plc控制系统设计.ppt
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1、1.PLC控制系统设计概述控制系统设计概述逻逻辑辑设设计计法法时时序序图图设设计计法法经经验验设设计计法法顺顺序序控控制制设设计计法法继电器控制电路转换设计法继电器控制电路转换设计法多种工作方式系统的程序设计多种工作方式系统的程序设计2.PLC控制系统设计概述控制系统设计概述一、一、PLC控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤1.对控制任务作深入的调查研究对控制任务作深入的调查研究弄清哪些是弄清哪些是PLC的输入信号,是模拟量还是开关的输入信号,是模拟量还是开关量信号,用什么方式来获取信号;量信号,用什么方式来获取信号;哪些是哪些是PLC的输出信号,通过什么执行元件去的输出信号,通过什么
2、执行元件去驱动负载;驱动负载;弄清整个工艺过程和欲完成的控制内容,;弄清整个工艺过程和欲完成的控制内容,;3.了解运动部件的驱动方式,是液压、气动了解运动部件的驱动方式,是液压、气动还是电动;还是电动;了解系统是否有周期运行、单周期运行、了解系统是否有周期运行、单周期运行、手动调整等控制要求等;手动调整等控制要求等;了解哪些量需要监控、报警、显示,是否了解哪些量需要监控、报警、显示,是否需要故障诊断,需要哪些保护措施等;需要故障诊断,需要哪些保护措施等;了解是否有通信连网要求等。了解是否有通信连网要求等。4.2.确定系统总体设计方案确定系统总体设计方案在深入了解控制要求的基础上,确定电气控制总
3、在深入了解控制要求的基础上,确定电气控制总体方案。体方案。确定主回路所需的各电器,确定输入、输出元确定主回路所需的各电器,确定输入、输出元件的种类和数量;件的种类和数量;3.确定系统的确定系统的硬件构成硬件构成确定保护、报警、显示元件的种类和数量;确定保护、报警、显示元件的种类和数量;计算所需计算所需PLC的输入的输入/输出点数,并参照其他要输出点数,并参照其他要求选择合适的求选择合适的PLC机型。机型。5.4确定确定PLC的输入的输入/输出点分配输出点分配确定各输入确定各输入/输出元件并作出输出元件并作出PLC的的I/O分配表。分配表。根根据据控控制制要要求求,拟拟订订几几个个设设计计方方案
4、案,经经比比较较后后选择出最佳编程方案。选择出最佳编程方案。当控制系统较复杂时,可分成多个相对独立的子当控制系统较复杂时,可分成多个相对独立的子任务,分别对各子任务进行编程,最后将各子任任务,分别对各子任务进行编程,最后将各子任务的程序合理地连接起来。务的程序合理地连接起来。5设计应用程序设计应用程序6.6应用程序的调试应用程序的调试编编写写的的程程序序必必须须先先进进行行模模拟拟调调试试。经经过过反反复复调调试试和和修修改,使程序满足控制要求。改,使程序满足控制要求。在开始制作控制柜及控制盘之前,要画出电气控制在开始制作控制柜及控制盘之前,要画出电气控制主回路电路图。主回路电路图。7制做电气
5、控制柜和控制盘制做电气控制柜和控制盘要全面地考虑各种保护、连锁措施等问题。要全面地考虑各种保护、连锁措施等问题。在控制柜布置和敷线时,要采取有效的措施抑制各在控制柜布置和敷线时,要采取有效的措施抑制各种干扰信号。种干扰信号。要注意解决防尘、防静电、防雷电等问题。要注意解决防尘、防静电、防雷电等问题。7.8连机调试程序连机调试程序调调试试前前要要制制定定周周密密的的调调试试计计划划,以以免免由由于于工工作作的的盲盲目性而隐藏了故障隐患。目性而隐藏了故障隐患。程程序序调调试试完完毕毕,必必须须运运行行实实际际一一段段时时间间,以以确确认认程程序是否真正达到控制要求。序是否真正达到控制要求。9编写技
6、术文件编写技术文件整整理理程程序序清清单单并并保保存存程程序序,编编写写元元件件明明细细表表,整整理理电电气气原原理理图图及及主主回回路路电电路路图图,整整理理相相关关的的技技术术参参数数,编编写控制系统说明书等。写控制系统说明书等。8.二、二、PLC的应用程序的应用程序1应用程序的内容应用程序的内容应能最大限度地满足控制要求。应能最大限度地满足控制要求。(1)初始化程序。)初始化程序。将将某某些些数数据据区区清清零零;使使某某些些数数据据区区恢恢复复所所需需数数据据;对某些输出位置位对某些输出位置位/复位;显示某些初始状态等。复位;显示某些初始状态等。初始化程序可以为系统启动作好必要的准备,
