PLC控制技术实验与实训讲义

1、PLC控制技术实验与实训讲义单长考 编写电气与自动化工程学院前言PLC技术是电气控制技术中的关键技术,PLC控制技术为“自动化和电气工程及其自动化、测控技术与仪器”专业的一门重要专业课。实验与课程实训在整个教学过程中,是一个非常重要的实践性教学环节,尤其当要掌握PLC的控制技术时,仅仅了解PLC的工作原理和指令系统是远远不够的。学习PLC控制和应用的目的,是要最大限度的满足生产工艺和机械设备的要求。为了实现这个目标,还应该结合PLC控制和应用技术的特点,进行初步的工程训练,这就是进行PLC控制技术课程实训的基本指导思想。实训以培养工程应用能力为主,在独立完成设计任务的同时,还要进行诸方面能力的

2、培养和提高,为毕业设计打下良好的基础。这些能力包括:独立工作能力;综合运用所学过的基础知识和专业知识,提高解决工程应用问题的能力;运用各种现代化手段,获取相关资料的能力;调试程序的能力;工程绘图的能力;编写技术资料的能力;创新能力。在进行PLC控制系统设计时,需要全面系统地考虑系统的控制要求,最大限度地满足系统的控制要求,从实际出发,设计一个可靠性高、技术先进合理、易操作、易维护、低成本的PLC控制系统。PLC控制技术的课程实训,是通过一些浅显易懂的工程实例,从工程的角度,尤其是从操作的角度,尽可能的全面考虑问题和处理问题,进而完成PLC控制系统的设计。1 实训的目的、要求和主要内容实训一般需

3、要1-2周的时间,根据时间安排就可看出,它与毕业设计,或者与课后作业所应达到的训练目的、训练过程和训练方法均有较大的不同。1.1 实训的目的PLC控制技术实训与实验的主要目的,是通过对某个简单的自动化生产设备、某条简单的自动化生产线、某些简单的工艺过程的调查研究,使学生明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。根据这些要求,进行基本的原理设计、工艺设计和操作设计,使学生在课程设计的全过程中,进一步明确设计任务中的各项要求,建立课程设计工作的整体概念,从工程环境、实现手段和操作方式的各个环节入手来设计控制程序,通过不断的调试和完善程序设计,最终能够满足这些要求。实训以培养工程应用能力为主,在独立完成

4、设计任务的同时,还要进行诸方面能力的培养和提高,为毕业设计打下良好的基础。这些能力包括:独立工作能力;综合运用所学过的基础知识和专业知识,提高解决工程应用问题的能力;能够运用各种现代化手段,获取相关资料的能力;调试程序的能力;工程绘图能力;编写技术资料的能力;创新能力。1.2 实训的基本要求实训以学生的独立工作为主,教师的指导为辅。要充分调动学生的积极性,培养学生的自主性和创新意识。1.教师的指导作用指定实训任务书;向学生介绍任务书的具体要求;引导学生建立设计思路,确定设计方案;进行适当的答疑。2.学生的独立工作在接受到设计任务书后,迅速明确设计任务,详细了解各种设计要求和设计指标;指定设计方

5、案或者拟订设计任务书;拟订工作进度计划;确定所需要I/O点数,合理选择控制装置(这里是PLC的型号;编写控制程序;在规定时间内完成实训设计任务;尽可能调试程序,直至调试成功;完成实训说明书。1.3 实训任务书对课程实训的要求是通过实训任务书的形式来体现的。实训任务书可以由指导教师拟订,也可以根据控制要求和应完成的工作,由学生自己来拟订。实训任务书一般要包括以下内容:实训题目;控制对象的描述,如控制对象的名称、作用、工作原理及工艺过程;各个控制变量的动作顺序和时间要求;应完成的其他控制任务;应编制的控制程序和绘制的工程图纸;应编写的设计说明;工作进度计划。1.4 实训报告的主要内容在明确了设计任

6、务后,就应当按照拟订的工作进度计划开展实质性的实际工作。在课程设计结束后,应即使完成课程设计报告。1. 目录目录或者目次是整个设计的引导,通过目录的安排可清晰地看出实训报告的结构和组成,目录的各级标题可以按照章节的顺序,也可以按照数字的顺序,如;1、1.1、1.1.1,一般列出三级标题即可。2. 引言引言是在实训报告正文前的简短介绍。在引言中,要写明本课题的研究背景、设计目的、设计的主要过程及主要的设计内容。3. 控制方案的选择及论证从工程实际出发,在拟订控制系统的方案时,要充分考虑系统功能的组成及实现,主要从以下方面考虑:(1 机械部件的动作顺序、动作条件、必要的保护和联锁;(2 系统的工作

7、方式(如手动、自动、半自动;(3 生产设备内部机械、电气、仪表、气动、液压等各个系统之间的关系;(4 PLC同上位计算机、交/直流调速器、工业机器人等智能设备的关系;(5 系统的供电方式、接地方式及隔离屏蔽问题;(6 网络通信方式;(7 数据显示的方式及内容;(8 安全保护措施及紧急情况处理。4. 控制器的选型及依据由于PLC是PLC控制系统的核心器件,因此,正确选择PLC的机型是进行PLC系统设计的首要内容。(1 系统的控制类型。下列系统非常适宜采用PLC控制:单机控制的小系统;慢过程控制的大系统;快速控制的大系统。(2 系统控制对象的要求;输入量/输出量的类型和数量;对CPU功能的要求;控

