PLC控制系统的硬件设计

1、1PLCPLC控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计25.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 设计以设计以PLCPLC为核心的控制系统，要考虑：为核心的控制系统，要考虑：1 1、设备的正常运行；、设备的正常运行；2 2、合理、有效的资金投入；、合理、有效的资金投入；3 3、在满足可靠性和经济性的前提下，具有一定的先进性，、在满足可靠性和经济性的前提下，具有一定的先进性，能根据生产工艺的变化扩展部分功能。能根据生产工艺的变化扩展部分功能。35.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 一、控制系统的设计步骤一、控制系统的设计步骤

2、1 1、分析被控对象、明确控制要求、分析被控对象、明确控制要求2 2、制定电气控制方案、制定电气控制方案3 3、确定输入、确定输入/ /输出设备及信号特点输出设备及信号特点4 4、选择可编程控制器、选择可编程控制器5 5、分配输入、分配输入/ /输出点地址输出点地址6 6、设计电气线路、设计电气线路7 7、设计控制程序、设计控制程序8 8、调试（包括模拟调试和联机调试）、调试（包括模拟调试和联机调试）9 9、技术文件整理、技术文件整理45.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 一、控制系统的设计步骤一、控制系统的设计步骤 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点

3、，了解被详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLCPLC控制控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。 根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与执行器等），从而确定与PLCPLC有关的输入有关

4、的输入/ /输出设备，以输出设备，以确定确定PLCPLC的的I/OI/O点数。点数。55.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 一、控制系统的设计步骤一、控制系统的设计步骤 PLC PLC选择包括对选择包括对PLCPLC的机型、容量、的机型、容量、I/OI/O模块、电源等的模块、电源等的选择。选择。 分配分配I/OI/O点：画出点：画出PLCPLC的的I/OI/O点与输入点与输入/ /输出设备的连接输出设备的连接图或对应关系表。图或对应关系表。 PLC PLC外围硬件线路：画出系统其它部分的电气线路图，外围硬件线路：画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和

5、未进入包括主电路和未进入PLCPLC的控制电路等。的控制电路等。 由由PLCPLC的的I/OI/O连接图和连接图和PLCPLC外围电气线路图组成系统的电外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。65.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 一、控制系统的设计步骤一、控制系统的设计步骤 程序设计：程序设计：1 1）控制程序；）控制程序；2 2）初始化程序；）初始化程序；3 3）检测、故）检测、故障诊断和显示等程序；障诊断和显示等程序；4 4）保护和连锁程序。）保护和连锁程序。 模拟调试：

6、根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬模拟调试：根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。件模拟法和软件模拟法两种形式。 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图；设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图； 设计系统各部分之间的电气互连图；设计系统各部分之间的电气互连图； 根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。 由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLCPLC控制系统控制系统的设计周期可大大缩短。的设计周期可大大缩短。75.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统

7、的设计步骤和PLCPLC选型选型 一、控制系统的设计步骤一、控制系统的设计步骤 联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从机调试过程应循序渐进，从PLCPLC只连接输入设备、再连接输出设只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。 全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作

8、正常、程序不需要修改，应将程序固化到作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROMEPROM中，以防程序中，以防程序丢失。丢失。 技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、元件明细表、PLCPLC程序以及使用说明书等。程序以及使用说明书等。85.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 二、可编程控制器的选择二、可编程控制器的选择 随着随着PLCPLC技术的发展，技术的发展，PLCPLC产品的种类也越来越多。不同产品的种类也越来越多。不同型号的型号的PLCPLC，其结构形式、性能、容量、

9、指令系统、编程方其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。 因此，合理选用因此，合理选用PLCPLC，对于提高对于提高PLCPLC控制系统的技术经济控制系统的技术经济指标有着重要意义。指标有着重要意义。 PLC PLC的选择主要应从的选择主要应从等方面加以综合考虑。等方面加以综合考虑。 95.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 1 1、可编程控制器的机型选择、可编程控制器的机型选择 PLC机型选择的机型选择的基本原则基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提是在满

10、足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点： PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。主要有整体式和模块式两种结构型式。 安装方式有集中式、远程安装方式有集中式、远程IO式以及多台式以及多台PLC联网的分布式。联网的分布式。 对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统 便于备品备件的采购和管理；有利于技术力量的培训和技术水平的提高，便于备品备件的采购和管理；有利于技术力量的培训和技术水平的提高，外部设备通用，资源可共享，易于联网通

