控制系统设计和应用实例

1、第7章PLC控制系统设计和应用实例，7.1 PLC控制系统设计的内容和步骤7.2 PLC控制系统的硬件构成7.3 PLC控制系统梯形程序的设计7.4顺序控制梯形的设计方法7.5 PLC在工业控制系统中的典型应用实例， 7.1 PLC控制系统设计的内容和步骤7.1.1 PLC控制系统设计的内容7.1.2 PLC控制系统设计的步骤、7.1.1 PLC控制系统设计的内容、1 )分析控制对象，明确设计任务和要求是设计整体的依据。 2 )选定PLC的形式和必要的输入输出模块，构成控制系统的硬件。 3 )制作PLC的输入输出分配表，制作输入输出端子的接线图。 4 )用编程语言(常用梯子)编程。 5 )设计

2、工作台、控制柜，选择必要的电气部件。 6 )制作设计说明书和使用说明书。 7.1.2 PLC控制系统设计的步骤，1 .系统计划2 .硬件设计3 .软件设计4 .系统调试5 .技术文件制作，图7-1 PLC控制系统设计的步骤，7.2 PLC控制系统的硬件配置，7.2.1 PLC机型的o模块的选择7.2.3模拟I/O模块的选择7.2.4智能模块的选择、7.2.1 PLC机种的选择，考虑到以下要求的PLC的处理速度应满足实时控制的要求PLC模型尽可能统一的指令系统。 1 .性能符合任务，在控制速度要求低的开关量控制系统中，选择小型PLC，对一部分具有模拟控制的应用系统，选择具有A/D转换的模拟输入模

3、块和具有D/A转换的模拟输出模块必须选择运算功能强的小型PLC的西门子公司S7-200、S7-1200PLC在进行小型数模混合系统控制时具有高性价比，也容易实施。 对于比较复杂、控制功能要求高的应用系统，需要PID调节、闭环控制、通信网络等功能时，可以选择中、大型PLC，例如西门子公司的S7-300、S7-400。 2 .提高PLC的快速响应的一些措施，1 )选择CPU速度相对快的PLC，使得执行基本命令的时间不大于0.5s。 2 )优化应用程序，缩短扫描周期。 3 )使用高速响应模块，其响应时间不受PLC周期的影响，仅依赖于硬件延迟。 3、PLC模型应尽可能统一，大企业应尽可能统一模块，可以

4、相互备用，备品备件购买和管理容易，模块通用性好，不仅减少备品的量，而且编程和维护也非常方便， 扩展系统升级也有富馀的外部设备是共同的，可以共享资源，如果配置上位的计算机，就可以将控制各独立系统的多台PLC连接到多级分散控制系统上，相互通信，集中管理。 4 .命令系统，1 )命令系统的总字数。 2 )指令系统的种类。 3 )命令系统的表现。 4 )应用程序的程序结构。 (有模块化和子程序化) (模块化：调试简单，但处理速度慢的子程序式：响应速度快，但不利于制作和调试)，各机种的指令系统不完全相同，分别着重于控制指令、数学运算指令、逻辑指令。 选定机种时，从指令方面注意以下几点：7.2.2开关量I

5、/O模块的选定、1 .开关量输入模块的选定、2 .开关量输出模块的选定、自学！ 1 .开/关电容输入模块的选择，1 )选择操作电压电平由现场的检测元件和模块之间的距离来选择，2 )选择模块密度由分散于各处的输入信号的数量和信号操作的时间来选择自学！ 2 .开关量输出模块的选择，1 )输出方式的选择：继电器输出方式：交流直流负载，响应速度慢，不能频繁工作的晶闸管输出方式：开关频率高，电感强，功率因数低的交流负载晶体管输出方式：开关频率高的直流负载2 ) 输出电流的选择：模块的输出电流必须大于负载电流的额定电流，有馀量的负载电流大，输出模块不能直接驱动负载时，必须增加中间放大环节，在导通点的电流和

6、公共电流值以下。 自学！ 7.2.3模拟I/O模块的选择，1 .模拟输入模块的选择2 .模拟输出模块的选择，1 .模拟输入模块的选择，1 )模拟量值的输入范围电压信号：05V、010V、-55V 模拟输入模块的分辨率、输入精度、变换时间等参数指标要满足具体的系统要求3 )应用中要注意抗干扰方法：模块和电源保持一定距离的模拟输入信号线采用屏蔽措施，环境变化给信号带来2 .模拟输出单元的选择、模拟输出单元的输出类型有电压输出和电流输出两种，输出范围为010V、-10V10V、020mA等模拟输出单元的输出精度、分辨率、噪音对策等，与模拟输入单元的情况类似s 备有EM231 4系模拟输入单元、em2

