第7章可编程控制器应用系统的设计

第七章

可编程控制器应用系统的设计

第一节

可编程控制器控制系统总体设计

第二节STEP7结构化程序设计

第三节

程序设计实例习题与思考题第一节

可编程控制器控制系统总体设计

一、系统设计的基本原则

1、最大限度的满足被控对象提出的各项性能指标2、确保控制系统的安全可靠3、力求控制系统简单

4、留有适当的裕量

二、系统设计的主要内容及步骤

1、明确并评估设计任务2、确定用户输入输出设备3、PLC机型及相关模块的选型

（1）输入/输出点数

I/O点数=（10～15％）输入输出点统计数

（2）用户程序存储器的容量

①开关量I/O点数

所需内存字数＝开关量I/O总点数

10

②仅有模拟量输入时

内存字数＝模拟量点数

100

③模拟量输入和模拟量输出并存

内存字数＝模拟量点数

200内存字数＝（20～25％）*（开关量I/O总点数＋模拟量I/O点数

16)

10。4、分配I/O地址，绘制I/O接线图

5、设计控制程序6、控制程序的模拟调试7、现场联机统调

7、编制控制系统的技术文件

三、PLC控制系统的可靠性设计

PLC控制系统的可靠性设计：供电系统设计、接地设计和冗余设计。

1、PLC供电系统设计

①CPU工作电源的设计

②I/O模板工作电源的设计

2、接地设计

接地设计目的：消除各个支路电流流经公共地线阻抗时所产

生的噪声电压和避免磁场与电位差的影响。①接地电阻小于4欧姆；②保证足够的机械强度；③具有耐腐蚀能力并做防腐处理；④PLC的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。①冷备份冗余设计；②热备份冗余设计；③表决系统冗余配置。

第二节STEP7的结构化程序设计一、功能块及其组成

1、功能块FB或功能FCFB或FC实质上是用户编写的子程序，其中功能块（FB）有一个数据结构与该功能块的参数完全相同的数据块（DB），称为背景数据块，背景数据块依附于功能块，它随着功能块的调用而打开，随着功能块的结束而关闭。功能FC则不需要背景数据块。

2、功能块组成：局部变量声明表和控制程序。

局部变量声明表对当前逻辑块所使用的局部变量进行声明。

局部变量：静态变量或临时变量

二、功能块局部变量声明表

类型参数／变量说

明In输入参数由调用块向被调用块提供数据Out输出参数将被调用块的执行结果数据，返回到调用块In_OutI／O参数由调用块向被调用块提供数据，经被调用块处理后，返回到调用块Stat静态变量静态变量存储在背景数据块中，块调用结束后，其内容被保留Temp临时变量临时变量存储在L堆栈中，块执行结束后，其内容不保留

1、功能块FB：操作系统为参数和静态变量分配存储空间即背景数据块，在功能块调用结束后，其运行结果保存在背景数据块中。如果在调用FB时没有提供实际参数，则功能块使用背景数据块中的数值。2、功能FC：操作系统在L堆栈中为FC的临时变量分配存储空间。输入参数、输出参数、I/O参数以指向实际参数的指针形式存储在操作系统为参数传递而保留的额外空间中。（在FC中无静态变量）

参数类型大小说

明定时器（Timer）2Bybe在功能块中定义一个定时器形参，调用时赋以定时器实参

计数器（Counter）2Byte在功能块中定义一个计数器形参，调用时赋以计数器实参块：Block_FBBlock_FCBlock_DBBlock_SDB2Byte在功能块中定义一个功能块或数据块形参变量，调用时给功能块类或数据块类形参赋予实际的功能块或数据块编号，如FC20、DB33

指针（Pointer）6Byte在功能块中定义一个形参，该形参说明的是内存的地址指针。例如：调用时可以给形参赋予实参，P#M10.0，以访问内存M10.0ANY10Byte当实参的数据类型未知时，可以使用该类型三、局部变量的数据类型

数据类型：基本数据类型、复式数据类型、参数类型（定时器、计数器、块的地址或指针等）

四、功能块调用过程及内存分配

五、功能块（或功能）的编程及调用

1、局部变量的调用①局部变量名，如：

#start（符号地址是用于全局变量的）。②直接使用局部变量的地址（仅适用于背景数据块及L堆栈），如start变量所对应的Address——0.0。2、编程案例（双速电机控制）3、功能块创建与调用

