PLC的应用举例

1、第六章 PLC应用举例 第一节 PLC的系统设计与选型一、PLC控制系统设计的基本原则二、确定设计任务书三、PLC控制系统设计的基本内容及步骤四、 PLC的选择一、PLC控制系统设计的基本原则二、确定设计任务书三、PLC控制系统设计内容 及步骤(1)了解被控系统，确定控制系统输入输出，输入设备(按钮、开关、传感器)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等)、输出设备驱动的对象(电动机、电磁阀等)；(2)PLC的选择，包括：机型、容量、I/O模块、功能模块等。(3)I/O分配，对每个输入输出设备进行编号，并与PLC的I/O端口相一致，(4)绘制电路原理图，安装图，接线图，及各种控制柜、操作台、非标准

2、元件的图纸，(5)编制用户控制程序；(6)调试程序，包括：模拟调试程序，联机调试程序；(7)编写技术文件，包括：设计说明书，电气图，元件明细表等。四、PLC的选择PLC适用于：I/O点数较多，控制要求复杂，或工艺流程和产品多变，需经常改变控制电路的结构和控制参数。 包括：机型、容量、I/O模块、外围设备等。(一)机型选择 1、PLC规模的选择以开关量控制为主，只需少量的模拟量控制，可选用小型PLC；含较多的I/O点，控制较复杂，要求较高的被控系统，可选用中高档的PLC；对工作过程固定，环境较好的场合，可选用整体结构，降低成本；需扩展或功能模块的场合，可选用模块式PLC；2、对时间和其它特殊功能

3、的要求对开关量控制系统，不需考虑PLC的响应时间，而模拟量控制系统，闭环控制系统，需考虑PLC的响应时间；需要时，可采用高速PLC或快速响应模块、中断模块提高PLC的响应速度，减少时间延迟；3、PLC联网通信的考虑需通信的场合，选用具有通信联网功能的PLC，使PLC与PLC之间，或PLC与PC之间可以通信，组成工厂自动化网；4、对系统可靠性的考虑 考虑冗余及系统备份。5、PLC机型统一的考虑 一个企业内部，尽可能机型统一，便于管理和维护。(二)容量的选择PLC容量包括在：I/O点数，用户程序存储器容量的选择；1、 I/O点数 对I/O点数，除了要考虑系统的当前要求之外，还要求适当留有10%15

4、%裕量；2、用户程序存储器容量的选择；粗略估算：一般根据计算结果，应增加25%的裕量。(三) I/O模块的选择1、开关量输入模块的选择模块点数：4,8,16,32,64电压形式：直流5V，12V，24V，48V，交流110V，220V；电路结构：汇点式、分组式、隔离式。2、开关量输出模块的选择模块点数：16,32,48输出方式：继电器输出、双向可控硅输出、晶体管输出；电路结构：汇点式、分组式、隔离式。3、模拟量输入输出模块的选择模块通道数：2，4，8信号形式：电压型，电流型4、编程器和外围设备的选择编程器：对小型机，一般选用手持型简易编程器，价格低，携带方便，但功能有限； 对大中型机，一般采用

5、图形编程器；也可用编程软件包；第二节 物料传送自动控制一、系统动作要求：阶梯落层传送系统，M1M4，4台电动机带动4段皮带，按下启动按钮SBT后，最末级电动机M4先起动，经过5s延时后，再启动前一级皮带机，起动顺序：M4M3M2M1，停止时，按停止按钮SBP，先停第一级电动机，依次停顺序：M1M2M3M4某台电机故障时，该电机前的皮带机立即停止，而之后的皮带机要等料送完后，停止。二、确定I/O点数及PLC选择1、输入设备的数量 起动按钮SBT，停止按钮SBP，各皮带机故障用的速度继电器BV1BV4，共6个输入点。2、输出设备的数量 控制4台电机起停，及4个电机故障指示灯，共8个开关量输出点。3

