第8章-罗克韦尔PLC工程设计开发应用.ppt

第8章罗克韦尔PLC工程设计开发应用,8.1工程设计的原则和流程,8.2需求分析,8.3硬件设计,8.4软件设计,8.5系统调试,8.6可靠性设计,8.1工程设计的原则和流程,8.1.1工程设计的原则1满足要求任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高产品质量和生产效率。2安全可靠控制系统长期运行中能否达到安全、可靠、稳定，是设计控制系统的重要原则。3经济实用一个新的控制工程固然能提高产品的质量和生产效率，从而为工程带来巨大的经济效益和社会效益。但是新工程的投入、技术的培训、设备的维护也会带来工程的投入和运行资金的增加。4适应发展社会在不断前进，科学在不断发展，控制系统的要求也在不断提高完善。控制系统设计时要考虑今后的发展、完善，避免重复投资。,8.1.2工程设计流程,PLC系统工程设计的一般流程如图8-1所示。,8.2需求分析,需求分析是指用户对所开发的控制系统在设计、功能、性能、工艺等方面的要求，是直接关系到应用系统性能、成本、经济效益等指标的关键环节。在一个PLC应用系统中，明确其控制对象和控制范围是很重要的。需求分析阶段要对被控制生产过程进行深入分析，分析被控设备，了解被控设备的组成结构、驱动方式等，明确用户需求。需求分析的基本任务是：用户和PLC工程开发人员双方应充分了解用户要求，并将双方共同理解的需求明确表达出来。,8.3硬件设计,8.3.1PLC机型选择1合理的结构类型PLC主要有整体式和模块式两种结构类型。2安装方式PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式及多台PLC联网的分布式。3相应功能要求根据控制系统功能的强弱适当选型，选择最合适的。一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，可以满足只需要开关量控制、控制速度要求不高的设备，如S7-200系列。4响应速度响应时间是指从外部信号输入到给定输出的总时间，通常包括输入滤波器的延迟时间、I/O延迟时间、逻辑运算时间、输出元件的延迟时间。,8.3.1PLC机型选择,5系统可靠性对于一般系统，PLC的可靠性均能满足要求。而对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用PLC冗余系统或热备用系统。6机型尽量统一控制系统中的机型统一，其外部设备通用，资源共享，易于联网通信，连接上位机后易于形成一个多级分布式控制系统；使控制系统中的模块功能和使用方法类似，有利于使用人员熟练操作，提高使用人员的技术培训和技术水平；控制系统的模块互为备用，便于备品备件的采购和管理。,8.3.2确定容量参数,1输入/输出点数的估计（1）开关量点数开关量控制是PLC的基本功能，对于开关量控制系统，主要考虑PLC的最大开关量点数是否满足系统要求。常用输入/输出控制设备的I/O控制点如表8-1所示。,8.3.2确定容量参数,（2）模拟量点数对于要求模拟量控制的系统，主要考虑PLC的最大模拟量点数是否能满足系统要求，以及每个模块的点数。,8.3.2确定容量参数,2PLC性能要求的估计PLC性能要求的估计主要考虑是否有特殊控制功能要求，如高速计数器等、机房离现场最远距离、现场对控制器响应速度要求等问题。3所需内存容量的估计内存容量是PLC本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目所使用的存储单元，因此程序容量小于存储器容量。用户程序所需内存与下列因素有关：逻辑量输入/输出点数估计；模拟量输入/输出点数估计；内存利用率估计；程序编写者的编程水平估计。,8.3.3系统软硬件选择,1硬件选择（1）CPU的选型（2）扩展方式选择（3）系统的可靠性2软件选择（1）编程软件的选择（2）PLC指令系统,8.3.3系统软硬件选择,3通信体系结构选择（1）主要考虑因素PLC的联网包括PLC与计算机联网及PLC之间相互联网两种方式。