11、信。外部设备通用，资源可共享，易于联网通信。105.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 2 2、指令系统的选择、指令系统的选择1）总指令数）总指令数2）指令种类）指令种类3）表达方式）表达方式4）编程工具）编程工具115.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 3 3、I/OI/O模块的选择模块的选择 1）输入信号的类型及电压等级）输入信号的类型及电压等级 有有三种类型。选择时主要三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。根据现场输入信号和周围环境因素等。 模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开模块的

12、延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；关等电子输入设备连接； 模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境。模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境。 开关量输入模块的开关量输入模块的有：直流有：直流5、12、24、48、60等；交流等；交流110、220等。等。 。 一般一般5、12、24用于传输距离较近场合，如用于传输距离较近场合，如5输入模块最输入模块最远不得超过米。距离较远的应选用输入电压等级较高的。远不得超过米。距离较远的应选用输入电压等级较高的。125.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 3 3、I/OI/O模块的选择

13、模块的选择 2）输入接线方式）输入接线方式 主要有两种接线方式 135.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 3 3、I/OI/O模块的选择模块的选择 3）注意同时接通的输入点数量）注意同时接通的输入点数量 对于选用高密度的输入模块对于选用高密度的输入模块(如如30点、点、40点等点等)，应考虑该模块同时，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的接通的点数一般不要超过输入点数的60。 4）输入门槛电平）输入门槛电平 门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。说明书。1

14、45.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 3 3、I/OI/O模块的选择模块的选择 1）输出方式）输出方式 开关量输出模块有开关量输出模块有三种方三种方式：式： ：价格便宜，可以驱动交、直流负载，适用的电压大：价格便宜，可以驱动交、直流负载，适用的电压大小范围较宽、导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但小范围较宽、导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不超过动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不超过1HZ）、）、寿命寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。较短、可靠性较差，只能适

15、用于不频繁通断的场合。 对于频繁通断的负载，应该选用对于频繁通断的负载，应该选用或或，它们，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。能用于直流负载。 155.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 3 3、I/OI/O模块的选择模块的选择 2）输出接线方式）输出接线方式 开关量输出模块主要有两种接线方式165.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 3 3、I/OI/O模块的选择模块的选择 3）驱动能力）驱动能力 应根据实际输出

16、设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，。 4）注意同时接通的输出点数量）注意同时接通的输出点数量 一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60 5）输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关）输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关 与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。175.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 3 3、I/OI/O模块的选择模块的选择 （A/D）模块是将现场由传感器检测而产生的连模块是将现场由传

17、感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；内部可接受的数字量； (D/A)模块是将模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量内部的数字量转换为模拟量信号输出。信号输出。 典型模拟量典型模拟量I/O模块的量程为模块的量程为等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其等因素。等因素。 一些一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如接接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）。热电偶等信号）。185.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPL

18、C选型选型 3 3、I/OI/O模块的选择模块的选择 PLC厂家相继推出了一些具有特殊功能的厂家相继推出了一些具有特殊功能的I/O模块，模块，有的还推出了自带有的还推出了自带CPU的智能型的智能型I/O模块，如高速计数器、模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。控制模块、通信模块等。195.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 3 3、I/OI/O模块的选择模块的选择 1）电源模块的选择）电源模块的选择 电源模块选择仅对于模块式结构的电源模块选择仅对于模块式结构的PLC而言，对于整体式而言，对于整体

19、式PLC不不存在电源的选择。存在电源的选择。 电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。 2）编程器的选择）编程器的选择 3）写入器的选择）写入器的选择 为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏RAM中的用户程中的用户程序，可选用序，可选用EPROM写入器，通过它将用户程序固化在写入器，通过它将用户程序固化在EPROM中。有中。有些些PLC或其编程器本身就具有或其编程器本身就具有EPROM 写入的功能。写入的功能。205.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC

20、选型选型 4 4、PLCPLC容量的选择容量的选择（1）在满足控制要求的前提下力争使用的）在满足控制要求的前提下力争使用的IO点最少。点最少。（2）需要加上）需要加上1015的裕量。的裕量。 存储容量大小不仅与存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，还与功能实现的方法、程序系统的功能有关，还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差，其程序量可能相差25之多。之多。 在在IO点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20

