No.09第九章 PLC控制系统设计及应用实例

1、2020/7/2,第9章 PLC控制系统设计 及应用实例,2020/7/2,本章主要内容,9.1 PLC应用系统设计内容及步骤 9.2 PLC程序设计方法 9.3 PLC应用实例,2020/7/2,本章学习要求,重点内容： 掌握PLC应用程序设计的方法 了解内容： PLC应用系统设计的原则、方法和步骤 难点内容： PLC综合应用,2020/7/2,9.1 PLC应用系统设计内容及步骤,在可编程序控制器控制系统的设计中，应该最大限度地满足生产机械或生产流程对电气控制的要求，在满足控制要求的前提下，力求PLC控制系统简单、经济、安全、可靠、操作和维修方便，而且应使系统能尽量降低使用者长期运行的成本

2、。,9.1.1 PLC控制系统设计内容,1. 设计原则,包括：硬件设计和软件设计,2020/7/2,9.1 PLC应用系统设计内容及步骤,9.1.1 PLC控制系统设计内容,（1）电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；选择输入设备和输出设备； （2）选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。 （3）分配PLC的I/O点，编制PLC的输入/输出分配表，绘制PLC的I/O硬件接线图； （4）根据系统要求编写软件说明书，然后再进行程序设计，编写程序并调试。 （5）设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系； （6）编写设计说明书和

3、使用说明书。,1. 设计内容：硬件设计和软件设计,2020/7/2,2. 硬件设计时应注意： (1)最大限度地满足被控对象的工艺要求，详细了解工艺流程，然后与各方面人员协同工作，解决设计过程中出现的各种问题。 (2)在满足生产工艺控制的前提下，尽可能使PLC控制系统结构简单、经济实用、维护方便。 (3)保证控制系统的安全可靠。 (4)考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I0点数、存储器容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。,9.1 PLC应用系统设计内容及步骤,9.1.1 PLC控制系统设计内容,2020/7/2,3. 软件设计的基本原则： (1)PLC的用户程

4、序要做到网络段结构简明，逻辑关系清晰，注释明了，动作可靠，能经得起实际工作的检验。 (2)程序简短，占用内存少，扫描周期短。这样可以提高PLC对输入的响应速度。 (3)可读性,9.1 PLC应用系统设计内容及步骤,9.1.1 PLC控制系统设计内容,2020/7/2,9.1.2 PLC系统设计的步骤,1熟悉被控对象，制定控制方案 2确定I/O点数 3选择PLC机型 4选择输入输出设备，分配PLC的IO地址 5. 程序设计 6系统调试 7、编制技术文件,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,程序设计的方法是指用什么方法和编程语言来编写用户程序。 程序设计方法： 1. 经验设计法（分析设计

5、法） 2. 继电器控制电路转换法 3. 逻辑设计法 4. 顺序控制设计法,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.1 经验设计法（分析设计法）,方法：在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。 特点：没有规律可遵循，设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，所以称为经验设计法。 适用：较简单的梯形图设计，主要针对系统原先无控制方案,直接用PLC进行控制系统的设计。 要求：应用经验设计法必须熟记一些典型的控制电路，如起保停电路、脉冲发生电路等，这些电路在前面

6、的章节中已经介绍过。,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.1 经验设计法（分析设计法）,【例9-1】：自动往返控制的梯形图设计,动作要求：按起动按钮X0或反转起动按钮X1后，要求设备的运动部件(如机床的工作台或小车)在左限位开关X3和右限位关X4之间不停地循环往返，直到按停止按钮X2。,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.1 经验设计法（分析设计法）,【例9-1】：自动往返控制的梯形图设计,三菱PLC 梯形图,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.1 经验设计法（分析设计法）,【例9-2】：时序控制电路的设计,基本控制：闪烁电路,2020/7

7、/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.1 经验设计法（分析设计法）,【例9-2】：时序控制电路的设计,三菱PLC 梯形图,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.2 继电器控制电路转换法,已有一套能完成系统要求的控制功能并经过验证的控制电路图，可以直接转换成PLC梯形图。,对照PLC的I/O端子接线图，将继电器电路图上的被控器件（如接触器线圈、指示灯、电磁阀等）换成接线图上对应的输出点的编号，将电路图上的输入装置（如传感器、按钮开关、行程开关等）触点都换成对应的输入点的编号。 将继电器电路图中的中间继电器、定时器，用PLC的辅助继电器、定时器来代替。 画出全部梯形图，并予以简

