与输入/输出信号表一起被组织。5.设计如果操作系统支持，尝试使用高级形式的编程语言，如梯形图语言。在写入过程中，根据实际需要，逐个定义中间标志信号表和存储单元表。应注意留出足够的公共临时存储区，以节省内存的使用。因为许多小型可编程逻辑控制器使用简单的编程器，所以只能输入指令代码。梯形图设计完成后，还需要根据指令语句将梯形图编译成代码程序，并列出程序。熟悉所选的可编程逻辑控制器指令系统后，就可以很容易地根据梯形图编写语句列表程序。在编写程序的过程中，应该及时对编译好的程序进行注释程序测试是整个程序设计工作的重要组成部分。可以初步检查程序的实际运行效果。程序测试和程序编写密不可分，程序的许多功能在测试过程中得到修改和完善。测试时，从每个功能单元开始