7、如:初始化程序可以为系统启动作好必要的准备,如:应用程序还应包括以下内容:应用程序还应包括以下内容:9.(2)检测、故障诊断、显示程序。)检测、故障诊断、显示程序。这些内容可以在程序设计基本完成时再进行添加。这些内容可以在程序设计基本完成时再进行添加。有时,它们也是相对独立的程序段。有时,它们也是相对独立的程序段。(3)保护、连锁程序。其作用为:)保护、连锁程序。其作用为:杜杜绝绝由由于于非非法法操操作作等等引引起起的的逻逻辑辑混混乱乱,保保证证系系统统安安全、可靠地运行。全、可靠地运行。通常在通常在PLC外部也要设置连锁和保护措施。外部也要设置连锁和保护措施。10.2应用程序的质量应用程序的
8、质量(1)程序的正确性。)程序的正确性。正确的程序必须能经得起系统运行实践的考验。正确的程序必须能经得起系统运行实践的考验。(2)程序的可靠性。)程序的可靠性。能能保保证证系系统统在在正正常常和和非非正正常常(短短时时掉掉电电、某某些些被被控控量量超超标标、某某个个环环节节有有故故障障等等)情情况况下下都都能能安安全全可可靠靠地运行。地运行。能能保保证证在在出出现现非非法法操操作作(如如按按动动或或误误触触动动了了不不该该动动作的按钮等)情况下不至于出现系统失控。作的按钮等)情况下不至于出现系统失控。11.(3)参数的易调整性好。)参数的易调整性好。经经常常修修改改的的参参数数,在在程程序序设
9、设计计时时必必须须考考虑虑怎怎样样编编写写才能易于修改。才能易于修改。(4)程序结构简练。)程序结构简练。简简练练的的程程序序,可可以以减减少少程程序序扫扫描描时时间间、提提高高PLC对对输入信号的响应速度。输入信号的响应速度。(5)程序的可读性好。)程序的可读性好。12.逻逻辑辑设设计计法法根根据据控控制制功功能能,将将输输入入与与输输出出信信号号之之间间建建立立起起逻辑函数关系(可先列出逻辑状态表);逻辑函数关系(可先列出逻辑状态表);对上述所得的逻辑函数进行化简或变换;对上述所得的逻辑函数进行化简或变换;对对化化简简后后的的函函数数,利利用用PLC的的逻逻辑辑指指令令实实现现其其函数关系
10、(作出函数关系(作出I/O分配,画出分配,画出PLC梯形图);梯形图);逻辑设计法的基本步骤逻辑设计法的基本步骤添加特殊要求的程序。添加特殊要求的程序。上机调试程序,进行修改和完善。上机调试程序,进行修改和完善。13.逻逻辑辑设设计计法法举举例例之一之一某系统中有某系统中有3台通风机,欲用一台指示灯显示通风机台通风机,欲用一台指示灯显示通风机的各种运行状态。的各种运行状态。要求:要求:2台及台及2台以上风机开机时,指示灯常亮;若台以上风机开机时,指示灯常亮;若只有一个台开机时,指示灯以只有一个台开机时,指示灯以0.5Hz的频率闪烁;全的频率闪烁;全部停机时,指示灯以部停机时,指示灯以2Hz的频
11、率闪烁。用一个开关控的频率闪烁。用一个开关控制系统的工作。制系统的工作。分析控制要求可知:分析控制要求可知:反映台风机运行状态的信号是反映台风机运行状态的信号是PLC的输入信号;的输入信号;要用要用PLC的输出信号来控制指示灯的亮、灭。的输出信号来控制指示灯的亮、灭。14.对逻辑关系简单的控制,可以直接进行对逻辑关系简单的控制,可以直接进行I/O分配。分配。I/O分配为如下:分配为如下:输输入入输输出出风机风机1 风机风机2风机风机3控制开关控制开关指示灯指示灯00000 00001 00002000030100015.用辅助继电器用辅助继电器2000020002表示指示灯的几种状态。表示指示
12、灯的几种状态。输输 入入 输输 出出000000000100002200002000120002000001010011001010010100100101110111010100100100由表可看出:由表可看出:20001=2000020002常亮常亮2Hz闪闪0.5Hz闪闪风机风机1风机风机3风机风机2设开机为设开机为1、停为、停为0;指示灯亮和闪为;指示灯亮和闪为1,灭为,灭为0。20000=000000000100002+000000000100002000000000100002+00000000010000220002=00000000010000216.将将2000020002
13、的逻辑表达式化简:的逻辑表达式化简:化简得:化简得:20000=0000000001+0000000002+000010000220002=00000000010000220001=200002000220000=000000000100002+000000000100002000000000100002+00000000010000217.设计梯形图程序设计梯形图程序20002=00000000010000220000=0000000001+0000000002+000010000220001=2000020002常亮常亮控制开关控制开关2Hz闪闪0.5Hz闪闪000030000100002
