第九章可编程控制器控制系统设计(20151217)

1、 目的和要求：目的和要求： 1、熟悉、熟悉PLC控制系统设计的一般步骤；控制系统设计的一般步骤； 2、掌握、掌握PLC机型的选择方法和依据，熟悉机型的选择方法和依据，熟悉PLC控制系统的开发应用；控制系统的开发应用； 3、理解电气制图的一般规定，掌握电气图、理解电气制图的一般规定，掌握电气图纸页面布局方法纸页面布局方法 。第九章第九章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计第九章第九章 可编程控制器应用系统设计可编程控制器应用系统设计预备知识预备知识第一节第一节 可编程控制器应用系统设计基本可编程控制器应用系统设计基本内容和步骤内容和步骤第二节第二节 应用程序设计方法应用程序设计方法

2、 第三节第三节 PLC应用举例应用举例 第四节第四节 电气制图的一般规则电气制图的一般规则第五节第五节 可编程控制器的安装与维护可编程控制器的安装与维护一、一、PLC应用系统类型应用系统类型PLC单机单机控制系统控制系统PLC网络控制网络控制系统系统预备知识预备知识二、二、PLC应用系统设计前应掌握的知识应用系统设计前应掌握的知识（一）自动化产品（一）自动化产品1、PLC掌握常用的三种：掌握常用的三种：Simens西门子西门子 ：LOGO，S7-200, S7-200 SMART, S7- 300, S7- 400Mitsubishi三菱：三菱：, FX2N，A，AnS，Q，QnA OMRON

3、欧姆龙欧姆龙:CPM2A/B，CQM1H（小），（小），CS1，VM1D(中大中大)，CPM2C(超薄超薄)，CPM2B，CPM1A-MAD02-CH(板型板型)西门子触摸屏：西门子触摸屏：MP277 ，MP377，TP177B，TD200C，SMART700三菱触摸屏：三菱触摸屏：F940WGOT-TWD-E，GT11,GT15,GT23，GT25,GT27(GT2000系列系列) 昆仑通态触摸屏：昆仑通态触摸屏：MCGS2、PLC触摸屏触摸屏西门子：西门子： G110和和G150单相输入水泵、风机用，单相输入水泵、风机用， Micromaster 4系列系列M440多功能标准变频器、多功能

4、标准变频器、 M430标准标准变频器中的风机和泵类变转矩负载用、变频器中的风机和泵类变转矩负载用、 M420模块化设计模块化设计的多功能标准变频器、的多功能标准变频器、 M410紧凑型标准变频器紧凑型标准变频器三菱：三菱： FR-F540， FR-A540(L)， FR-E520(S)， FRE500， FR-F700， FR-F740, FR-V540L常用变频器常用变频器3、变频器、变频器变频器品牌变频器品牌欧美国家的品牌：欧美国家的品牌：西门子西门子、ABB、Vacon、DANFOSS（丹佛斯）、（丹佛斯）、Lenze（伦茨）、（伦茨）、KEB（科比）、（科比）、C.T.（统（统一）、欧

5、陆、一）、欧陆、Moeller、Schneider（施耐德）、（施耐德）、SIEI（西（西威）等；威）等；日本产的品牌：日本产的品牌：富士、三菱富士、三菱、安川安川、三肯、日立、三肯、日立、松下、东芝、明电、春日、东洋等；松下、东芝、明电、春日、东洋等；韩国生产：韩国生产：LG、三星、现代等；、三星、现代等； 港澳台地区的品牌：普传、台安、港澳台地区的品牌：普传、台安、台达台达、东元、正频、东元、正频、宁茂、九德松益、爱德利等；宁茂、九德松益、爱德利等；国产的品牌：有康沃、安邦信、惠丰、森兰、阿尔法、时国产的品牌：有康沃、安邦信、惠丰、森兰、阿尔法、时代、格立特、海利、佳灵、富凌、英威腾等。代

6、、格立特、海利、佳灵、富凌、英威腾等。1、组态软件、组态软件西门子西门子SIMATIC WinCC组态软件组态软件MCGS工业组态监控软件工业组态监控软件组态王组态王KINGVIEWAB公司公司RSLINKV通信组态软件通信组态软件（二）工程应用软件（二）工程应用软件 2、PLC编程软件编程软件（1）西门子）西门子PLC编程软件编程软件STEP7 V5.4 SP3（用于（用于S7-300,S7-400）STEP 7- Micro/WIN SMART V2.0 （用于（用于S7-200 SMART ）STEP 7- Micro/WIN V4.0 SP3 （用于（用于S7-200）LOGO! So