8、制室与现场的最远距离。5. 主电路设计(1 控制对象的控制方式。如果为电动机负载,应根据其功率及驱动负载的性质,选择合理的启动线路。(2 是否需要过载保护、短路保护、过流保护等保护环节。(3 是否需要调速、如何调速。(4 是否需要采用制动,如果需要制动,采用哪种制动。6. PLC硬件组态在选定PLC的机型后,就要对所选机型进行系统组态。PLC硬件组态是指配置PLC系统硬件部分的功能和参数。进行一个PLC系统的组态应包含很多内容,如对输入/输出的组态、对通信设备的组态、对各种功能模板的组态等。最基本、最常用的系统组态是对输入/输出系统进行组态。7. PLC编程元件的地址分配在对系统进行组态后,要

9、对系统的编程元件进行地址分配,首先要对输入/输出点进行地址分配,从而建立I/O变成地址表。在进行地址分配时,从理论上说,可以随意分配,但是从工程实际上讲,应考虑地址分配与电缆布线、程序编制、系统调试、维护检修。在可能的情况下,对其他编程元件也要进行地址分配。如位存储器、定时器、计数器等,使之在调试控制程序时更方便、更敏捷。为了使编写的程序具有可读性,在建立符号表时,建议采用符号地址(中文、英文或者汉语拼音。8. PLC的输入/输出接线图在建立了I/O地址表之后,还要根据I/O地址表绘制I/O接线图。在I/O接线图中可以清楚地看到:(1 在I/O接线图的输入端子上接入的触点是常开的还是常闭的;(

10、2 输入电源是采用PLC主机的内置电源(一般是24V DC,或者采用外部电源;(3 输入端子的分组情况9隔离式/汇点式/分组式;(4 在I/O接线图的输出端子上所驱动的负载的性质(交流/直流、电感性/电阻性、直接驱动/间接驱动;(5 为驱动负载所需要的电源的电流种类及电压登记,该电源是由用户自备的;(6 输出端子的分组情况(隔离式/汇点式/分组式。9. 编写控制系统的流程图在编写较复杂的控制程序前,一般要先编写控制系统的流程图。流程图是程序设计中很有用的工具,它直观、清晰易懂,便于检查和修改。编写流程图时,首先要根据控制要求,将要完成的控制任务分解成几个主要的相对独立的部分(环节,分析各个部分

11、(环节之间的关系或者联系,结合结构化程序设计的概念,编写出有顺序结构、循环结构或者分支结构的流程图。为了更有效地用流程图指导编程,可以对每个顺序结构和分支结构中的顺序结构进行细化分解,在此基础上,找到每个顺序结构的各个状态的转移条件,即画出状态转移图。只要画出了状态转移图,编写控制程序就是很容易的事了。10. 分部分编写PLC的梯形图控制程序及程序设计说明根据流程图中分解出来的各个部分内容及控制要求,用所熟悉的变成语言(一般是梯形图编写控制程序。为了便于阅读所编写的控制程序,除了在程序中添加必要的注释外,还要用文字对该部分程序做简单或详细的说明。对于功能相似的其他部分,可以对有代表性部分的程序

12、进行设计说明。11. 分部分程序调试及调试说明对于初学者而言,所编写的程序不可避免地存在这样那样的缺陷,必须经过不断的调式,才能不断地发现新问题,不断地解决新问题;在完成课程设计任务要求的前提下,通过反复修改使控制程序更加完善。调试是一个非常重要的过程,无论是通过仿真软件调试,还是进行联机调试,都要先进行部分程序调试,各个部分调试通过后,再进行统调,直至满足控制要求为止。调试说明也是课程射界的组成部分,可以将设计中遇到的主要问题及解决方法,调试过程及方法、在调试过程中对原设计的程序做了哪些有意义的改进及联机统调结果,通过调试说明的方式进行阐述。12. 操作(或使用说明按照控制要求调试通过的程序

13、,可以交付操作者使用。但是操作者如何按照工艺要求进行操作、正常操作的步骤、非正常操作(或者误操作的影响、紧急情况下的处理等,都需要在操作说明中进行阐述。13. 结束语结束语是对本课程实训报告的简要总结,通过设计获得了什么样的成果、有哪些创新点、有什么样的应用和推广意义。14.主要参考文献在设计过程中主要参考了那些文献,要注意参考文献的书写格式。15.附录附录是附在实训报告正文后的有关材料,包括完成控制任务的全部控制程序、所有工程图纸及其他的辅助说明材料。2 可编程控制器控制系统总体设计可编程控制器由于其应用方便性能可靠,被大量应用于各个行业 各个领域。随着可编程控制器功能的不断扩展与增强,它已

14、经从完成复杂的顺序逻辑控制的继电器控制柜的替代物,逐渐进入到过程控制和闭环控制等各个领域,它所能控制的系统越来越复杂,控制规模越来越宏大。因此,如何应用可编程控制器完成实际控制系统的应用设计,是每个从事电气自动化控制技术人员所面临的实际问题。然而,由于可编程控制器应用场合、控制规模、使用经验等诸多方面的不同,目前还没有一个固定的设计模式。尽管如此,还是可以根据可编程控制器的工作特点和以往的经验,提出PLC控制系统设计应当遵循的基本原则和一般的设计步骤,以及实际应用时的注意事项。可编程控制器的一个重要特点就是,一旦选择好机型后,就可以同步进行系统设计和现场施工。因此,在了解了PLC的基本工作原理