6、、PLC选择 只有开关量，对响应也没有特别要求，定时固定，所以，可选用三菱的整体式小型PLC F1-20M,12个输入、8个输出，能满足要求。三、I/O分配表四、绘制流程图 起动4种状态，停止4种状态、故障报警4种状态，所以共12种状态。 第三节 电梯运行控制 在高层建筑中，电梯是不可或缺的重要设备，早期的电梯采用继电接触系统，但由于电梯控制系统的复杂性，使继电接触控制系统的接线复杂，可靠性较低。因此现在的电梯都已采用了其它控制系统，PLC就是最常用的一种。 一、拖动系统的分析 电梯的拖动系统有许多种，性能好的有直流发电机电动机可控硅励磁拖动系统、变频调压调速系统，价格较为昂贵。简单的有交流调

7、压调速系统、单双速交流电机拖动系统，在速度15ms以下的中低速电梯中经常采用后者，因为它结构简单，经济实用。现以双速交流电机拖动系统为例加以说明，如图65所示。 电梯的主要两个动作上升和下降，可由电动机的正反转来实现任意调换接入电动机的两根火线即可，此功能可由1KM和2KM(电动机正反转接触器)实现。 双速电动机有两套绕组，正常运行时接通高速绕组，即3KM接通，在检修运行或停靠时接通低速绕组，即4KM接通。 电梯启动和运行时是接通高速绕组的，但直接启动时会对电网造成冲击，为了降低启动电流，减小机件的冲击，同时也为了改善乘客乘坐的舒适感，一般在启动电路中串入限流电阻或电抗，如图65中的L1。工作

8、过程为：启动时3KM闭合，而后5KM接通。限流电感L1串联在启动电路中，启动完成后(例如经过5s)，5KM接通，电机转入正常高速运行。 图6-5 电梯双速交流电机拖动系统 电梯停靠时，由高速运行转入低速运行。即 3KM断开，同时4KM接通因为速度相差较大这时会出现回馈制动，为减小制动电流，防止对机件的冲击，也加人限流电阻或电抗，这里采用了两级限流电阻(电抗)。工作过程为：3KM断开而4KM接通，但此时6KM和7KM并不接通，L2和R串人制动电路，经过一段时间后(例如ls)，6KM接通，切除限流电阻。再过一段时间7KM接通，切除限流电抗，电机正常低速运行，最后控制电路切断1KM或2KM，电动机停

9、机。 调整串联电阻或电抗的大小、级数，以及通过调整逐级切除电感或电抗的时间，就可以改变启、停的加减速度，满足对舒适感、启停限流及加减速度的要求。 二、确定IO点数及PLC的选择 由于楼层数量不同，所配电梯的规模就有差别，IO数量相差很大，这里以5层楼电梯为例。 1输入设备的确定 先考察电梯轿厢内的操作。操作厢上应有各层的选层按钮，5层共有5个。有司乘人员时，应有司机开关门按钮，上行、下行按钮，需4点输入。考虑到乘客的安全，电梯在门末关好的情况下禁止启动，对轿厢门及厅门的开关极限均应设极限开关，需3点输入，为防止关门夹住乘客，再设一个红外感应输入。共需13个开关量输入点。 再考虑井道与轿厢的关系

10、。井道内每层都应设置感应器，以便感知轿厢当前所在层。由于上行和下行时，桥厢进入该层的顺序不同，所以每层设上行、下行两个楼层感应器。为保证轿厢停靠时对层准确，在轿厢上设置了上平层感应器、下平层感应器和门枢感应器，用以感知停靠偏上还是偏下。当停层准确时，3个感应器均接通。共需13点输入。 各门厅乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤按钮外，其它各层均设上下两个召唤按钮，5层共需8个输入按钮。 其它输入有超载、有司机无司机方式选择等开关或触点。 经以上分析，可知共需36点开关量输入端口。 2输出设备的确定 控制电梯的上行、下行(即电机正、反转)需两点输出。 控制电梯快行、慢行需两点输出。快速起动限流电