PLC系统的通信网络主要有下列几种形式：PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络；一台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。（2）以太网消息处理能力的判断方法计算应用程序所需的交换量。工作站处理器的处理能力。网络或总线模块的处理能力。网络负载。,8.3.4PLC系统外部电路设计,（1）主控制回路（2）供电回路（3）操作指令回路（4）参数设定回路（5）反馈信号回路（6）负载回路,8.4软件设计,8.4.1控制程序设计的要求、原则、方法和过程1控制程序设计的基本要求（1）紧密结合生产工艺过程（2）熟悉控制产品的硬件结构（3）兼有计算机和自动控制两方面的知识2控制程序设计的基本原则控制程序设计一般只需要考虑用户程序的设计，而由系统自动实现外围设备的管理，控制程序的设计人员只是设置必要的参数；对输入/输出信号进行统一配置和操作，确定各个信号在一个扫描周期内的唯一状态，避免由于状态的不同而引起的逻辑混乱；由于CPU在每个周期内都固定进行某些窗口服务，占用一定的机器时间，所以周期时间不能无限制缩短；定时器的时间设定值不能小于周期扫描时间，而且当定时器时间设定值不是平均周期时间的整数倍时，可能会产生定时误差；用户程序中如果多次对同一个参数赋值，则只有最后一次操作有效，前几次操作不影响实际输出值。,8.4.1控制程序设计的要求、原则、方法和过程,3控制程序的设计方法（1）时序流程图法（2）步进顺控法（3）经验法（4）计算机辅助设计4控制程序的设计过程（1）对系统任务分块（2）编写控制系统的逻辑关系图（3）绘制各种电路图（4）编写PLC程序并模拟调试（5）制作控制柜（6）现场应用系统联机调试（7）现场试运行并编写技术文件,8.4.2控制系统的设计,1开关量控制系统的设计（1）手动控制（2）单次控制（3）自动控制【例8.1】机械手控制系统线性程序设计。机械手控制系统的控制要求如图8-2所示。机械手启动后，一个循环周期可分为8步，分别为下降、夹紧、上升、右移、下降、松开、上升、左移。,8.4.2控制系统的设计,（1）输入/输出地址分配如表8-2所示。（2）由逻辑流程图设计程序，如图8-3所示。,内存变量分配如表8-3所示。,8.4.2控制系统的设计,（3）由时序流程图设计程序。本例中可分成8个时序，用M1.0、M1.1、M1.7分别表述各个时序的特征位。当M1.0=1时为机械手下降1时序，M1.1为机械手抓紧时序等，如图8-4所示。,8.4.2控制系统的设计,2模拟量控制系统的设计调节系统的设定值是由控制系统的控制器给出的，控制器的作用是使反馈值向给定值靠近，以反馈值对设定值的偏差最小为目的。随动系统的设定值是由被控制对象给出的，控制器的作用是使控制目标不断地向被控对象靠近。各种跟踪系统都是随动系统。模拟量控制系统设计中特别要注意抗干扰问题。解决干扰有4个办法：接地问题，接地就是接大地，包括PLC接地端的接地，要真接地，不要假接地；模拟信号线的屏蔽问题，屏蔽线的始端和终端都要接地，信号线的屏蔽是防止干扰的重要措施；对某些高频信号要解决匹配问题，如果不匹配，很容易在信号传送中引进干扰，使信息失真；对信号进行滤波。,8.5系统调试,8.5.1系统测试1系统调试内容系统调试包括硬件调试、安装用户程序、系统功能的测试、记录程序修改、保存和压缩程序等。硬件调试可以通过“监视/修改变量”工具来进行。2装载用户程序在安装新的全部用户程序之前，应该执行一次CPU存储器的复位。为了安全起见，应该在停机状态下执行安装。3排除停机错误如果没有编写错误处理程序，当程序出现错误或硬件出现故障时CPU就进入停机状态。可利用诊断缓冲区确定停机原因。,8.5.2常见故障处理,1常见故障的总体检查与处理总体检查的目的是找出故障点的大概范围，然后再逐步细化，最终确定具体故障点，从而消除故障。常见故障的整体检查与处理的程序如图8-5所示。,8.5.2常见故障处理,3电源故障检查与处理检查与处理方法如表8-4所示。,8.5.2常见故障处理,4异常故障检查与处理PLC系统最常见的故障是停止运行（运行指示灯灭）、不能启动、工作无法进行，但是电源指示灯亮。