15、及掌握该机型的指令系统和编程原则后,就可以把PLC应用于实际的项目中。当采用PLC构成一个实际的控制系统时,这种系统的设计就是PLC的应用设计。2.1可编程控制器控制系统设计的基本原则任何一个电气控制系统所要完成的控制任务,都是为了满足被控对象(生产控制设备、自动化生产线、生产工艺过程等提出的各项性能指标,最大限度的提高劳动生产率,保证产品质量,减轻劳动强度和危害程度,提高自动化水平。因此,在设计PLC控制系统时,应遵循如下几个基本原则。1. 最大限度地满足被控对象提出的各项性能指标为明确控制任务和控制系统应有的功能,设计人员在进行设计前,就应深入现场进行调查研究,搜索资料,与机械部分的设计人

16、员和实际操作人员密切配合,共同拟定电气控制方案,以便协同解决在设计过程中出现的各种问题。2.确保控制系统的安全可靠电气控制系统的可靠性就是生命线,不能安全可靠工作地电气控制系统,是不可能长期投入生产运行的。尤其是在以提高产品数量和质量,保证生产安全为目标的应用场合,必须将可靠性放在首位,甚至构成冗余控制系统。3.力求控制系统简单在能够满足控制要求和保证可靠工作的前提下,应力求控制系统构成简单。只有构成简单的控制系统才具有经济性、实用性的特点,才能做到使用方便和维护容易。4.留有适当的裕量考虑到生产规模的扩大、生产工艺的改进、控制任务的增加及维护方便的需要,要充分利用PLC易于扩充地特点,在选择

17、PLC地容量(包括存储器地容量、机架插槽数、I/O点的数量等时,应留有适当的裕量。2.2 PLC控制系统设计的主要内容在进行PLC控制系统设计时,尽管有着不同的被控对象和设计任务,设计内容可能有着不同的被控对象和设计任务,设计内容可能涉及诸多方面,又需要与大量的现场输入输出设备相连接,但是基本内容应包括以下几个方面。1.明确设计任务和技术条件设计任务和技术条件一般以设计任务书的方式给出,在设计任务书中,应明确各项设计要求、约束条件及控制方式。因此设计任务书是整个系统设计的依据。2.确定用户输入设备和输出设备在构成PLC控制系统时,除了作为控制器的PLC,用户的输入/输出设备是进行机型选择和软件

18、设计的依据。因此,要明确输入设备的类型(如控制按钮、行程开关、操作开关、检测元件、保护器件、传感器等和数量,输出设备的类型(如信号灯、接触器、继电器等执行元件和数量,以及由输出设备驱动的负载(如电动机、电磁阀等,并进行分类、汇总。3.选择可编程控制器的机型可编程控制器是整个控制系统的核心部件,正确、合理地选择机型对于保证整个系统的技术经济性能指标起着重要的作用。PLC的选型应包括机型的选择、存储器容量的选择、I/O模板的选择等。4.分配I/O地址,绘制I/O接线图通过对用户输入/输出设备的分析、分类和整理,进行相应的I/O地址分配,并据此绘制I/O接线图。至此,基本完成了PLC控制系统的硬件设

19、计。5.设计控制程序根据控制人物、所选择的机型及I/O接线图,一般采用梯形图语言设计系统的控制程序。设计控制程序就是设计应用软件,这对于保证整个系统安全可靠的运行至关重要,必须经过反复调试,使之满足控制要求。6.必要时设计非标准设备在进行设备选型时,应尽量选用标准设备。如果无标准设备可选,还可能需要设计操作台、控制柜、模拟显示屏等非标准设备。7.编程控制系统的技术文件在设计任务完成后,要编制系统的技术文件。技术文件一般应包括设计所明书、使用说明书、I/O接线图和控制程序(如梯形图等。2.3可编程控制器控制系统设计的一般步骤用可编程控制器进行控制系统设计的一般步骤可以参考图1-1所示的框图。1.

20、评估控制任务随着PLC功能的不断完善,几乎可以用PLC完成所有的工业控制任务。但是,是否选择PLC控制系统,应根据该系统所需完成的控制任务,对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析。所以在设计前,应该首先把PLC控制与其他控制方式,主要是与继电器控制和微机控制加以比较,特别要从以下几方面给予考虑。1控制规模一个控制系统的控制规模可用该系统的输入/输出设备总数来衡量,当控制规模较大时,特别是开关量控制的输入/输出设备较多且联锁控制较多时,最适合采用PLC控制。2工艺复杂程度当工艺要求较复杂时,用继电器控制系统极不方便,而且造价也相应增加,甚至会超过采用PLC控制的成本。因此,采用PLC控制将有更大

21、的优越性。特别是如果工艺流程要求经常变动或控制系统有扩充功能的要求时,则只能采用PLC控制。3可靠性要求虽然有些系统不太复杂,但其对可靠性、抗干扰能力要求较高时,也需采用PLC控制。在20世纪70年代,一般认为I/O点数在70点左右时,可考虑PLC控制;到了20世纪80年代,一般认为I/O点数在40点左右就可以采用PLC控制;目前,由于PLC性价比的提高,当I/O点数在20点左右时,就趋向于选择PLC控制。4数据处理程度当数据的统计、计算等规模较大,需很大的存储器容量,且要求很高的运算速度时,可考虑采用微机控制;如果数据处理程度较低,而主要以工业过程控制为主时,采用PLC控制将非常适宜。 图1