7、ft Comfort V6.0 （用于（用于LOGO）（2）三菱）三菱PLC编程软件编程软件GX-Developer v8.86GX-works2 SWOPC-FXGP-WIN-C（3）欧姆龙）欧姆龙PLC编程软件编程软件 欧姆龙欧姆龙CX-Programmer V6.1（4）AB公司公司PLC编程软件：编程软件：RSLogix5000 西门子西门子WinCC Fexible触摸屏组态软件（用于西门子触摸屏组态软件（用于西门子触摸屏）触摸屏）MCGS工业组态监控软件工业组态监控软件（用于（用于MCGS昆仑通态触摸屏）昆仑通态触摸屏）FX-PCS-DU/WIN-E、GT Designer2或或G

8、T Designer3 1.58L (用于三菱触摸屏用于三菱触摸屏) 4、常用绘图软件、常用绘图软件AUTOCAD软件软件VISIO绘图软件绘图软件Protel 99SE 3、PLC触摸屏软件触摸屏软件1、现场总线、现场总线（三）（三）PLC网络网络IEC61158IEC61158中的现场总线中的现场总线公司公司 FF Siemens AB Phonex P-net WorldFip Swiftnet 现场总现场总线线H1Profibus-DP/PA Devicenet* InterbusP-net 31.25kbps Swiftnet高速总高速总线线 HSE高速高速以太以太网网 Profib

9、us-FMS车间级车间级采用采用controlnet 1M,2.5Mbps Swiftnet市场分市场分布布过程过程工业工业制造工业制造工业制造工制造工业业制造制造工业工业农牧渔农牧渔业业交通运交通运输业输业航空航空业业2、工业以太网、工业以太网第一节第一节 PLC应用系统设计基本内容和步骤应用系统设计基本内容和步骤本节介绍本节介绍PLC应用系统设计的原则、方法和步骤应用系统设计的原则、方法和步骤 目的和要求：目的和要求： 1、了解了解PLC控制系统设计基本原则及设计任务控制系统设计基本原则及设计任务； 2、熟悉熟悉PLC控制系统设计的控制系统设计的一般步骤及设计内容一般步骤及设计内容。内容：

10、内容： 一、一、PLC应用系统设计的原则应用系统设计的原则 二、二、PLC应用系统设计的内容应用系统设计的内容 三、可编程控制器系统设计步骤三、可编程控制器系统设计步骤 四、可编程控制器在化工过程控制中的应用四、可编程控制器在化工过程控制中的应用1、满足满足被控对象的控制被控对象的控制要求要求 考虑将来发展的需要，考虑将来发展的需要， PLC选用功能选用功能较强的新产品，并留有适当的余量。较强的新产品，并留有适当的余量。2系统系统安全安全、可靠可靠3尽可能简单、尽可能简单、经济经济、使用与维修、使用与维修方便方便4具有具有高高的的性性能能价价格格比比。一、一、 PLC应用系统设计的原则应用系统

11、设计的原则1、拟定设计任务书、拟定设计任务书2、原理设计、原理设计（1）确定系统总体设计方案；）确定系统总体设计方案；（2）主电路设计）主电路设计 （3）选定）选定PLC的型号；的型号；（4）输入）输入/输出分配；输出分配；（5）PLC控制电路及其他电路设计；控制电路及其他电路设计；（6）主要参数计算及元器件选择）主要参数计算及元器件选择 ；（7）程序设计；）程序设计；3、 工艺设计工艺设计4、 编制技术文件编制技术文件二、二、PLC应用系统设计的内容应用系统设计的内容（二）确定控制方案（总体方案）（二）确定控制方案（总体方案）1 1、拖动方案、拖动方案（1）驱动方式：）驱动方式：液压驱动液压

12、驱动、气压驱动气压驱动、电动机拖动、电动机拖动（2）传动方式：电动机）传动方式：电动机集中拖动集中拖动、电动机、电动机分立拖动分立拖动（3）调速方案及调速装置）调速方案及调速装置n有级调速有级调速：齿轮变速箱、液压调速、多速电动机：齿轮变速箱、液压调速、多速电动机n无级调速无级调速：直流电动机调速、交流电动机变频调速：直流电动机调速、交流电动机变频调速三、三、 可编程控制器系统设计步骤可编程控制器系统设计步骤（一）了解工艺、设备及控制要求（一）了解工艺、设备及控制要求（4）负载特性：调速与负载特性相适应）负载特性：调速与负载特性相适应n恒转矩调速恒转矩调速（星双星、调压调速）：配恒转矩负载（星