双速电机控制电路功能图、语句表。

AI0.0=L20.0BLD103AI0.1=L20.1BLD103AQ4.0=L20.2BLD103AQ4.1=L20.3BLD103AQ4.2=L20.4BLD103CALLFC1start:=L20.0stop:=L20.1low_coil:=L20.2high_coil:=L20.3coil:=L20.4【7-1】两台三级皮带机分别由M1、M2、M3及M4、M5、M6六台电机驱动。当按下起动按钮时，每台皮带机按M3→M2→M1(M6→M5→M4)顺序间隔启动，1#、2#皮带机电机启动间隔分别为5s、8s;当按下停止按钮时,则按M1→M2→M3(M4→M5→M6)逆序间隔停止，两台皮带机电机停止间隔均为4s.按下急停按钮，六台电机全部立刻停止。试分别用FB、FC设计控制程序。

FB1——顺序起动程序FB1——停止条件FB1——逆序停止程序OB1程序

OB1两次无条件调用FB1，将不同的实参赋于FB1的In、Out、In_Out形参，实现两台皮带机的控制。图中DB1、DB2作为FB1的背景数据块。

六、STEP7的数据块编程

1、定义数据块

①

STEP7管理器中添加数据块。

②打开数据块编辑器。

③数据块的类型:基本数据类型、复式数据类型。

复式数据类型：日期—时间型（Data_and_Time）、字符串型（String）、数组型（Array）、结构型（Struct）、用户数据类型（UDT）。2、数据块访问①直接访问数据块

布尔变量：DB10.DBX0.0

或DB10.start

DB10.DBX0.2

或DB10.M1

实数：DB10.DBD2

或DB10.TT1

②打开后访问OPNDB10

A（

ODBX0.0

OM1//符号地址

）

ANDBX0.1

=M1

//符号地址

第三节

程序设计实例【7-2】小车送料控制系统（1）控制要求：当小车处于A点时，按起动按钮SB1，小车正向前进至B点停车卸料，10秒后小车反向后退至A点停车装料，15秒后小车再次前进至C点停车卸料，10秒后小车反向后退至A点停车装料，15秒后小车再次前进至D点停车卸料，10秒后小车反向后退至A点停车装料，15秒后小车再次前进至B点……如此循环往复，直至按下停止按钮SB2，小车结束本次送料过程返回A点停止。（2）报警及处理：小车一旦超限（SQ1/SQ2动作）、驱动电机过载、急停SB3时小车立即停止工作，报警灯以1Hz频率闪烁，运行过程中误操作报警灯则常亮。1、输入输出点分配2、OB1程序设计（1）起动控制

自动运行标志M0.0

2、OB1程序设计（2）停车卸料控制

自动运行时，送料小车到达B、C、D点，若符合停车条件，则停车卸料，并起动卸料定时器T0。

2、OB1程序设计（3）B、C、D点经停处理

位变量M1.0记忆送料小车B点停车卸料；

位变量M1.1记忆送料小车C点停车卸料；

位变量M0.4表示在B或C或D点已完成卸料且已回到A点。

2、OB1程序设计（4）A点起停控制

位变量M0.6表示循环运行标志。2、OB1程序设计（5）故障停车处理报警

位变量M0.5表示自动运行停止标志。2、OB1程序设计（6）输出控制

2、OB1程序设计（7）故障处理【7-3】机械手控制系统

控制要求：当机械手位于原位时，按下起动按钮且光电开关检测到A点工件后，机械手即进入如图所示的工作循环，将A点工件抓取至B点；在自动运行过程中，若按下停止按钮SB2，机械手待整个工作流程结束才停止工作。其中，机械手上升/下降、左移/右移由双线圈二位电磁阀驱动，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀驱动，线圈通电执行夹紧动作，反之，执行放松动作。控制模式：机械手分手动、自动二种工作方式，连续、单周、单步三种自动运行模式。1、输入输出分配2、OB1程序设计（1）原位指示与起动逻辑2、OB1程序设计（2）循环赋值2、OB1程序设计（3）移位控制

在移位脉冲的控制下，MW10依次进行移位操作，每次左移1位，控制机械手完成下一个动作，直至完成当前的工作流程。2、OB1程序设计（4）输出控制——上升下降2、OB1程序设计（5）输出控制——左移右移、夹紧放松

习题与思考题7-1设计PLC控制系统时要遵循的基本原则是什么？7-2设计PLC控制系统应包含哪些任务？7-3设计PLC控制系统的一般步骤有哪些？7-4PLC选型要注意哪些参数？7-5PLC控制系统的可靠性设计有哪些内容？7-6组织块能否调用其它的组织块？7-7在变量声明表中，静态变量与临时变量有何不同？7-8某十字路口的东西方向和南北方向分别安装红、绿、黄交通信号灯，其动作时序如图7-31所示，相应的输入输出分配如表7-17所示。试采用结构化编程方式设计其控制系统。图7-31表7-177-9某三相六级步进电机有3种通电方式：三相单三拍：（A－B－C－A…正转，A－C－B－A…反转）；三相双三拍：（AB－BC－CA－AB…正转，AC－CB－BA－AC…反转