21、30的的裕量。裕量。 存储容量存储容量(字节字节)开关量开关量I/O点数点数10 模拟量模拟量I/O通道数通道数100 存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。 215.1 5.1 控制系统的设计步骤和控制系统的设计步骤和PLCPLC选型选型 5 5、其他的选择、其他的选择225.2 5.2 系统硬件的设计方案系统硬件的设计方案1 1、系统设计的总体方案、系统设计的总体方案235.2 5.2 系统硬件的设计方案系统硬件的设计方案2 2、系统硬件设计依据、系统硬件设计依据245.2 5.2 系统硬件的设计方案系统硬件的设计方案3 3、系统硬件设

22、计文件、系统硬件设计文件255.3 PLC5.3 PLC输入输入/ /输出电路设计输出电路设计1 1、输入电路的设计、输入电路的设计： （1）PLC的的I/O点数不够，需要扩展，然而增加点数不够，需要扩展，然而增加I/O点数将提点数将提高成本；高成本； （2）是已选定的）是已选定的PLC可扩展的可扩展的I/O点数有限，无法再增加。点数有限，无法再增加。265.3 PLC5.3 PLC输入输入/ /输出电路设计输出电路设计减少输入点数方法减少输入点数方法275.3 PLC5.3 PLC输入输入/ /输出电路设计输出电路设计减少输入点数方法减少输入点数方法 1）矩阵输入方法需要）矩阵输入方法需要来

23、完成来完成2）由于矩阵输入的）由于矩阵输入的。3）应保证）应保证285.3 PLC5.3 PLC输入输入/ /输出电路设计输出电路设计减少输入点数方法减少输入点数方法 对于不会同时接通的输入信号，可采用组合编码的方式输入。对于不会同时接通的输入信号，可采用组合编码的方式输入。295.3 PLC5.3 PLC输入输入/ /输出电路设计输出电路设计减少输入点数方法减少输入点数方法305.3 PLC5.3 PLC输入输入/ /输出电路设计输出电路设计减少输入点数方法减少输入点数方法 将某些功能相同的开关量输入设备合并输入。如果是几个常闭触点，将某些功能相同的开关量输入设备合并输入。如果是几个常闭触点

24、，则串联输入；如果是几个常开触点，则并联输入。则串联输入；如果是几个常开触点，则并联输入。 有些输入信号功能简单、有些输入信号功能简单、 涉及面很窄，有时就没有必要涉及面很窄，有时就没有必要 作为作为PLC的输入，将它们放在的输入，将它们放在 外部电路中同样可以满足要求。外部电路中同样可以满足要求。 315.3 PLC5.3 PLC输入输入/ /输出电路设计输出电路设计2 2、输出电路的设计、输出电路的设计325.3 PLC5.3 PLC输入输入/ /输出电路设计输出电路设计减少输出点数方法减少输出点数方法 当两组输出设备或负载当两组输出设备或负载不会同时工作，可通过外部不会同时工作，可通过外

25、部转换开关或通过受转换开关或通过受PLC控制控制的电器触点进行切换，所以的电器触点进行切换，所以PLC的每个输出点可以控制的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载。两个不同时工作的负载。 335.3 PLC5.3 PLC输入输入/ /输出电路设计输出电路设计减少输出点数方法减少输出点数方法 注意：采用矩阵输注意：采用矩阵输出时，必须要将同一时出时，必须要将同一时间段接通的负载安排在间段接通的负载安排在同一行或同一列中，否同一行或同一列中，否则无法控制。则无法控制。 345.3 PLC5.3 PLC输入输入/ /输出电路设计输出电路设计减少输出点数方法减少输出点数方法 注意注意PLC输出点同时驱动多个负载时，应考虑输出点同时驱动多个负载时，应考虑PLC输输出点的驱动能力是否足够。出点的驱动能力是否足够。 利用利用PLC的逻辑处理功能，一个输出设备可实现多种的逻辑处理功能，一个输出设备可实现多种用途。用途。 系统中某些相对独立、比较简单的控制部分，可直接系统中某些相对独立、比较简单的控