PLC应用系统设计与实例4

第7章

PLC应用系统设计及实例

本章要点PLC应用系统设计的步骤及常用的设计方法应用举例PLC的装配、检测和维护

7.1应用系统设计概述

在了解了PLC的基本工作原理和指令系统之后，可以结合实际进行PLC的设计，PLC的设计包括硬件设计和软件设计两部分，PLC设计的基本原则是：1.充分发挥PLC的控制功能，最大限度地满足被控制的生产机械或生产过程的控制要求。2.在满足控制要求的前提下，力求使控制系统经济、简单，维修方便。3.保证控制系统安全可靠。4.考虑到生产发展和工艺的改进，在选用PLC时，在I/O点数和内存容量上适当留有余地。5.软件设计主要是指编写程序，要求程序结构清楚，可读性强，程序简短，占用内存少，扫描周期短。

7.2PLC应用系统的设计

7.2.1PLC控制系统的设计内容及设计步骤

1.PLC控制系统的设计内容

2.设计步骤

1.PLC控制系统的设计内容

（1）根据设计任务书，进行工艺分析，并确定控制方案，它是设计的依据。（2）选择输入设备（如按钮、开关、传感器等）和输出设备（如继电器、接触器、指示灯等执行机构）。（3）选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。（4）分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O硬件接线图。（5）编写程序并调试。（6）设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图。（7）编写设计说明书和使用说明书。

2.设计步骤

（1）工艺分析

深入了解控制对象的工艺过程、工作特点、控制要求，并划分控制的各个阶段，归纳各个阶段的特点，和各阶段之间的转换条件，画出控制流程图或功能流程图。（2）选择合适的PLC类型在选择PLC机型时，主要考虑下面几点：1、功能的选择。2、I/O点数的确定。3、内存的估算。+定时器/计数器数量×2+通信接口个数×300+备用量。（3）分配I/O点。（4）程序设计。（5）控制柜或操作台的设计和现场施工。（6）应用系统整体调试。（7）编制技术文件。

1.PLC控制系统的设计内容（1）根据设计任务书确定，进行工艺分析，并确定控制方案，它是设计的依据。（2）选择输入设备（如按钮、开关、传感器等）和输出设备（如继电器、接触器、指示灯等执行机构）。（3）选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。（4）分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O硬件接线图。（5）编写程序并调试。（6）设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图。（7）编写设计说明书和使用说明书。2.设计步骤（1）工艺分析