8、化和修改。,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.2 继电器控制电路转换法,控制原理：按下启动按钮SB2,KM1、KM3、KT通电并自保，电动机接成Y型起动，2s后，KT动作，使KM3断电，KM2通电吸合，电动机接成型运行。按下停止按扭SB1，电动机停止运行。,【例9-3】电动机Y/降压起动控制主电路和电气控制,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.2 继电器控制电路转换法,（2）I/O分配 输入 输出 停止按钮SB1：I0.0 KM1：Q0.0 起动按钮SB2：I0.1 KM2：Q0.1 过载保护FR： I0.2 KM3：Q0.2,【例9-3】电动机Y/降压起

9、动控制主电路和电气控制,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.2 继电器控制电路转换法,（3）梯形图程序,【例9-3】电动机Y/降压起动控制主电路和电气控制,（2）I/O分配 输入 输出 停止按钮SB1：I0.0 KM1：Q0.0 起动按钮SB2：I0.1 KM2：Q0.1 过载保护FR： I0.2 KM3：Q0.2,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.2 继电器控制电路转换法,（4）梯形图简化,【例9-3】电动机Y/降压起动控制主电路和电气控制,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.3 逻辑设计法,同继电器控制电路逻辑设计法 以布尔代数为理论

10、基础，根据生产过程中各工步之间的各个检测元件（如行程开关、传感器等）状态的变化，列出检测元件的状态表，确定所需的中间记忆元件，再列出各执行元件的工序表，然后写出检测元件、中间记忆元件和执行元件的逻辑表达式，再转换成梯形图。,【例9-3】：PLC交通灯控制系统 实验二：城市交通灯的PLC控制（设计性）,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,经验设计法和翻译法设计梯形图时,没有一套固定的方法和步骤可以遵循,特别是在设计机床复杂控制系统的梯形图时,常要用大量的中间单元来完成记忆、连锁和互锁的功能,需要考虑的因素很多。 逻辑设计法对设计者的要求较高，所以不易掌握。

11、顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序,在不同的输入信号作用下,根据内部状态和时间的顺序,使生产过程中的每个执行机构自动有步骤地进行操作。,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,根据系统的工艺过程,设计出顺序功能图。 顺序功能图( Sequential Function Chart简称SFC),是设计PLC的顺序控制程序的主要工具。 顺序功能图主要由步、动作、转换、转换条件、有向连线组成。 顺序功能图中,步表示将一个工作周期划分的不同连续阶段,当转换实现时,步便变为活动步，同时该步对应的动作被执行。,2020/7/2,（1）顺序结构 （2）分支结构 选择性分支

12、 并发性分支 （3）循环结构,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,SFC的基本结构,2020/7/2,1）起保停电路的顺序控制设计法 2）以转换为中心的顺序控制设计法 3）使用SCR指令的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,三种比较常用的顺序控制设计法,针对某机械厂的专用钻床用来同时加工直径不同的大小两个孔, 以西门子公司S7-200 PLC为例，实例来介绍PLC梯形图的三种顺序控制设计法。,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,顺序控制设计法实例,开始自动运行之前两个钻头在最上面,即上限位开关I0.3

13、和I0.5为ON； 工件放好后,按下起动按钮I0.0,工件被加紧后两只钻头同时开始工作； 当钻头钻到由限位开关I0.2和I0.4设定的深度时,分别上行到起始位置； 当两钻头都上升到起始位置后,工件被松开,当松开到位后,加工结束,系统返回初始状态。,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,顺序控制设计法实例,顺序功能图,I0.0 启动 I0.1 完全夹紧 Q0.0 执行夹紧 I0.7 完全松开 Q0.5 执行放松,放松,夹紧,2020/7/2,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,顺序控制设计法实例,1. 起保停电路的顺序控制设计法,起保停电路

14、即起动保持停止电路,是在梯形图设计中应用比较广泛的一种电路。 工作原理：当输入信号的常开触点接通,输出信号的线圈得电,同时使输入信号进行“自锁”或“自保持”,即输入信号的常开触点失去作用。,2020/7/2,1. 起保停电路的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,2020/7/2,1. 起保停电路的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,2020/7/2,2. 以转换为中心的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,在以转换为中心的编程方法中,用该转换的所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的