13、双星、调压调速）：配恒转矩负载n恒功率调速（恒功率调速（角双星、调磁调速角双星、调磁调速）：配恒功率负载：配恒功率负载（5）启动、制动与反向要求）启动、制动与反向要求继电器接触器控制继电器接触器控制单片机控制单片机控制微机控制微机控制PLC控制控制3 3、工作方式、工作方式自动控制工作方式自动控制工作方式半自动控制工作方式半自动控制工作方式手动控制工作方式手动控制工作方式4 4、联锁条件、联锁条件5 5、信号检测装置、信号检测装置速度检测速度检测温度检测温度检测位置检测等位置检测等6 6、指示、指示/ /显示方式显示方式指示灯、指示灯、LED、LCD、触摸屏、触摸屏2 2、控制方式（控制系统）

14、、控制方式（控制系统）7 7、保护措施、保护措施电流型保护、电压型保护、其他保护电流型保护、电压型保护、其他保护8 8、控制线路电源、控制线路电源n简单的交流控制线路：简单的交流控制线路：AC380V、220Vn复杂的交流控制线路：复杂的交流控制线路：AC110V、48V、24V、36Vn照明及信号指示线路：照明及信号指示线路：AC48V、24V、6.3Vn直流电力传动控制线路：直流电力传动控制线路：DC220V、110Vn直流电磁铁及电磁离合器控制线路：直流电磁铁及电磁离合器控制线路： DC48V、24V、12V（四）（四）PLC控制系统设计控制系统设计1 1、确定、确定I IO O点数及类

15、型点数及类型nI/O点数：考虑点数：考虑2030的备用量。的备用量。 nI/O类型：数字量模拟量、电流容量、电压等级类型：数字量模拟量、电流容量、电压等级（三）主电路设计（三）主电路设计2 2、选择、选择PLCPLC（1）机型选择：合理、统一）机型选择：合理、统一（2）输入）输入/输出的选择输出的选择I/O点数估算点数估算输入输入/输出模块的选择输出模块的选择1）输入模块类型：）输入模块类型：DC5V、12V、24V、48V、60V2）输出模块选择：）输出模块选择：输出方式选择：负载类型、实时性要求输出方式选择：负载类型、实时性要求输出模块允许的工作电压类型及等级输出模块允许的工作电压类型及等

16、级带负载能力带负载能力（3）存储容量估算）存储容量估算总存储字数（开关量输入点数总存储字数（开关量输入点数+开关量输出点数）开关量输出点数）10+模拟量点数模拟量点数150 再按计算存储器字数的再按计算存储器字数的25%考虑余量考虑余量4 4、设计控制面板或监控画面、设计控制面板或监控画面（五）（五）主要参数计算及元器件选择主要参数计算及元器件选择6 6、编制控制程序、编制控制程序（六）工艺设计（导线标记、（六）工艺设计（导线标记、工艺图纸工艺图纸）（七）程序调试（七）程序调试（八）编制技术文件（八）编制技术文件说明书：设计说明书、使用说明书说明书：设计说明书、使用说明书3 3、I/OI/O分

17、配及其他器件分配分配及其他器件分配原理图：电路图原理图：电路图图纸图纸工艺图纸：工艺图纸：电气接线图电气接线图电器布置图电器布置图单元接线图单元接线图互连接线图互连接线图端子接线图端子接线图元器件表元器件表程序清单程序清单 5、PLCPLC控制系统电路控制系统电路及其他电路及其他电路四、四、 可编程控制器在化工过程控制中的应用可编程控制器在化工过程控制中的应用（一）工艺过程及要求（一）工艺过程及要求1、组成、组成： （1）P1P6共共6个泵，加热器，搅拌器个泵，加热器，搅拌器（2）检测容器空和满的传感器。）检测容器空和满的传感器。2、工艺过程、工艺过程（1）启动泵）启动泵P1、P2加碱和聚合物