这时需要进行异常故障检查，检查与处理方法如表8-5所示。5通信故障检查与处理通信是PLC网络工作的基础。PLC网络的主站、各从站的通信处理器、通信模块都有工作正常指示。当通信不正常时，需要进行通信故障检查，检查与处理方法如表8-6所示。,8.5.2常见故障处理,6输入/输出故障检查与处理输入/输出模块直接与外部设备相连，是容易出现故障的部位。虽然输入/输出模块故障容易判断，更换快，但是必须查明原因，而且往往都是由于外部原因造成损坏，如果不及时查明故障原因，消除故障，对PLC系统危害很大。检查与处理方法如表8-7所示。,8.5.3PLC的维护,1定期检修定期检修的内容如表8-8所示。2PLC的故障处理对于具体的PLC的故障检查可能有一定的特殊性。表8-9给出了有关PLC的故障检查和处理方法。,8.6可靠性设计,8.6.1电磁干扰和电磁兼容性干扰源大致可以分为以下类型：自然干扰源、技术干扰源；窄频干扰源、宽频干扰源；导体干扰源、辐射干扰变量的干扰源；电源干扰源；有序干扰源、无序干扰源；连续干扰源、间歇干扰源。有很多不同的原因都可以导致共模干扰，共模干扰可能产生感性或者容性耦合，例如：如果在对称的线对和地之间的区域存在着电磁场，就会产生感性耦合；开关晶体管的外壳可能会带有工作电压或者零电压，这取决于时钟脉冲，这些电压突变会耦合到散热片上，进而耦合到带有电容的大地参考平面。,8.6.2硬件可靠性设计,1PLC的安装（1）PLC安装的一般性指导（2）使用隔离电路时的接地与电路参考点指南（3）隔离特性2电源的安装（1）交流输入PLC的安装（2）直流输入PLC的安装3抑制电路的使用（1）抑制电路使用的一般性指导（2）继电器输出模块的保护4保护电路（1）限位保护（2）联锁保护（3）急停保护,8.6.2硬件可靠性设计,5系统接地设计（1）保护接地保护接地标准原则如下：保护地电线的横截面必须满足所规定的最大漏电流值；电气连接必须满足实际工作中可能出现的负载要求；在维修过程中，保护地必须能够起作用。（2）工作接地工作接地包括信号回路接地和屏蔽接地。在PLC控制系统中，非隔离信号需要有统一的信号参考点，并且进行信号回路接地。信号回路接地通常使用直流电源负极。为防止静电感应和磁场感应而设置的屏蔽接地端子，应做屏蔽接地。6使用环境应合理布置PLC的使用环境，提高系统抗干扰能力。具体采取的措施有：远离高压柜、高频设备、动力屏柜，以及高压线或大电流动力装置；通信电缆和模拟信号电缆尽量不与其他的屏柜或设备共用电缆沟；PLC柜内不用荧光灯等。,8.6.3软件可靠性设计,1自检保护设计（1）检测RAM单元（2）检测ROM单元（3）检测I/O口状态2监视跟踪定时器的使用PLC的CPU内部有“WatchDog”定时器，可用于确保PLC可靠、稳定、安全运行设计。“WatchDog”定时器定时时间应稍大于主程序正常运行一个循环时间，以监视跟踪程序的运行状态。3软件保护设计（1）设置软件陷阱（2）主循环程序和中断服务程序的相互监视（3）联锁保护（4）限位输入保护（5）消抖确认,8.6.3软件可靠性设计,4RAM数据错误的软件措施因为RAM中保存的是各种原始数据、标志、变量等重要数据，如果遭到破坏，会造成系统错误或停止运行，所以在PLC实时控制系统中，因干扰造成的RAM数据错误会有比较严重的影响。因此，在PLC控制系统中常采取的RAM数据错误的软件措施如下：在RAM的重要区域的开始部分和结束部分各设置一个标志；对RAM中固定不变的数据表格设置校验字。,8.6.4PLC控制系统中防止I/O干扰设计,1选择I/O模块时考虑的因素输入/输出信号与内部回路隔离的模块比没有隔离的模块抗干扰性能好；输入模块允许的输入信号ON-OFF之间的电压差大，其抗干扰性能好，OFF电压高，利于信号抗干扰；输入信号响应时间的快慢对抗干扰性能有影响，输入信号响应时间慢的输入模块抗干扰性能好。2输入信号抗干扰对于感应电压的抗干扰，一般可采取如下措施：如果条件允许，在感应电压较大的情况下，将交流输入改为直流输入；在输入端并接浪涌吸收器；在感应电压较大的情况下，如果是长距离接线或大电流，可以考虑使用继电器转换。,8.6.4PLC控制系统中防止