11、阻切除、慢速运行限流电阻(电 抗)一级和二级切除3点输出 。 开关门接触器两点输出。 楼层指示灯5点输出。 上、下行指示灯两点输出。 超载指示、报警一点输出。 经分析共需17点开关量输出端口。 门厅及轿厢内部分输入输出示意图见图6_6。 3PLC的选择 电梯简单的控制只有开关量输入和输出，对时间的响应要求也不高，只是输入输出点数较多。据此可选择三菱公司的F1-60M小型PLC，输入输出点数紧张时可再配一块IO扩展单元(如F1-20E)。也可结合编码器和译码器节约IO点，从而可以选择较少点数的PLC，节约成本。 三、建立IO地址分配表 电梯控制IO地址分配表，见表62。书P157页 四、绘制流程

12、图 总体上讲，电梯的运行可分为正常运行状态、消防运行状态和慢行检修状态，可以用一个转换触点(开关)来实现，三种运行状态为并行，关系简单，因此可以省去此流程图。三种运行状态中正常运行最为关键也最为复杂，并且电梯的运行并无明显的状态步骤，即非顺序运行。所以设计时以经验设计法为主，把控制电路分成几个部分，无需统一的程序流程图。 五、编制用户程序 考虑到电梯运行的复杂性和无序性，可以把电梯的控制电路分为楼层感应、门梯召唤、轿内控制、电梯选向、电梯换速、电梯平层及电梯启动等部分。 1楼层感应电路 楼层感应信号是电路中重要的信号，因为它涉及到其它控制电路中的许多环节，诸如轿厢指令、门厅召唤、指层、选向等。

13、 一般认为，当电梯上升时，以轿厢底部为准，即当轿厢底部进入底层作为该层的起始信号。而当电梯下降时，以轿厢的顶部信号为准，这就是每层都设上行感应器和下行感应器的原因，该感应信号应该是连续的。如果采用脉冲感应信号，就需要有保持环节。上行、下行及楼层指示开门按钮关门按钮上行、下行按钮楼层按钮图67 楼层感应梯形图 如图67所示，X000X004为上行楼层感应脉冲信号，X005X007、X010X011为下行感应信号， M120M124为楼层感应中间继电器，M100M104作为15层感应信号中间继电器(保持环节)兼楼层指示中间继电器。工作原理：当轿厢在2层时，M101接通并保持，当轿厢上升到3层时，M

14、122经M130、X002接通，随即由M122接通M102并保持，同时M122断开2层指示M101。如果是下行，当轿厢到1层时，M120经M131、X005接通，然后由M120接通M100并保持，M120同时把M101断开。M130、M131是由图6-10选向控制得到的。图6-8 门厅召唤梯形图 2门厅召唤电路 门厅召唤是一个保持环节(召唤按钮一般是脉冲信号)除顶层只有一个下召唤，底层只有一个上召唤外，其余层都有上、下召唤按钮，需要考虑的是怎么样消除已响应过的召唤。梯形图如图68所示，其中X500X503为l4层上召唤按钮，M300M303为对应的中间继电器；X506X511为25层下召唤按钮

15、，M306M311为对应中间继电器；M100M104为15层楼层信号。 工作原理：例如当电梯在1层时，4层有一上召唤，3层同时有上、下召唤，则M303、M302、M307同时接通，电梯上行。当电梯到达3层，M302保持环节断开，即已经响应了 3层的召唤,而307不会断开,即下行召唤依然保留。 3.轿厢内指令 轿厢内选取层电路比较简单，只有信号的保持和消号两项功能。如图69所示，其中X400X404是选层按钮，M100M104为楼层感应信号，X512为开门行程开关。 工作原理：例如按下第3层按钮，M202接通并保持，当电梯到达第3层时并未消号，直到电梯门打开到位，M202 断开消号。图6-9轿厢

16、内指令梯形图 4电梯的选向电路 选用交流拖动电梯，可通过改变三相电源的相序改变 电机转向。在图65中1KM接通时电机正转，2KM接通时 电机反转，与此接触器对应的是PLC的输出端口Y430、 Y431。因为此信号在其它电路控制中还要用到，为使用方便，又使用了M130(上行)、M131(下行)两个中间继电器。 选向电路从总体来看受两个信号控制。 一是受轿厢内选层信号的控制，控制的原则是响应一个方向上的信号，当这个方向上的所有信号都被响应后才响应另一个方向上的信号，图65 例如电梯在2层，若按下了3层选择，则上行继电器动作，这时如果又按下了1层和4层的按钮，则电梯到达3层后，还要响应4层的按钮而不