22、-1PLC应用设计步骤一般说来,在控制对象的工业环境较差,而安全性、可靠性的要求有很高的场合;在系统工艺复杂,输入/输出以开关量为主,而用常规继电器控制难以实现的场合;特别对于那些工艺流程经常变化的场合,可以采用低档次的可编程控制器。对于那些既有开关量I/O,又有模拟量I/O的控制对象,就要选择中档次的具有模拟量输入/输出的可编程控制器,采用集中控制方案。对于那些除了上述控制要求外,还要完成闭环控制,且有网络功能要求的场合,就需要选用高档次的、具有通信功能和其他特殊控制功能要求的可编程控制器,构成集散监控系统,用上位机对系统进行统一管理,用PLC进行分散控制。2.PLC的选型选择适当型号的PL

23、C是设计中至关重要的一步。目前,国内外PLC生产厂家生产的PLC 品种已达数百个,其性能各有特点,价格也不尽相同。所以,在设计时,首先要根据机型统一的原则来考虑,尽可能考虑采用与本企业正在使用的同系列的PLC,以便于学习、掌握和维护的方便,且可减少编程器的投资。在此基础上还要充分考虑下面因素,以便选择最佳型号的PLC。1I/O设备的数量和性质在选择PLC时,首先应对系统要求的输入/输出有详细的了解,即输入量有多少,输出量就有多少,哪些是开关(或数字量,哪些是模拟量,对于数字型输出量还应了解负载的性质,以选择合适的输出形式(继电器型、晶体管型、双向可控硅型。在确定了PLC的控制规模后,还要考虑一

24、定的裕量,以适应工艺流程的变动及系统功能的扩充,一般可按10%15%的裕量来考虑。另外,还要考虑PLC的结构,从I/O点数的搭配上加以分析,决定选择整体式还是模块式的PLC。再确定了PLC的输入量和输出量的点数及性质后,就可以进一步确定各种I/O模板的型号和数量。开关量I/O模板的规格标准由4、8、16、32、64点,点数多的模板,每点平均价格相对较低。对开关量I/O模板的外部接线方式可分为隔离式和汇点式,隔离式的每点平均价格较高。如果信号之间不需要隔离,应选用汇点式的I/O模板。在整体式PLC中,各个I/O 端也有隔离式和汇点式之分,以满足不同电压等级的输入/输出器件的需要。如何合理地确定系

25、统的I/O点数,可以按照表1-1进行估算。表1-1 典型电气传动设备及常用电气元件所需的I/O点数 序号 电气设备、元件 输入点数输出点数 I/O点数1 单向运行的交流笼型电机 4 1 52 可逆运行的交流笼型电机 5 2 73 Y-D启动的交流笼型电机4 3 74 单向运行的变极电动机5 3 85 可逆运行的变极电动机6 4 106 单向运行的直流电动机 9 6 157 可逆运行的直流电动机 12 8 208 单线圈电磁阀 2 1 39 双线圈电磁阀 3 2 510 比例阀 3 2 511 按钮开关 1 112 光电管开关 2 213 信号灯 1 114 拨码开关 4 415 三挡波段开关

26、3 316 行程开关 1 117 接近开关 1 118 电磁抱闸 1 119 风机 1 120 位置开关 2 2以可逆运行的交流笼型电机为例:输入信号需要有正向启动按钮、反相启动按钮、停止按钮及正、反向联锁的接触器反馈信号(将正、反向接触器的输出信号都反馈到PLC的输入端,这样可以提高系统控制的可靠性,需要占用PLC的5个输入点。输出信号为正、反向接触器的线圈,需要占用PLC的2个输出点。2PLC的功能要根据该系统的控制过程和控制规律,确定PLC应具有的功能。各个系列不同规格的PLC 所具有的功能并不完全相同。如有些小型PLC只有开关量的逻辑控制功能,而不具备数据处理和模拟量处理功能。当某个系

27、统还要求进行位置控制、温度控制、PID控制等闭环控制时,应考虑采用模板式PLC,并选择相应的特殊功能的I/O模块,否则这些算法都用PLC的梯形图设计,一方面编程困难,另一方面也占用了大量的程序空间。另外,还应考虑PLC的运算速度,特别是当使用模拟量控制和高速计数器等功能时,应弄清楚PLC的最高工作频率是否满足要求。3用户程序存储器的容量合理确定PLC的用户程序存储器的容量,是PLC应用设计及选型中不可缺少的环节。一般说来,用户程序存储器的内存容量与内存利用率、开关量I/O点数、模拟量I/O点数及设计者的编程水平有关。(1内存利用率。用户程序通过编程器输入到PLC中,最终是以机器语言的形式存放在

28、内存中。同样的程序,因机型不同,转换成机器语言存放时所需要的内存容量不同。所需要的内存容量越少,则内存利用率越高,还可降低内存投资,缩短程序扫描周期,从而提高响应速度。(2开关量I/O点数。可编程控制器开关量I/O点数是估算所需要内存的重要依据,一般可根据下式进行估算所需内存字数=开关量I/O点数*10(3模拟量I/O点数。具有模拟量控制的系统,要用到数字传送和运算功能指令,这些指令的内存利用率很低,转换成机器语言后,将占用大量的内存。在只有模拟量输入的系统中,一般要对模拟量进行读入、数字滤波、传送和比较运算。在模拟量输入/输出同时存在的情况下,通常采用闭环控制,就要进行较复杂的运算,因此所占