14、2000020002200010100000000000020000000001000000000100002200002000220001TIM00020002TIM002TIM001TIM000#0010TIM001#0010TIM00020000aTIM003#0003TIM002TIM002#0002TIM003a18.逻逻辑辑设设计计法法举举例例之二之二某系统中有某系统中有4台通风机,欲用两台指示灯显示通台通风机,欲用两台指示灯显示通风机的各种运行状态。风机的各种运行状态。要求:要求:3台及台及3台以上风机开机时,绿灯常亮;两台台以上风机开机时,绿灯常亮;两台开机时,绿灯以开机时,绿
15、灯以5Hz的频率闪烁;一台开机时,红灯的频率闪烁;一台开机时,红灯以以5Hz的频率闪烁;全部停机时,红灯常亮。的频率闪烁;全部停机时,红灯常亮。分析控制要求得知:分析控制要求得知:反映各台风机运行状态的信号是反映各台风机运行状态的信号是PLC的输入信号;的输入信号;要用要用PLC的输出信号来控制各指示灯的亮、灭。的输出信号来控制各指示灯的亮、灭。上述几种运行情况可分开考虑,以简化程序设计。上述几种运行情况可分开考虑,以简化程序设计。19.本例,用本例,用A、B、C、D表示表示4台通风机,红灯为台通风机,红灯为F1,绿灯为绿灯为F2;设灯亮为;设灯亮为“1”、灯灭为、灯灭为“0”;风机开为风机开
16、为“1”、停为停为“0”。1.1.红灯(红灯(F1)常亮的程序设计)常亮的程序设计当当4台风机都不开机时,红灯常亮,其台风机都不开机时,红灯常亮,其逻辑关系可列表为:逻辑关系可列表为:由表可得函数:由表可得函数:F1=ABCD(1)ABCDF1由式(由式(1)可画出梯形图如下:)可画出梯形图如下:ABCDF10000120.2.绿灯(绿灯(F2)常亮的程序设计)常亮的程序设计ABCDF20111110111110111110111111能引起绿灯常亮的情况有能引起绿灯常亮的情况有5种,列逻辑状态表如下:种,列逻辑状态表如下:由此得逻辑函数为:由此得逻辑函数为:将式(将式(2)化简为:)化简为:
17、F2=AB(D+C)+CD(A+B)(3)F2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD(2)根据式(根据式(3)画梯形图:)画梯形图:F2CABDACDB21.3.红灯(红灯(F1)闪烁的程序设计)闪烁的程序设计ABCDF100011001010100110001根据红灯闪烁的情况列表如下(根据红灯闪烁的情况列表如下(设闪烁为设闪烁为“1”“1”):):由表得逻辑函数为:由表得逻辑函数为:将式(将式(4)化简为:)化简为:F1=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD(4)根据式(根据式(5)画梯形图:)画梯形图:F1CDAB25501CDABCDABF1=AB(CD+CD)+CD(A
18、B+AB)()(5)25501产生产生5Hz的脉冲的脉冲22.4.绿灯(绿灯(F2)闪烁的程序设计)闪烁的程序设计ABCDF20011101011011011001110101211001根据绿灯闪烁的情况列表如下(根据绿灯闪烁的情况列表如下(设闪烁为设闪烁为“1”“1”):):由此得逻辑函数为:由此得逻辑函数为:将式(将式(6)化简为:)化简为:F2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD(6)F2=(AB+AB)(CD+CD)+ABCD+ABCD(7)23.F2=(AB+AB)(CD+CD)+ABCD+ABCD(7)根据式(根据式(7)画梯形图如下:)画梯形图如下:F2
19、ABCD25501ABCDABCDABCD24.5.根据所选用的根据所选用的PLC机型,作出机型,作出I/O分配分配表。用表。用PLC的的I/O点编号替换梯形图中的变量。点编号替换梯形图中的变量。(1)作)作I/O分配表(本例使用的分配表(本例使用的PLC是是CPM1A):):输输入入输输出出ABCDF1F2001010010200103001040110101102(2)将上面各梯形图中的)将上面各梯形图中的A、D、C、D、F1、F2用用表中的表中的PLC输入输入/输出点编号替换。输出点编号替换。作其梯形图如下:作其梯形图如下:ABCDF10010100102001030010401101F