7、31系输入热电偶、em231系热电阻(RTD )、em232系模拟输出单元、EM235 4系输入/1输出的组合等各种单元。7.2.4模块的选择，一般的iq模块为PROFIBUS-DP模块(例如EM277模块)、工业以太网模块(CP243-1、CP243-1 IT等)、调制解调器模块(例如EM241模块等)、定位注意：一般的iq模块比较贵，但一些功能也可以用一般的I/O模块来实现，但只会增加软件的工作量，需要根据情况进行取舍。7.3 PLC控制系统梯形程序的设计、7.3.1经验设计法7.3.2经验设计法和顺序功能图、7.3.1经验设计法、依据：根据对被控制对象控制系统的具体要求，根据经验选择基本

8、环节，将其有机组合起来经验设计法的特点：其设计过程逐渐完善，一般得不到最优方案的初步设计后，需要反复调整、修改、完善，直到满足被控制对象的控制要求。设计方法不规范，不遵循普遍规律，具有一定的探究性和恣意性设计的程序不是唯一的，其质量对与设计者的经验相关的简单系统，用经验设计法设计，简单，容易执行，能受到明显效果的旧设备改造参考原设备继电器的控制电路图，综合考虑PLC的特征，对复杂系统，联锁关系复杂，难以掌握，设计周期长，设计程序可读性差，使用维护不方便，如电机启动和自锁，I/O分配表：对应图7-2运载车控制系统、图7.3.2顺序控制设计法和顺序功能图、1 .顺序功能图2 .顺序功能图的基本构成

9、3 .顺序功能图、1 .顺序功能图(1)步骤和动作(2)向连接线(3)的转换和转换条件步骤：将系统的一个循环分成几个序列连接的步骤初始步骤：用m和s表示与系统的初始状态对应的各步骤(1)步骤和动作，初始步骤：用双线框表示，步骤用矩形框表示，“活动的活动步骤：步骤处于活动状态(在其上执行此过程)非活动步骤：步骤处于非活动状态(不执行此步骤)，与该步骤相关联的操作(或命令)，并且当该步骤处于活动状态时，该步骤反之，不执行并连接到相应步骤的矩形框，与步骤相关联的动作(或指令)、“非存储型”、“存储型”、“动作(或指令)是可能的： 存储型：步骤从激活变为非激活时，动作(或指令)持续保持该状态；“非存储

10、型”:步骤从激活变为非激活时，动作(或指令)返回到该激活步骤前的状态时，“点动电动机M1”“非存储型” 用“启动并保持电动机M1”、“存储型”指令、(2)有向连接、步骤间的进展、有向连接来显示，变换步骤并连接到步骤。 有方向线，步骤的进展是以方向线规定的路线习惯性地进展的方向：从上向下或从左向右，箭头表示步骤的进展的方向，(3)转换条件，步骤和步骤之间满足由“转换”分隔的两个阶段间的转换条件时，实现转换也就是说，上一步骤的活动结束，下一步骤的活动开始的各活动步骤持续的时间取决于实现步骤间的迁移。移位符号、移位条件，例如M1启动30s后，M2自动启动，运行15s后，M2停止，M3自动启动，再运行

11、45s后，电机全部停止，2 .顺序功能图的基本构造，(1)单顺序构造(2)顺序构造在各步骤之后只有一个转换条件，在各转换条件之后只有一个，如图7-4中所示。 选择图7-4单序列结构、(2)序列结构，将序列的开始称为分支。 一个步骤后面有几个步骤，如果满足不同的转换条件，则转移到不同步骤的选择序列的结束称为合并。 若干选择序列被合并为同一序列，且每一序列上的步骤在满足相应的转换条件时被转换为同一步骤，如图7-5b所描绘。 选择图7-5系列的分支和合并，并行系列的分支和合并，满足b条件，12、14、18步骤同时被激活，成为活动步骤，13、15、17都是活动步骤，如果满足d条件，13等同时成为非活动