18、。加碱和聚合物。（2）加满后，）加满后，P1、P2泵关闭，泵关闭， #2容器开始加热。容器开始加热。（3）当温度升到）当温度升到60时，关断加热器，启动泵时，关断加热器，启动泵P3、P4，同时搅拌器启动。，同时搅拌器启动。（4）搅拌）搅拌60s，一旦，一旦#3反应池满或反应池满或#1、#2容器空，则关泵容器空，则关泵P3、P4 。（5）当搅拌时间到，启动泵）当搅拌时间到，启动泵P5，直到，直到#4产品池满或产品池满或#3反应池空。反应池空。（6）启动泵）启动泵P6抽走产品，直到抽走产品，直到#4产品池空。完成一次循环，等待新的循产品池空。完成一次循环，等待新的循环开始。环开始。（7）若化学反应

19、过程中停电后恢复供电，应能在原来的步骤继续自动进行）若化学反应过程中停电后恢复供电，应能在原来的步骤继续自动进行化学反应。化学反应。 聚合物聚合物加热到加热到60 和碱在反和碱在反应池中混合，应池中混合，混合完后由混合完后由泵泵P5抽到抽到产品池，然产品池，然后由泵后由泵P6抽走抽走1、 I/O点数确定及点数确定及PLC选择选择n输入信号：输入信号：10个（启动按钮个（启动按钮1个，温度传个，温度传感器感器1个，高、低位置传感器共个，高、低位置传感器共8个），均个），均为开关量信号。为开关量信号。n输出信号：输出信号：8个（个（6台泵，台泵，1个加热器，个加热器，1个个搅拌器），也都为开关量。

20、搅拌器），也都为开关量。nPLC选择：选择：FX2N-32MR（二）总体方案选择（略）（二）总体方案选择（略）（三）主电路设计（略）（三）主电路设计（略）（四）（四）PLC控制系统设计控制系统设计输入信号输入信号输出信号输出信号辅助继电器辅助继电器名称名称功能功能编号编号名称名称功能功能编号编号名称名称编号编号名称名称编号编号SB启动按钮启动按钮X000KM1P1泵接触器泵接触器Y000LM80029步步M509SQ1#1容器满容器满X001KM2P2泵接触器泵接触器Y0010步步M50010步步M510SQ2#1容器空容器空X002KM3P3泵接触器泵接触器Y0021步步M50111步步M5

21、11SQ3#2容器满容器满X003KM4P4泵接触器泵接触器Y0032步步M50212步步M512SQ4#2容器空容器空X004KM5P5泵接触器泵接触器Y0043步步M50313步步M513SQ5#3容器满容器满X005KM6P6泵接触器泵接触器Y0054步步M504SQ6#3容器空容器空X006KM7加热器接触器加热器接触器Y0065步步M505SQ7#4容器满容器满X007KM8搅拌机接触器搅拌机接触器Y0076步步M506SQ8#4容器空容器空X0107步步M507SQ9温度传感器温度传感器X0118步步M5082、I/0口地址分配口地址分配（1） 状态编程法状态编程法 控制系统采用半

22、控制系统采用半自动工作方式，即自动工作方式，即系统每完成一次循系统每完成一次循环，自动停止在初环，自动停止在初始状态，等待再次始状态，等待再次启动信号，才开始启动信号，才开始下一次循环。为了下一次循环。为了保证化学反应过程保证化学反应过程中停电后恢复供电，中停电后恢复供电，能在原来的步骤继能在原来的步骤继续自动进行化学反续自动进行化学反应，应选用应，应选用M500起始的停电保持型起始的停电保持型辅助继电器。辅助继电器。3、PLC控制电路（略）控制电路（略）4、程序设计、程序设计列出逻辑方程列出逻辑方程逻辑设计法一般公式：逻辑设计法一般公式： 列写出列写出14个步序的状态逻辑表达式。个步序的状态

23、逻辑表达式。 1）第）第0步为初始步步为初始步关自锁开XXXMOUT)(i)503501()5000105138002(500MMMXMMM（2）基本逻辑指令编程）基本逻辑指令编程 2）第）第1步到第步到第12步步 包含了两组并列序列（即第包含了两组并列序列（即第1步至步至第第5步，第步，第6步至第步至第12步）。其逻辑表达式为步）。其逻辑表达式为:502)501000500(501MMXMM504)503000500(503MMXMM按启动按钮按启动按钮SB、P1泵开，直到泵开，直到#1容器满容器满（2）第）第1步到第步到第12步步 包含了两组并列序列（即第包含了两组并列序列（即第1步至步至