29、用内存要比只有模拟量输入时大得多。在模拟量处理中,常常把模拟量输入、模拟量输出、数字滤波等编成子程序使用,这将所占用的内存大大减少。特别是在模拟量路数比较多时,每一模拟量所需要的内存容量会明显减少。一般情况下的经验公式只有模拟量输入时:内存字数=模拟量点数*100在模拟量输入和模拟量输出同时存在时:内存字数=模拟量点数*200这些经验公式的适用范围:模拟量点数为10点左右。当点数大于10时,内存估计值可适当减少,当点数小于10时,内存估计值可适当加大。(4编程水平。用户编写的程序优劣对程序长短和运行时间都有较大影响,对于同样的系统,不同的设计者编写的程序亦有很大差距。一般对于初编者,应为内存多

30、留一些裕量,而对于有经验者,可少留一些裕量。综上所述,推荐一个更简单的估算公式内存字数=(开关量I/O点数+模拟量I/O点数*16*10式中,每个模拟量通道(或I/O点相当于16个开关量I/O点。在此基础上,可考虑留有20%25%的裕量。对于工艺比较复杂的系统,应适当增加存储器的容量,否则,当控制较复杂、数据处理量大时,可能出现存储器容量不够的问题。2.4 PLC控制系统的系统设计可编程控制器控制系统的系统设计包括硬件设计和软件设计。1.硬件设计PLC控制系统的硬件设计是指PLC外部设备的设计。在硬件设计中,要进行输入设备的选择(如操作按钮、开关及计量保护的输入信号等、执行元件(如接触器的线圈

31、、电磁阀线圈、指示灯等的选择及控制台、柜的设计。要对PLC输入/输出地址进行分配,在进行I/O 地址分配时,应做出I/O地址分配表,表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能,应尽量将相同类型的信号、相同电压等级的信号排在一起,以便于施工。对于较大的控制系统,为便于软件设计,可根据工艺流程,将所需要的计数器、定时器及辅助继电器也进行相应的分配。PLC硬件设计的最后一个步骤是:根据I/O地址表,绘制完整、详尽的I/O接线图。2.软件设计PLC控制系统的软件就是编写用户的控制程序,这是PLC控制系统设计中工作量最大的部分。软件设计的主要内容一般包括:.存储器空间的分配;.专用寄存器的确定;.系统初

32、始化程序设计;.各个功能块子程序的编制;.主程序的编制及调试;.故障应急措施;.其他辅助程序的设计。对于电气技术人员来说,编写用户的控制程序就是设计梯形图程序,可以采用逻辑设计法或经验设计法。对于控制规模比较大的系统,可根据工艺流程图,将整个流程分解为若干步,确定每一步的转换条件,配合分支、循环、跳转及某些特殊功能,便可很容易地转换为梯形图设计。对于传统的继电器控制线路的改造,则可根据原系统的继电器控制线路图,将某些桥式电路进行改造后,就可以很容易地依照梯形图的编程规则,直接转化为梯形图。这种方法设计周期短,修改调试程序简易方便。软件设计可以与现场施工同步进行,即在硬件设计完成以后,同时进行软

33、件设计和现场施工,以缩短施工周期。2.5 PLC控制系统的可靠性设计PLC控制系统的可靠性设计主要包括供电系统设计、接地设计和冗余设计。1.PLC供电系统设计通常所说的PLC供电系统设计是指CPU工作电源、I/O模板工作电源的设计。1CPU工作电源的设计可编程控制器一般都使用市电(交流220V,50Hz,电网的冲击、频率的波动将对控制系统产生一定的干扰,直接影响到控制系统的精度和可靠性。在CPU工作电源的设计中,一般可采取隔离变压器、交流稳压器、UPS电源、晶体管开关电源等措施。PLC的电源模板可能包括多种输入电压:220V AC、110V AC和24V DC,而CPU电源模板所需要的工作电源

34、一般是5V直流电源,。在实际应用中要注意电源模板输入电压的选择。在选择电源模板的输出功率时,要保证其输出功率大于CPU模板、所有I/0模板及各种智能模板总的消耗功率,并且要考虑30%左右的裕量。当一个电源模板同时为主机和扩展机供电时,要保证从主机到最远一个扩展机的线路压降小于0.25V。2I/O模板工作电源的设计I/O模板工作电源是为系统中的传感器、执行机构、各种负载与I/O模板之间的供电电源。在实际应用中,基本上都是采用24V直流供电电源或者220V交流供电电源。由于在各个I/O模板上一般不安装电源开关,为了安装、调试和维护的方便,各个模板的供电线路上要设立单独的开关。2.接地设计接地设计有

35、两个目的:消除各个支路电流流经公共地线阻抗时所产生的噪声电压;避免磁场与电位差的影响。在电气控制系统中,接地是抑制干扰、使系统可靠工作的主要方法。对接地的一般要求是:(1接地电阻在要求范围内,对于PLC控制系统,接地电阻要小于4;(2要保证足够的机械强度;(3要具有耐腐蚀的能力并做防腐处理;(4在整个工厂中,PLC控制系统要单独设计接地。3.冗余设计冗余设计是指在系统中人为地设计某些“多余”的部分。冗余配置代表PLC适应特殊需要的能力,是高性能PLC的体现。冗余设计的目的是在PLC已经可靠工作的基础上,再进一步提高其可靠性,减少出现故障的概率,减少出现故障后修复的时间。冗余设计主要有以下几种形