12、步骤并联系列的结构在并联系列的分支上只允许一个转换条件，显示在水平双线上。 只允许合并并行序列的一个转换条件，并显示在水平双线下。 步骤：1.首先基于系统的流程，设计顺序功能图。 2 .然后基于序列功能图设计序列控制程序。 优点：1 .顺序功能图中，步骤之间没有重复。 由此，在步的变换中解决了系统中的复杂的互锁关系。 2 .对于每一步的分段，只处理极其简单的逻辑关系。3、编程方法简单，规律性强。 4 .设计的控制程序结构清晰，可读性好的调试，运行方便，3 .顺序功能图法，7.4顺序控制梯形图的设计方法，7.4.1位置， 复位指令编程7.4.2顺序控制继电器指令编程7.4.3有多种动作方式的顺序

13、控制梯形设计方法，S7-200 PLC用顺序功能图法设计的情况下，有设定/复位(S/R )指令、顺序控制继电器(s 、7.4.1位置、复位指令编程信号控制、1 .控制请求2 .输入、输出信号地址的分配3 .设计步骤功能图和梯形程序，1 .控制请求，1 )接通开始按钮后，信号开始工作，南北红色，东西蓝色同时点亮。 2 )物体在绿灯25s后闪烁3次(1s/次)，接着物体点亮黄灯，2s后物体点亮红灯，30s后物体点亮绿灯这样的循环继续停止工作。 3 )南北方向的红色点亮30s后，南北方向的绿色点亮，25s后南北方向的绿色闪烁3次(1s/次)，接着南北方向的黄色点亮，2s后南北方向的红色点亮这样的循环

14、持续，工作停止。图7-7信号机控制示意图、2 .输入、输出信号地址分配、表7-1信号机控制I/O地址分配表、图7-8 I/O接线图、3 .设计步骤功能图和梯形图、图7-9信号机控制功能图、图7-10信号机梯形图、物体在绿色信号上点亮25s后，进行1步250 0.5s后，两步结束，三步开始，绿灯点亮开始计数器，不足3次闪烁请求，0.5s后，两步开始，三步结束三次到达，0.5s后，四步开始，三步结束，绿灯点亮，2s后，四步结束，五步开始，红灯循环，绿灯物黄信号物红信号停止7.4.2顺序控制继电器指令编程深孔钻头单元机床，1 .深孔钻头单元机床控制要求2. I/O信号地址的分配和接线图3 .顺序功能

15、图4 .顺序功能图设计梯形，1 .深孔钻头在起始位置o点按下行程开关SQ1，按下开始按钮SB2后，马达正转开始，工具前进。 退刀由行程开关控制，当动力头依次按下SQ3、SQ4、SQ5时，电机反转，刀具自动退刀，当退刀到达开始位置时，SQ1被压接，退刀结束，自动接近，三根据图7-11深孔钻头单元机床的示意图、2. I/O端子接线图、图7-12深孔钻头控制I/O接线图、3 .顺序功能图、深孔钻头单元机床的示意图，顺序功能图如图7-13所示。 图7-13深孔钻头顺序功能图，4 .从顺序功能图设计梯形，图7-14深孔钻头控制梯形，自学！7.5 PLC在工业控制系统中的典型应用实例、7.5.1节日彩灯的

16、PLC控制7.5.2恒温控制、7.5.1节日彩灯的PLC控制、 1 .彩色灯闪烁一般控制方法环分配器原理2 .环分配器法程序设计3 .彩色灯“设计”制作节拍输出分配表程序，1 .彩色灯闪烁一般控制方法环分配器原理图7-23的环分配器是“时钟”， 表7-3的节日彩灯“步进单闪光灯”外观设计节拍输出分配表、表7-4的节日彩灯“奇偶跳跃”外观设计节拍输出分配表、2 .环分配器法编程、(1)时间轴(2)单环移位(3)“长销”周期表3 .彩灯“设计”节拍输出分配表程序图7-24节日彩灯控制程序，7.5.2恒温控制，1 .恒温控制的基本构想2 .数据转换和处理3 .设计梯形程序，1 .恒温控制的基本构想，图7-25温度控制系统的硬件数据输入转换过程(2)控制量输出转换过程、图7-26 420mA模拟转换坐标3 .梯形程序的设计、1 )主程序(OB1 ) :网络1将温度信号输入值转换为025600vw162，再转换为0100的范围该温度值可以用于数字显示和之后的“比较器”的数值比较。2 )子例程0(SBR0) :对变量存储器进行初始化，其中VD160、VW170通电而清除的VW180组最大输出控制量32000(20mA) VW182组0输出控制量(4mA )。 3 )子程序1(SBR