（2）选择合适的PLC类型

（3）分配I/O点

（4）程序设计

（5）控制柜或操作台的设计和现场施工

（6）应用系统整体调试

（7）编制技术文件

链接文件夹第七章\001.doc7.2.2PLC的硬硬件件设设计计和和软软件件设设计计及及调调试试1.PLC的硬硬件件设设计计PLC硬件件设设计计包包括括：：PLC及外外围围线线路路的的设设计计、、电电气气线线路路的的设设计计和和抗抗干干扰扰措措施施的的设设计计等等。。选定定PLC的机机型型和和分分配配I/O点后后，，硬硬件件设设计计的的主主要要内内容容就就是是电电气气控控制制系系统统的的原原理理图图的的设设计计，，电电气气控控制制元元器器件件的的选选择择和和控控制制柜柜的的设设计计。。电电气气控控制制系系统统的的原原理理图图包包括括主主电电路路和和控控制制电电路路。。控控制制电电路路中中包包括括PLC的I/O接线线和和自自动动、、手手动动部部分分的的详详细细连连接接等等。。电电器器元元件件的的选选择择主主要要是是根根据据控控制制要要求求选选择择按按钮钮、、开开关关、、传传感感器器、、保保护护电电器器、、接接触触器器、、指指示示灯灯、、电电磁磁阀阀等等。。2.PLC的软件设设计软件设计计包括系系统初始始化程序序、主程程序、子子程序、、中断程程序、故故障应急急措施和和辅助程程序的设设计，小小型开关关量控制制一般只只有主程程序。首首先应根根据总体体要求和和控制系系统的具具体情况况，确定定程序的的基本结结构，画画出控制制流程图图或功能能流程图图，简单单的可以以用经验验法设计计，复杂杂的系统统一般用用顺序控控制设计计法设计计。3.软件硬件件的调试试调试分模模拟调试试和联机机调试。。软件设计计好后一一般先作作模拟调调试。模模拟调试试可以通通过仿真真软件来来代替PLC硬件在计计算机上上调试程程序。用用编程软软件将输输出点强强制ON/OFF，观察对应应的控制制柜内PLC负载（指指示灯、、接触器器等）的的动作是是否正常常，或对对应的接接线端子子上的输输出信号号的状态态变化是是否正确确。联机调试试时，把把编制好好的程序序下载到到现场的的PLC中。调试试时，主主电路一一定要断断电，只只对控制制电路进进行联机机调试。。通过现现场的联联机调试试，还会会发现新新的问题题或对某某些控制制功能的的改进。。7.2.3PLC程序设计计常用的的方法PLC程序设计计常用的的方法主主要有经经验设计计法、继继电器控控制电路路转换为为梯形图图法、逻逻辑设计计法、顺顺序控制制设计法法等。1.经验设计计法链接文件件夹第七七章\005.doc。2.继电器控控制电路路转换为为梯形图图法链接文件件夹第七七章\006.doc。3.逻辑设计计法链接文件件夹第七七章\007.doc。4.顺序控制制设计法法链接文件件夹第七七章\008.doc。1.经验设计计法经验设计计法即在在一些典典型的控控制电路路程序的的基础上上，根据据被控制制对象的的具体要要求，进进行选择择组合，，并多次次反复调调试和修修改梯形形图，有有时需增增加一些些辅助触触点和中中间编程程环节，，才能达达到控制制要求。。这种方方法没有有规律可可遵循，，设计所所用的时时间和设设计质量量与设计计者的经经验有很很大的关关系，所所以称为为经验设设计法。。经验设设计法用用于较简简单的梯梯形图设设计。应应用经验验设计法法必须熟熟记一些些典型的的控制电电路，如如起保停停电路、、脉冲发发生电路路等，这这些电路路在前面面的章节节中已经经介绍过过。2.继电器控控制电路路转换为为梯形图图法（1）熟悉现现有的继继电器控控制线路路。（2）对照PLC的I/O端子接线线图，将将继电器器电路图图上的被被控器件件（如接接触器线线圈、指指示灯、、电磁阀阀等）换换成接线线图上对对应的输输出点的的编号，，将电路路图上的的输入装装置（如如传感器器、按钮钮开关、、行程开开关等））触点都都换成对对应的输输入点的的编号。。（3）将继电电器电路路图中的的中间继继电器、、定时器器，用PLC的辅助继继电器、、定时器器来代替替。（4）画出全全部梯形形图，并并予以简简化和修修改。链接文件件夹第七七章\006.doc3.逻逻辑设计计法逻辑设计计法是以以布尔代代数为理理论基础础，根据据生产过过程中各各工步之之间的各各个检测测元件（（如行程程开关、、传感器器等）状状态的变变化，列列出检测测元件的的状态表表，确定定所需的的中间记记忆元件件，再列列出各执执行元件件的工序序表，然然后写出出检测元元件、中中间记忆忆元件和和执行元元件的逻逻辑表达达式，再再转换成成梯形图图。该方方法在单单一的条条件控制制系统中中，非常常好用，，相当于于组合逻逻辑电路路，但和和时间有有关的控控制系统统中，就就很复杂杂。链接文件件夹第七七章\007.doc4.顺顺序控制制设计法法根据功能能流程图图，以步步为核心心，从起起始步开开始一步步一步地地设计下下去，直直至完成成。此法法的关键键是画出出功能流流程图。。首先将将被控制制对象的的工作过过程按输输出状态态的变化化分为若若干步，，并指出出工步之之间的转转换条件件和每个个工步的的控制对对象。（1）单流程程及编程程方法功能流程程图的单单流程结结构形式式简单，，如图7-7所示，链接文件件夹第七七章\33.doc其特点是是：每一一步后面面只有一一个转换换，每个个转换后后面只有有一步。。各个工工步按顺顺序执行行，上一一工步执执行结束束，转换换条件成成立，立立即开通通下一工工步，同同时关断断上一工工步。