24、第第5步，第步，第6步至第步至第12步）。其逻辑表达式为步）。其逻辑表达式为:o o 按启动按钮按启动按钮SB、P1泵开，直到泵开，直到#1容器满；容器满；o 按启动按钮按启动按钮SB、P2泵开，直到泵开，直到#2容器满；容器满；o #1容器满后，容器满后，P1泵关闭；泵关闭；o #2容器满后，容器满后，P2泵关闭；泵关闭；o #1、#2容器都满后，加热器开启；容器都满后，加热器开启；o 加热到加热到60，泵，泵P3开启，直到开启，直到#3池满或池满或#1容器空；容器空；o 加热到加热到60，泵，泵P4开启，直到开启，直到#3池满或池满或#2容器空；容器空；502)501000500(501M

25、MXMM504)503000500(503MMXMM505)502001501(502MMXMM505)504003503(504MMXMM)510508506()505504502(505MMMMMMM507)506011505(506MMXMM509)508011505(508MMXMMo 加热到加热到60，搅拌机开启，直径，搅拌机开启，直径60s时间到；时间到；o #3池满或池满或#1容器空，容器空，P3泵关闭；泵关闭；o #3池满或池满或#2容器空，容器空，P4泵关闭；泵关闭；o 搅拌计时；搅拌计时；o 搅拌时间到，搅拌时间到，P5泵开启。泵开启。 （3）第）第13步为单序列结构，它的

26、激活条件是；步为单序列结构，它的激活条件是；o 它的关断条件为它的关断条件为 。其逻辑表达式为：。其逻辑表达式为：o #4池满或池满或#3池空，池空，P5泵关，泵关，P6泵开启。泵开启。 511)510011505(510MMXMM512)507005506002506(507MMXMXMM512)509005508004508(509MMXMXMM512511250510511MMTMM）（513)512511509507(512MXMMMM)006512007512(XMXM500M500)513006512007512(513MMXMXMMoY000(P1泵泵)=M501; Y001(P

27、2泵泵)=M503； Y002(P3泵泵)=M506;oY003(P4泵泵)=M508; Y004(P5泵泵)=M512； Y005(P6泵泵)=M513;oY006(加热器加热器)=M505; Y007(搅拌机搅拌机)=M510； 定时器定时器T250由由M510控制。控制。控制系统的梯形图程序控制系统的梯形图程序o 化学反应过程控制系统的梯形图如下图所示。化学反应过程控制系统的梯形图如下图所示。梯形图的获得是直接通过逻辑表达式完成的。执梯形图的获得是直接通过逻辑表达式完成的。执行电器的控制梯形图可并接在步序线圈中，也可行电器的控制梯形图可并接在步序线圈中，也可以分开绘制，当执行电器由多个步

28、序线圈驱动时，以分开绘制，当执行电器由多个步序线圈驱动时，必须分开绘制。必须分开绘制。（4）执行电器的逻辑表达式）执行电器的逻辑表达式电镀专用行车的电镀专用行车的PLC控制控制工 厂 局 域 网Ethernet TCP/IPHost计 算 机CNCPLCDC操 作 站传 动装 置阀 门分 布 式I/O现 场操 作 站变 送 器链 接 器Profibus-PAProfibus-DPProfibus-FMS 图2 FCS的体系结构FCS的体系结构的体系结构多总线的多总线的PLC网络网络液压油缸液压油缸单线圈双向电磁阀三位五通电磁阀液压动力滑台液压动力滑台气缸示意图气缸示意图双向电控阀实物图双向电控

29、阀实物图单向电控阀实物图单向电控阀实物图图91 主电路图图92 PLC控制电路控制电路图图93 内装内装PLC的电气控制柜的电气控制柜图图94 CW6163型卧式车床电器元件布置图型卧式车床电器元件布置图图图95 CW6163型卧式车床电气安装接线图型卧式车床电气安装接线图表表91 典型传动设备及电器元件所需典型传动设备及电器元件所需PLC的的I/O点数点数输入信号输入信号输出信号输出信号辅助继电器辅助继电器代号代号名称名称编号编号代号代号名称名称编号编号名称名称编号编号名称名称编号编号SB启动按钮启动按钮X000KM1P1泵接触器泵接触器Y000LM80029步步M509SQ1#1容器满容器满X001KM2P2泵接触器泵接触器Y0010步步M50010步步M510SQ2#1容器空容器空X002KM3P3泵接触器泵接触器Y0021步步M50111步步M511SQ3#2容器满容器满X0