17、响应1层的信号，只有向上行的信号都得到响应后，才响应向下的信号，如果在向上的运行期间假如又按下了5层的选择按钮，则还要响应5层，然后才响应下行。如果电梯在下行，则优先响应下行信号。 二是受门厅召唤的控制，控制的原则是在电梯下行过程中只响应比电梯当前层低的下行召唤，而在上行过程中只响应比电梯当前层高的上行召唤。由于顶层和底层比较特殊，需单独处理。顶层的下行召唤其实是一个上行信号，只能在电梯上行时响应，而底层的上行召唤其实是个下行信号，需在电梯下行时响应。 选向控制梯形图，如图6一10所示，M200M204为轿厢内指令中间继电器，M300M303为门厅14层召唤中间继电器，M306M311为25层

18、下行召唤中间继电器。工作原理：例如当电梯在2层，按下3层按钮，则上行中间继电器及上行输出口M130、Y035接通，由于互锁作用，切断了M131的响应回路，所以此时按下1层按钮得不到响应，而按下4层按钮又会有一条线路M203、M104、M102接通M130和Y035，只有当3、4层信号都响应过了，这时电梯在4层，M202、M203均已复位，M130断开，互锁环节M130的常闭复位，下行中间继电器M131才会通过M200、M100、M206、M130接通。 图610中X405为有无司机触点，X406、X407为司机上行、下行选择按钮。司机可以在电梯起动前强行改变电梯的运行方向。 5电梯起动、换速电

19、路 电梯的起动、换速电路如图611、612，其中M132为电梯运行中间继电器；Y432、Y433为快速、慢速运行输出，对应于图65中的接触器3KM和4KM；Y530为全速运行输出，对应图65中的5KM，用于切断快速绕组中的限流电抗(电阻)；Y436、Y437对应于6KM、7KM，用以切换慢速绕组中的一、二级限流电阻(电抗)。图6-11 电梯起动梯形图 工作原理：当电梯门关好后Y432接通，电梯高速绕组接通，快速起动。起动完成后(例如5s)Y530接触，切除限流电抗，电梯全速运行。当电梯接近停靠层时，接通慢速绕组制动。例如4层有指令，当电梯接近4层时，M203、M123接通使M233接通，发出换

20、速信号，断开高速绕组Y432接通低速绕组Y433再逐级切除限流电阻(抗)。 图612电梯换速梯形图 6电梯的平层控制 电梯平层控制电路如613所示，X012、X013分别为上行平层感应器和下行平层感应器的输入端，X413为门枢感应器输入端。当电梯上行时，越过平层位置，则X012会断开，而X013依然接通这样会断开上行接触器(由Y430控制)而接通下行接触器(由Y431控制)，电梯向下平层。平层后X012、X013、X413均接通，Y430、Y431断开，跳闸制动。 图613 电梯平层梯形图7开关门控制电路 开关门控制电路如图614所示。 工作原理：只有在电梯平层后不运行状态才允许开门，M305

21、为允许开门中间断电器。开门分手动和自动两种：自动开门在允许开门一段时间后(例如2s)由于时间继电器T453动作，接通开门继电器Y434。如果手动，则按下开门按钮X410立即动作。关门也分为自动和手动两种。手动时按下关门按钮X411立即关门，自动时，当开门到位之后触动极限开关X512，接通关门定时器T454，一段时间(例如3s)后，由T454动作关门。为防止关门过程中夹住乘客，设置红外探测器X412，当它探测到门间有障碍物时会停止关门并重新接通开门继电器。图614 电梯开关门控制电路 第四节 交通信号灯自动控制 交通信号灯是日常生活中遇到的一个普通实例，它的控制也颇具典型和实用价值。由于交通路口