15、触点或电路串联,该串联电路作为梯形图中起保停电路的起动电路。用它来控制对后续步存储器位的置位(使用置位指令S)和前级步存储器位的复位(使用复位指令R) 。,2020/7/2,2. 以转换为中心的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,2020/7/2,2. 以转换为中心的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,2020/7/2,2. 以转换为中心的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,2020/7/2,2. 以转换为中心的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,20

16、20/7/2,2. 以转换为中心的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,输出,2020/7/2,3. 使用SCR指令的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,为了方便编制复杂的顺序控制梯形图,各种型号的PLC都有顺序控制指令,西门子S7 - 200PLC中的顺序控制继电器( SCR)指令,2020/7/2,3. 使用SCR指令的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,装载顺序控制继电器指令(LSCR)表示一个SCR 段的开始,顺序控制继电器结束指令( SCRE)用来表示SCR段的结束,而顺序控制继

17、电器转换指令( SCRT)用来表示SCR 段之间的转换,即步的活动状态的转换。,顺序控制程序被顺序控制继电器指令(LSCR)划分为LSCR与SCRE指令之间的若干个SCR段,一个SCR段对应于SFC中的一步,每一个SCR 段都应有SCRT、SCR、SCRE。,2020/7/2,3. 以转换为中心的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,夹紧,将M置换为S,2020/7/2,大转头,3. 以转换为中心的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,转孔,将M置换为S,上升,2020/7/2,小转头,3. 以转换为中心的顺序控制设计法,9.

18、2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,转孔,将M置换为S,上升,2020/7/2,3. 以转换为中心的顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,将M置换为S,松开,2020/7/2,4. 三种顺序控制设计法,9.2 PLC程序设计方法,9.2.4 顺序控制设计法,（1） 起保顺序控制设计法,是一种通用的设计方法,它使用的仅是PLC中最基本的指令,对于任何顺序控制系统的梯形图都可以用此方法进行设计；,（2）以转换为中心的顺序控制设计法,是一种规律性比较强的设计方法,它较好的体现了SFC中的转换原则,具有编程简单、思路清晰、便于阅读的特点,尤其是对于复杂

19、的顺序控制系统。 该方法使用的是置位指令( S)和复位指令(R) ,而对于各种型号的PLC一般都具有,因此这种设计方法的通用性也比较好。 不允许输出位的线圈与置位指令和复位指令并联,必须用表示步的存储器位的常开触点或它们的并联电路去驱动,因此梯形图中的语句条数比较多,程序的执行时间长一些；,（3）SCR指令顺序控制设计法,是一种专门性的设计方法。对于不同型号的PLC具有不同的步进指令,它们之间目前还不能实现功能互换。但是,它是一些PLC自带的一种设计方法,使用它在设计复杂的顺序控制系统时,可有效的减小内存占用的空间,减少程序的执行时间,提高PLC输入输出的响应速度。,1）起保停电路的顺序控制设

20、计法 2）以转换为中心的顺序控制设计法 3）使用SCR指令的顺序控制设计法 在熟练掌握以上三种方法的基础上,应针对不同的顺序控制系统,考虑PLC的响应速度,系统的复杂程度以及设计的效率等因素,去选择合适的设计方法。,2020/7/2,9.3 PLC应用实例,1.控制要求,按下按钮SB1，三相异步电动机 M 正转，或按下SB2电动机反转，按下按钮SB0电动机自然停车。工作过程中按下SB4，电动机能实现快速准确制动。,9.3.1 三相异步电动机正、反转、制动PLC控制,2020/7/2,9.3 PLC应用实例,2. I/O分配,9.3.1机械手的模拟控制系统,输入 输出 自然停车SB3: I0.0

21、 正转KM1: Q0.1 正转启动SB1: I0.1 反转KM2: Q0.2 反转启动SB2: I0.2 制动KM3: Q0.3 准确制动SB4: I0.3 速度信号KV： I0.4 热继电器FR: I0.5,2020/7/2,9.3 PLC应用实例,3. 主电路设计,9.3.1机械手的模拟控制系统,2020/7/2,9.3 PLC应用实例,4、PLC连线,9.3.1 三相异步电动机正、反转、制动PLC控制,2020/7/2,9.3 PLC应用实例,5、程序设计,9.3.1 三相异步电动机正、反转、制动PLC控制,2020/7/2,9.3 PLC应用实例,5、程序设计,9.3.1 三相异步电动机正、反转、制动PLC控制,LD I0.1 O Q0.1 A I0.0 A I0.4 AN Q0.2 AN Q0.3 = Q0.1,LD I0.2 O Q0.2 A I0.0 A I0.4 AN Q