36、式。(1 冷备份冗余设计。对于容易出现故障的模板,多购一套或若干套放在库房中备份。(2 热备份冗余设计。对于比较重要的场合,冗余的模板在线工作,只是不参与控制。一旦正在参与控制的模板出现故障,它可自动接替工作,系统可不受停机损失。(3 表决系统冗余配置。在特别或者非常重要的场合,为了做到万无一失,可配置成表决系统。多套模板同时工作,其输出依照少数服从多数的原则裁决。2.6 系统调试当PLC控制系统的软件设计完成之后,应首先在实验室进行模拟调试,看是否符合工艺要求。当控制规模较小时,模拟调试可以根据所选机型,外接适当数量的输入开关作为模拟输入信号,通过输出端子的发光二极管,可观察PLC的输出是否

37、满足要求。对于一个较大的可编程控制器控制系统,程序调试一般需要经过单元测试、总体实验室联调和现场联机统调等几个步骤。对于PLC软件而言,前两步的调试具有十分重要的意义。1.实验室模拟调试与一般的过程调试不同,PLC控制系统的程序调试需要大量的过程I/O信号方能进行。但是在程序的前两步调试阶段,大量的现场信号不能接入到PLC的输入模板。因此,要靠现场的实际信号去检查程序的正确性通常是不可能的。只能采用模拟调试法,这是在实践中最常用、也是最有效的调试方法。在进行PLC控制系统的程序调试时,所需要的信息可分为3类: 程序运算中产生的; 操作人员输入的; 现场实际状态返回的。在控制程序的实验室联调阶段

38、,前两类信息一般没有问题,只有第三类信息不容易解决。模拟调试法的基本思想是:模拟发生第三类信号,为程序的调试创造出最大限度接近现场实际情况的环境。模拟方法主要有两种。1硬件模拟法这种方法通常用于PLC的I/O点数裕量不大,内存较为紧张的场合。此时还需要一些设备,如用另一台PLC来模拟现场发生的信号,并将这些信号以硬连线的方式接到用于控制的PLC的输入模板中去。2 软件模拟法这种方法适用于PLC的点数和内存均有一定裕量的场合。这时不需要另外附加设备,只需要另外编写一套模拟软件,简便、实用、易行。采用软件模拟法,在PLC中要同时运行两套程序:一套是控制程序,另一套是模拟程序。模拟程序的编写,应尽可

39、能符合现场的实际情况,但是在响应速度上,通常可以大大加快。要使模拟程序的计算结果取代控制程序中的第三类信号,常常采用变量置换的方法和条件并联的方法。变量置换的基本做法是:用模拟程序计算结果的变量名,置换控制程序中相应的第三类输入信号的变量名,待程序调试结束后再行恢复。并联条件的基本做法是:将模拟程序的计算结果同相应的第三类输入信号相“或”后并联使用,待程序调试结束后再将并联条件删去。2.现场联机统调当现场施工和软件设计都完成以后,就可以进行现场联机统调了。在统调时,一般应首先屏蔽外部输出,再利用编程器的监控功能,采用分段分级调试方法,通过运行检查外部输入量是否无误,然后再利用PLC的强迫置位/

40、复位功能逐个运行输出部件。具体调试过程简述如下。1做好调试准备拔出全部模板,主机及所有各I/O站的电源开关处于“OFF”位置,检查交流220/110V 切换开关或跨接线是否正确。MCC盘、继电器柜等直接有关设备已经通电检查完毕,全部电源开关处于切断状态。2主机系统通电检查各个状态指示灯及风扇的运行情况。3编程器联机调试编程器与主机正确连接后通电,检查显示、风扇及装载磁带、磁盘的功能。进行初始化操作,清内存,装入磁带或磁盘。用编程器对主机进行启动、停止操作,然后进行编程操作试验。4PLC系统组态配置调整(1 PLC各低压电源通电,MCC盘操作电源通电。检查各模板端子上是否有高压存在,这时不能插入

41、模板,如有问题立即解决。(2 各PLC柜接通本身电源,检查电压与极性;电源模板通电检查。(3 将I/O站通信模板插入机架并进行检查。(4 对各站模板逐一组态配置并检查。5I/O模板调试(1数字量模板。测量数字量输入模板,只要利用模板端子上的电源接线端,逐一短接各个输入端子,检查输入点LED指示及从编程器上看该点状态即可。测试数字量输出模板时,利用编程器强置各个输出点为ON,或编一段简单程序给各个输出点位置,检查各个输出点LED指示和输出电压。(2模拟量模板。测试模拟量输入模板时,用一个电压源或电流源作为信号,用电位器分压或分流,提供模拟量输入信号,用电压表或电流表测出输入端信号,然后与PLC内

42、数字信号进行换算比较,以检查精度。测试模拟量输出模板时,用编程器给出0点、中点、满数字,实际测量输出电流和电压。6PLC系统与操作台、模拟屏、MCC盘的联调(1 逐个操作操作台上的按钮、开关,检查输入信号。(2 逐个给MCC盘、继电器盘上的继电器、接触器通电,检查连到PLC的输入信号。(3 通过PLC的输出信号来驱动模拟屏的信号灯,进行逐点检查。此时应尽量按设备分组进行调试。注意,必须切断主电路。7PLC与现场输入设备和传动设备的联调某些现场信号,如行程开关、接近开关的信号,需人工在现场给出模拟信号,在PLC侧检查。给PLC提供信号的专用仪表,如料位计,数码开关、模拟量仪表等,也要从信号端给出