22、的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，这里以十字路口中等规模的交通信号灯控制为例。十字路口的各方向设有通行指示灯、右转弯指示灯、左转弯指示灯及人行道指示灯，如图6一15所示。 一、系统控制要求分析 在正常情况下，交通路口按照一定规律在两个方向上依次允许通行，但在紧急情况下，例如在某个方向上有救护车、救火车、警车等，需要立即开放该方向上的通行，因此要求此控制系统有正常时序及急车通行控制两种控制方式。 1正常控制 正常控制时交通信号灯的时序如图616所示。为了使读者对控制要求有一个清晰的思路，同时也为了描述的方便，先分析一个方向上交通灯的变化情况。当启动开

23、关接通时，信号灯开始工作。先东西方向绿灯亮(此时南北方向红灯亮，但右转弯绿灯亮)，允许通行30s，左右转向均红灯亮。 30s后，东西方向绿灯灭而黄灯亮2s，同时右转弯的黄灯也亮2s，然后东西方向红灯亮，同时右转弯的绿灯亮(右转弯的红灯黄灯同时灭)，即此时东西方向仅允许右转弯。 55s后，东西方向左转弯黄灯亮2s，接着也允许左转弯(左转弯红灯、黄灯灭，同时绿灯亮)。19后，左右转弯的绿灯同时闪三下(指示信号灯将变化)后灭。左右转弯黄灯亮2s后灭而红灯亮，东西方向黄灯也亮2s，然后整体便进入下一个循环。 东西向人行道仅有红灯和绿灯，人行道红灯变化情况和东西向中间红灯类似，仅先于中间灯2s，人行道绿

24、灯和中间绿灯变化也类似，区别仅在点亮的最后3s闪烁而已。综合上面的分析可以看出，交通灯指示的总体思路是，先允许直向通行，后允许右转弯，然后允许左右转弯，如此反复循环，南北方向的交通灯变化与东西方向次序完全一样，只不过时间上滞后55s而已，即当东西方向允许右转弯的同时，南北方向允许左右转向。 当起动开关断开时，所有信号灯熄灭。 2急车通行控制 急车强通方向急车强通开关控制。无急车时信号灯按正常时序控制，有急车来时，将急车强通开关闭合，不管原来信号灯的状态如何，一律强制让急车来方向的绿灯亮，直至急车通过为止。急车过后，将急车强通开关断开，信号灯的状态立即转为急车方向上的绿灯闪3次，随后按正常时序控

25、制。 急车通行信号只能响应一路方向上的急车，若两个方向先后来急车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。 二、确定IO点数及PLC的选择 1确定IO点数 交通信号是一个连续自动运行的系统，通常依时间变换转换，很少需人工干预，因此输入设备很少，只需一起动按钮及两个方向上的强通按钮共3个输入点。 输出端只有信号指示，每个路口上都有3个通行指示灯，3个右转指示灯，3个左转指示灯及2个人行道指示灯，这样需11个输出端口。4个路口则需44个输出端口，而实际上，东西方向2个路口，南北方向2个路口交通灯的变化完全一样，用一个输出端口驱动2个指示灯，就可以节约一半的资源，只需22个输入端。 综上所述可知共需IO

26、点数25。 2PLC的选择 本控制系统的输入输出量也只是简单的开关量，所以只要有足够输出端点，一般小型机即可满足要求。另外，本例是一个明显的顺序控制，选用具有顺序控制指令的PLC有利于编程。三菱公司的F160M即可满足要求。 三、建立IO地址分配表 输入端信号仅3个，可随意指定，例如：X400用作启动信号，X401用作东西方向强通信号，X402用作南北方向强通信号。 输出端信号较多，其分配表见表63。 四、绘制流程图 交通灯控制信号在正常工作时是一个典型顺序控制系统，具有很强的规律性，而强通控制没有这样的规律性，因此设计时以顺序控制方法去设计交通灯的正常控制，而强通控制则采用经验设计法。交通信号灯正常控制的流程图，如图617所示。 现对交通信号灯正常控制的流程图作以简单的说明，通过对交通信号的分析，控制流程以时间为轴，以信号变化为依据分为11个步骤(