20、1=ABCD25.下面以红灯的程序为例说明合并的方法。下面以红灯的程序为例说明合并的方法。00101001020010300104F1F100103001040010100102255010010300104001010010200103001040010100102 6.综合几个综合几个梯形图,得出最后的程序。梯形图,得出最后的程序。两张图的合并应作如图处理。两张图的合并应作如图处理。照此处理绿灯及整个照此处理绿灯及整个程序。程序。红灯的程序红灯的程序7.上机调试程序,进上机调试程序,进一步修改、完善。一步修改、完善。26.时时序序图图设设计计法法若若PLC各各输输出出信信号号的的状状态态变
21、变化化有有一一定定的的时时间间顺顺序,可由时序图入手进行程序设计。序,可由时序图入手进行程序设计。(1)根根据据各各输输入入、输输出出信信号号之之间间的的时时序序关关系系,画画出出输输入和输出信号的工作时序图。入和输出信号的工作时序图。(2)把把时时序序图图划划分分成成若若干干个个区区段段,确确定定各各区区段段的的时时间间长长短短。找找出出区区段段间间的的分分界界点点,弄弄清清分分界界点点处处各各输输出出信号状态的转换关系和转换条件。信号状态的转换关系和转换条件。一般方法为:一般方法为:27.(3)确确定定所所需需的的定定时时器器个个数数,分分配配定定时时器器号号,确确定定各定时器的设定值。各
22、定时器的设定值。(4)明明确确各各定定时时器器开开始始定定时时和和定定时时到到两两个个时时刻刻各各输输出信号的状态。最好作一个状态转换明细表出信号的状态。最好作一个状态转换明细表。(5)作作PLC的的I/O分配表。分配表。(6)根根据据时时序序图图、状状态态转转换换明明细细表表和和I/O分分配配表表,画画出出PLC梯形图。梯形图。(7)作模拟实验,进一步修改、完善程序。作模拟实验,进一步修改、完善程序。28.时序图设计法举例时序图设计法举例图图为为十十字字路路口口上上的的红红、黄黄、绿绿交交通通信信号号灯灯。绿绿灯灯亮亮放放行行、红红灯亮禁行。灯亮禁行。控制要求:控制要求:放行时间:南北方向为
23、放行时间:南北方向为30秒,东西方向为秒,东西方向为20秒。秒。禁行预告:欲禁行方向的黄灯和欲放行方向的红灯禁行预告:欲禁行方向的黄灯和欲放行方向的红灯以以5Hz的频率闪烁的频率闪烁5秒,秒,5秒后另一个方向放行。秒后另一个方向放行。只用一个控制开关对系统进行运行控制。只用一个控制开关对系统进行运行控制。南南北北西西东东29.(1)分析控制要求,确定输入和输出信号。)分析控制要求,确定输入和输出信号。原原则则:在在满满足足控控制制要要求求的的前前提提下下,应应尽尽量量少少占占用用PLC的的I/O点数。点数。对对本本例例,由由控控制制开开关关输输入入的的信信号号是是输输入入信信号号;指指示示灯灯
24、的亮、灭由的亮、灭由PLC的输出信号控制。的输出信号控制。由由于于同同方方向向的的同同色色灯灯在在同同一一时时间间亮亮、灭灭,可可将将同同色色灯灯并联,用一个输出信号控制。这样只占并联,用一个输出信号控制。这样只占6个输出点。个输出点。南南北北西西东东30.(2)画出各方向三色灯的工作时序图。)画出各方向三色灯的工作时序图。5s5s南北黄灯南北黄灯南北绿灯南北绿灯30s30s5s东西红灯东西红灯5s20s20s东西绿灯东西绿灯东西黄灯东西黄灯5s5s南北红灯南北红灯20s5s20s5s启启动动t0t1t2t3t4一个循环一个循环一个循环一个循环(3)由时序图分析各输出信号之间的时间关系。)由时
25、序图分析各输出信号之间的时间关系。红红灯灯和和绿绿灯灯常常亮亮的的时时间间相相同同(30s/20s);黄黄灯灯和和红红灯灯闪闪烁烁的的时间相同(时间相同(5s)。31.一个循环有一个循环有4个时间分界点:个时间分界点:t1、t2、t3、t4。在这在这4个分界点处信号灯的状态将发生变化。个分界点处信号灯的状态将发生变化。5s5s南北黄灯南北黄灯南北绿灯南北绿灯30s30s5s东西红灯东西红灯5s20s20s东西绿灯东西绿灯东西黄灯东西黄灯5s5s南北红灯南北红灯20s5s20s5s启启动动t0t1t2t3t4(4)确定信号灯的状态转换点。)确定信号灯的状态转换点。32.用用TIM000TIM00
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