43、模拟信号,在PLC侧检查。用模拟量输出信号驱动电气传动装置的,要专门进行联调,以检查PLC模板的负载能力和控制精度。8用调试程序进行系统静调系统静调是在MCC系统和现场设备未投入或完全投入运行的情况下,模拟整个生产过程的控制,主要是为了调试、完善应用软件。为了模拟生产过程,需要对应用软件做必要的临时改动,以变成可连续进行的调试程序。PLC控制技术实验与实训讲义调试程序应尽量保持应用程序的原貌,否则就失去了调试意义,但是必须要变动一部分,主要是:(1用时间来模拟现场设备实际动作行程,如开命令发出后,延迟得到的开到位信号。(2对随时间变化的变化量,如秤斗装料放料过程,可用定时器发出空或满信号的方法

44、来模拟。(3由于程序中有大量的信号联锁,如开甲门要求乙门关到位、丙门开到位等,要求调试程序中的模拟信号具有自保持性质,即定时驱动一个自保持线圈或定时后使一个寄存器置位等,一直等到相反驱动命令来时才复位。(4许多操作台输入命令的开关信号还带有一系列硬件联锁,这时要适当短接一些联锁,以保证输入命令有效。(5用内部时钟或定时器产生料流模拟。用调试程序使生产过程在模拟屏上得到模拟,主要是利用定时功能取代实际变化信号,应用程序主体没有动,所以通过这种模拟调试,应用程序基本得到了验证,命令输入和模拟显示系统都得到了调试。9系统空操作调试MCC盘上主电路不送电,而操作回路给电,在操作台上(包括就地操作台进行

45、就地手动、自动各种操作,检查继电器、接触器的动作情况,这种调试称为空操作试验,此时应用程序全部投入。由于这时机电设备没有运转,一部分硬件联锁条件不能满足,需要临时短接处理。10空载单机调试逐个给单机主回路送电,进行就地手动试车,主要是配合机械调试,同时调整转向、行程开关、接近开关、编码设备、定位等。要仔细调整应用程序,以实现各项控制指标,如定位精度、动作时间、速度响应等。11空载联动试车尽可能把全系统所有设备都纳入空载联调,这时应使用实际的应用程序,但某些在空载时无法得到的信号仍然需要模拟,如料斗装料放料信号、料流信号等,可用时间程序产生。空载联调时,局部或系统的手动/自动/就地切换功能、控制

46、功能、各种工作制的执行、电气传动设备的综合控制特性、系统的抗干扰性、对电源电压的动态和瞬时断电的适应性等主要性能,都应得到检查。空载联调应保证有足够的时间,很多接口中的问题往往这时才能暴露出来。12实际热负载试车热负载试车尽量采取间断方式,即试车-处理-再试车,这是PLC系统硬件、软件的考验、完善阶段。要随时复制程序,随时修改图样,一直到正式投产。2.7 程序存储及归档系统调试完成以后,为防止因干扰、锂电池变化等原因使RAM中的用户程序遭到破坏和丢失,可用磁带或磁盘将程序保存起来;或通过EPROM写入器将程序固化到EPROM或EEPROM中;也可以用打印机将梯形图程序或指令语句表等用户程序打印

47、出来。把它们作为原始的基础资料,连同其他技术文件一并存档。3 西门子S7-300实验台简介一、MC4001说明1、DC24V直流电源模块图片: 2、模块功能介绍:1.图中左边的“L”和“N”是电源模块的电源输入(AC220V。2.FU是输入电源的熔断器,下面黑色的是总电源开关。3.图中的“1L+”和“2L+”是电源的DC24V输出;“1L+”为输入设备供电,“2L+”为输出设备供电。4.上面的红色按钮为急停开关,一般在紧急情况下使用,平时请使用电源总开关。5.右边的”L”和”N”是AC220V电源的输出,可供为其它设备供电。6.下面的M为负极,如果连接不好DC24V无法使用。3、产品参数规格:

48、尺寸:200 X 300(mm输入电压:AC220V输出电压:DC24V X 2输出电流:Max:3A X 2二、MC04002说明1、S7-300 PLC实验模块图片:2、模块功能介绍:1.PLC单元从左到右排列依次为电源模块PS307(5A,CPU模块CPU315F-2 PN/DP,16DI/16DO数字量输入输出模块SM323,4AI/2AO模拟量输入输出模块SM334,以太网交换机,此外还有固定PLC单元的480mm导轨. 2.上面的“1L+”和“2L+”为DC24V正极,“1L+”为输入设备供电电源,“2L+”为输出设备供电电源。3.下面的“M”为“1L+”和“2L+”公用的负极,如

49、果连接不好DC24V无法使用。4.数字量输入单元为“DI x16 DC24V”,标有“I0.0I0.7”,“I1.0I1.7”为PLC的输入地址。5.端子“COM”为输入单元的公共端,接“1L+”。6.数字量输入单元为“DI x16 DC24V”,标有“I2.0I2.7”,“I3.0I3.7”为PLC的输入地址。现为空脚,用作扩展。7.数字量输出单元为“DO x16 DC24V”,标有“Q0.0Q0.7”,“Q1.0Q1.7”为PLC的输出地址。端子“COM1”为输出单元的公共端,接“M”。8.数字量输出单元为“DO x16 DC24V”,标有“Q2.0Q2.7”,“Q3.0Q3.7”为PLC