用用顺序控控制指令令来实现现功能流流程图的的编程方方法，在在前面的的章节已已经介绍绍过了，，在这里里将重点点介绍用用中间继继电器M来记忆工工步的编编程方法法。1使用起保保停电路路模式的的编程方方法在梯形图图中，为为了实现现前级步步为活动动步且转转换条件件成立时时，才能能进行步步的转换换，总是是将代表表前级步步的中间间继电器器的常开开接点与与转换条条件对应应的接点点串联，，作为代代表后续续步的中中间继电电器得电电的条件件。当后后续步被被激活，，应将前前级步关关断，所所以用代代表后续续步的中中间继电电器常闭闭接点串串在前级级步的电电路中。。2使用置位位、复位位指令的的编程方方法S7-200系列PLC有置位和和复位指指令，且且对同一一个线圈圈置位和和复位指指令可分分开编程程，所以以可以实实现以转转换条件件为中心心的编程程。当前步为为活动步步且转换换条件成成立时，，用S将代表后后续步的的中间继继电器置置位（激激活），，同时用用R将本步复复位（关关断）。。如用M0.0的常开接接点和转转换条件件I0.0的常开接接点串联联作为M0.1置位的条条件，同同时作为为M0.0复位的条条件。这这种编程程方法很很有规律律，每一一个转换换都对应应一个S/R的电路块块，有多多少个转转换就有有多少个个这样的的电路块块。用置置位、复复位指令令编制的的梯形图图程序如如图7-10所示。链接文件件夹第七七章\34.doc3使用移位位寄存器器指令编编程的方方法单流程的的功能流流程图各各步总是是顺序通通断，并并且同时时只有一一步接通通，因此此很容易易采用移移位寄存存器指令令实现这这种控制制。可以以指定一一个两位位的移位位寄存器器，用M0.1、M0.2代表有有输出出的两两步，，移位位脉冲冲由代代表步步状态态的中中间继继电器器的常常开接接点和和对应应的转转换条条件组组成的的串联联支路路并联联提供供，数数据输输入端端（DATA）的数据据由初初始步步提供供。对对应的的梯形形图程程序如如图7-11所示。。链接文文件夹夹第七七章\35.doc7.2.4PLC程序设设计步步骤1.程序设设计前前的准准备工工作程序设设计前前的准准备工工作就就是要要了解解控制制系统统的全全部功功能、、规模模、控控制方方式、、输入入/输出信信号的的种类类和数数量、、是否否有特特殊功功能的的接口口、与与其它它设备备的关关系、、通信信的内内容与与方式式等，，从而而对整整个控控制系系统建建立一一个整整体的的概念念。接接着进进一步步熟悉悉被控控对象象，可可把控控制对对象和和控制制功能能按照照响应应要求求、信信号用用途或或控制制区域域分类类，确确定检检测设设备和和控制制设备备的物物理位位置，，了解解每一一个检检测信信号和和控制制信号号的形形式、、功能能、规规模及及之间间的关关系。。2.设计程程序框框图根据软软件设设计规规格书书的总总体要要求和和控制制系统统的具具体情情况，，确定定应用用程序序的基基本结结构、、按程程序设设计标标准绘绘制出出程序序结构构框图图，然然后再再根据据工艺艺要求求，绘绘出各各功能能单元元的功功能流流程图图。3.编写程程序根据设设计出出的框框图逐逐条地地编写写控制制程序序。编编写过过程中中要及及时给给程序序加注注释。。4.程序调调试调试时时先从从各功功能单单元入入手，，设定定输入入信号号，观观察输输出信信号的的变化化情况况。各各功能能单元元调试试完成成后，，再调调试全全部程程序，，调试试各部部分的的接口口情况况，直直到满满意为为止。。程序序调试试可以以在实实验室室进行行，也也可以以在现现场进进行。。如果果在现现场进进行测测试，，需将将可编编程控控制器器系统统与现现场信信号隔隔离，，可以以切断断输入入/输出模模板的的外部部电源源，以以免引引起机机械设设备动动作。。程序序调试试过程程中先先发现现错误误，后后进行行纠错错。基基本原原则是是“集集中发发现错错误，，集中中纠正正错误误。5.编写程程序说说明书书在说明明书中中通常常对程程序的的控制制要求求、程程序的的结构构、流流程图图等给给以必必要的的说明明，并并且给给出程程序的的安装装操作作使用用步骤骤等。。7.3应用举举例7.3.1机械手手的模模拟控控制7.3.2组合机机床的的控制制7.3.3除尘室室PLC控制7.3.3水塔水水位的的模拟拟控制制实训训7.3.4温度的的检测测与控控制实实训7.3.1机械手手的模模拟控控制图7-29为传送送工件件的某某机械械手的的工作作示意意图，，其任任务是是将工工件从从传送送带A搬运到到传送送带B。1.控制要要求链接文文件夹夹第七七章\009.doc2.I/O分配链接文文件夹夹第七七章\010.doc3.控制程程序设设计链接文文件夹夹第七七章\011.doc4.输入程程序，，调试试并运运行程程序链接文文件夹夹第七七章\012.doc7.3.2组合机床的的控制两工位钻孔孔、攻丝组组合机床，，能自动完完成工件的的钻孔和攻攻丝加工，，自动化程程度高，生生产效率高高。两工位位钻孔、攻攻丝组合机机床如图7-32所示链接文件夹夹第七章\013.doc1.控制要求链接文件夹夹第七章\014.doc2.I/O分配链接文件夹夹第七章\015.doc3.程序设计链接文件夹夹第七章\016.doc4.程序的调试试和运行链接文件夹夹第七章\017.doc7.3.3除尘室PLC控制在制药、水水厂等一些些对除尘要要求比较严严格的车间间，人、物物进入这些些场合首先先