50、的输出地址,现为空脚,用作扩展。9.模拟量输入单元为“4AI x 8bit”,标有“CH0,CH1,CH2,CH3”的部分,其精度为8位,输入测量范围为010V或020mA。10.模拟量输入单元为“4AI x 8bit”, 标有“CH4,CH5,CH6,CH7” 的部分上的端子为空脚,用作扩展。11.模拟量输出单元为“2AO x 8bit”,标有“CH0,CH1”的部分,其精度为8位,输出范围为010V 或020mA。12. 模拟量输出单元为“2AO x 8bit”,标有“CH2,CH3”的部分上的端子为空脚,用作扩展。三、MC4006说明1、 数字量输入模块II 图片2、 模块功能介绍1.上

51、面的“1L+”和“2L+”为DC24V 正极,“1L+”为输入设备供电电源,“2L+”为输出设备供电电源。a 下面的“M”为“1L+”和“2L+”公用的负极,如果连接不好DC24V 无法使用。 b S1S8为8只扭子开关ON 为开,OFF 为关,每只开关上的两个黑色端子为开关的触点引出端。3、 产品参数规格尺寸 :100 X 300(mm 开关 :S1-S8 四、MC4007说明1、 数字量输出模块I 图片2、模块功能介绍1.上面的“1L+”和“2L+”为DC24V 正极,“1L+”为输入设备供电电源,“2L+”为输出设备供电电源。a 下面的“M”为“1L+”和“2L+”公用的负极,如果连接不

52、好DC24V 无法使用。 b L1L8为8只发光二极管,每只发光二极管上的两个黑色端子为触点引出端。3、产品参数规格尺寸 :100 X 300(mm发光二极管 :L1L8 五、 MC4008说明1、模拟量输入模块图片: 2、 模块功能介绍:1.上面的“1L+”和“2L+”为DC24V,“1L+”为输入设备供电,“2L+”为输出设备供电。2.10K 电位器为模拟量为电压信号输入(010V。2.RTD 为热电阻,右边三个端口接热电阻,左边三个端口输出。3.T/C 为热电偶,右边两个端子为输入,红色的+,黑色的-,左边两个为输出。4.下面的“M”为负极,如果连接不好DC24V 无法使用。3、产品参数

53、规格尺寸:100 X 300(mm输出可调:10K 多圈RTD :一路输入,一路输出T/C :一路输入,一路输出六 MC4009说明1、 模拟量输出模块图片见上图:2、 模块功能介绍:1. 上面的“1L+”和“2L+”为DC24V,“1L+”为输入设备供电,“2L+”为输出设备供电。2. “M1”为指针电压表,量程为DC30V,左边两个端子为“+”,右边两个端子为“”。3. “M2”为数字电压表,量程为DC20V,左边两个端子为“+”,右边两个端子为“”。4. 下面的“M”为负极,如果连接不好DC24V 无法使用。3、产品参数规格:尺寸:100 X 300(mm M1 :DC30V 指针电压表

54、 M2 :DC20V 数字电压表七、MC2001E 说明1、 三相电源控制模块图片 2、 模块功能介绍1. 图中四个插孔“L1 L2 L3”为三相交流电压380V输出,“N”为零线,中间三个红色的是相电源指示灯。2. 中间是三相空气开关加三相漏电保护器。3. 下面为三相熔断器。4. 最下面两个黄绿色的端子PE 安全地,3、 产品参数规格尺寸:200 X 300(mm;输入电压:三相五线AC380V; 输出电压:三相五线AC380V八、MC4010说明1. 交流单相电源插座模块图片见上图:2. 模块功能介绍:1.左上角的“L1, L2, L3”和“N”是三相电源的输入。2.中间两个白色的五孔插座

55、输出为AC220V,此插座可以为电脑,示波器等设备或工具供电。3.下面黄色的两个端子接地端子。3. 产品参数规格:尺 寸:100 X 300(mm输入电压:AC380V输出电压:AC220V九、MC1004C说明1.交流接触器模块图片: 2.模块功能介绍1. 图中左上角四个插孔“L1 L2 L3”为三相380V交流电压,“N”为零线。2. 左下角的“1-6”为三相交流接触器的主触点,将三相电送入交流接触器的1、3、5脚,当交流接触器吸合,三相电就送到2、4、6脚。3. A1和A2为交流接触器的控制电源,直流24V。4. 右下角的四组触点为辅助触点,两路常开,两路常闭。5. 下面黄色的两个端子为

56、接地端。3.产品参数规格尺 寸:200 X 300(mm输入电压:AC380V(三相四线输出功率:AC380V控制电压:DC24V十、运料小车模块1、运料小车图片:2、产品参数规格:输入输出电压:DC 24V输入输出电流:<0.5A 3、功能介绍:1.DI 开关量输入信号:FWD:前进按钮(小车向右方向 REV:后退按钮(小车向左方向 STOP:停止按钮E:小车原始位置限位开关; F:卸料处限位开关;G:装料处限位开关; H:清洗处限位开关; 2.DO 开关量输出信号:A:小车原始位置指示灯, B:卸料处指示灯, C:装料处指示灯, D:清洗处指示灯, M:小车向前指示灯, N:小车向后指示灯十一、机械手模块1、机械手图片: 12、产品参数规格: 输入输出电压:DC 24V 输入输出电流:<0.5A3、功能介绍:1.DI 开关量输入信号:LS1:A 缸缩回限位开关, LS2: A 缸伸出限位开关, LS3:B 缸下降限位开关 LS4: B 缸上升限位开关 LS5:输送带限位开关