PLC(孙同景)第七章 PLC控制系统的设计.ppt

PLC原理及应用,第七章PLC控制系统的设计,第七章PLC控制系统的设计,7.1PLC应用系统的总体设计7.2PLC应用系统的硬件设计与选型7.3PLC应用系统的程序设计7.4控制系统设计举例,7.1PLC应用系统的总体设计,图7.1.1可编程控制器应用系统的设计步骤,1．熟悉控制对象，确定控制范围,,详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液、气之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求。比如需要完成的动作动作顺序、动作条件、必须的保护和连锁等、操作方式手动、自动、连续、单周期、单步等等。根据系统的控制要求及现场的控制安全可靠级别要求确定控制总体方案，拟定设计任务书。,7.1PLC应用系统的总体设计,1．熟悉控制对象，确定控制范围,,至此应明确1．PLC控制系统类型由PLC构成的单机控制系统。由PLC构成的集中控制系统。由PLC构成的分布式控制系统。用PLC构成远程I／0控制系统。2．系统的运行方式手动运行方式。半自动运行方式。自动运行方式。,7.1PLC应用系统的总体设计,2.确定输入／输出设备，选择PLC,根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如按钮、操作开关、限位开关、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行元件等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。,根据控制点数和控制任务的复杂程度选择PLC，包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。,7.1PLC应用系统的总体设计,3.系统硬件设计和软件编程,1.分配I/O点画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表。2.设计PLC外围硬件线路画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。,7.1PLC应用系统的总体设计,4.程序设计,1）程序设计根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容（1）初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。（2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。（3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。,7.1PLC应用系统的总体设计,4.程序设计,2.程序模拟调试程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟生产现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据生产现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法。,7.1PLC应用系统的总体设计,5.硬件实施,硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。2设计系统各部分之间的电气互连图。3根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。,7.1PLC应用系统的总体设计,6.联机调试,联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。,7.1PLC应用系统的总体设计,7.整理和编写技术文件,技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书。,7.1PLC应用系统的总体设计,PLC控制应用系统的设计中还应包含的几个方面可靠性设计2安全性设计3标准化设计,7.1PLC应用系统的总体设计,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,1．控制结构和方式的选择由PLC构成控制系统有以下几种方式单机控制系统是指用一台PLC控制一台设备或多台设备，控制的输入/输出点数比较少，属于一种小系统。有的文献称之为集中控制系统。该系统一般多用于各控制对象所处地理位置较集中，且相互之间的动作存在一定的顺序关系的情况下，适合于简单的流水线控制。,2远程I/O系统是指当各控制对象地理位置比较分散，输入/输出线要引入控制器时，可采用I/O模块组成的远程I/O系统。远程I/O主单元通过I/O通道号可正确地操作远程I/O点，输入/输出通道分配在现场的几个区域内，适合于被控对象远离中控室的工业现场。3分布式控制系统是指采用几台PLC分别独立控制某些设备，各PLC之间、PLC与上位机之间通过数据通信线相连组成的系统，也叫分散型控制系统。这种系统多用于多台生产线的控制，并且控制某设备的PLC如果停运的话，不影响其他设备，适合于控制规模较大的工业现场。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,1．控制结构和方式的选择,2．PLC机型的选择,目前市场上的PLC产品众多，除国产品牌外，国外有日本的OMRON德国的SIEMENS，韩国的LG等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高，这是众多技术人员选用PLC的重要原因。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,2．PLC机型的选择,PLC选型的基本原则是所选PLC能够满足控制系统的功能需要。一般从系统控制功能、PLC物理结构、指令和编程方式、PLC存储量和响应时间、通信联网功能等几个方面综合考虑。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,2．PLC机型的选择,1、系统规模首先应根据要求的输入、输出点数确定系统用PLC单机控制，还是用PLC形成网络。并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量（10）。2、确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,2．PLC机型的选择,3、存储容量与速度尽管国外各厂家的PLC产品大体相同，但也有一定的区别。目前还未发现各公司之间完全兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同，而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的PLC价格就越高，但应该根据系统的大小合理选用PLC产品。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,2．PLC机型的选择,4、编程器的选购PLC编程可采用三种方式一是用一般的手持编程器编程，它只能用商家规定语句表中的语句编程。这种方式效率低，但对于系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低。二是用图形编程器编程，该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高。三是用计算机加PLC软件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试。因此，应根据系统的大小与难易，开发周期的长短以及资金的情况合理选购PLC产品。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,5、尽量选用大公司的产品其质量有保障，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于你的产品扩展与软件升级。,,2．PLC机型的选择,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,3．I/O点数的估算,表7.2.1常用电气元件所需PLC的I/O点数,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,4．输入回路的设计,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,1、电源回路PLC供电电源一般为AC85240V（也有DC24V），适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、11隔离变压器等）。2、PLC上DC24V电源的使用各公司PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时要注意容量，同时作好防短路措施（因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行）。3、外部DC24V电源若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源；但该电源的“”端不要与PLC的DC24V的“”端以及“COM”端相连，否则会影响PLC的运行。,4．输入回路的设计,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,4、输入的灵敏度各厂家对PLC的输人端电压和电流都有规定，如日本三菱公司F7n系列PLC的输入值为DC24V、7mA，启动电流为4.5mA，关断电流小于1．5mA。因此，当输入回路串有二极管或电阻；有并联电阻或有漏电流时，就有可能有误动作，灵敏度下降，对此应采取措施。另一方面，当输入器件的输入电流大于PLC的最大输入电流时，也会引起误动作，应采用弱电流的输入器件，并且选用输人为共漏型输入的PLC。,5．输出回路的设计,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,1、各种输出方式之间的比较继电器输出优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达2A／点；但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至几百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms。晶闸管输出带负载能力为0.2A/点，只能带交流负载，可适应高频动作，响应时间为1ms。晶体管输出最大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为0.2ms左右，但它只能带DC530V的负载，最大输出负载电流为0.5A/点，但每4点不得大于0.8A,5．输出回路的设计,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,1、各种输出方式之间的比较当你的系统输出频率为每分钟6次以下时，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。当频率为10次／min以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用PLC输出驱动达林顿三极管（510A），再驱动负载，可大大减小,5．输出回路的设计,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,2、抗干扰与外部互锁当PLC输出带感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。当两个物理量的输出在PLC内部已进行软件互锁后，在PLC的外部也应进行互锁，以加强系统的可靠性。3、“COM“点的选择不同的PLC产品，其“COM”点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带2个或1个输出点的。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“COM”点带12个输出点的PLC产品；当负载数量多而种类少时，采用一个“COM”点带48个输出点的PLC产品。这样会对电路设计带来很多方便，每个“COM”点处加一熔丝，12个输出时加2A的熔丝，48点输出的加510A的熔丝，因PLC内部一般没有熔丝。,5．输出回路的设计,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,4、PLC外部驱动电路对于PLC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路可以用三极管驱，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二极管（LED）指示。印制板应做成插拔式，易于维修。PLC的输入输出布线也有一定的要求，请看各公司的使用说明书。,输入模块将现场设备如按钮开关的信号进行检测并转换成PLC机内部的电平信号，它按电压分为交流式和直流式，按电路形式分为汇点输入式和分隔输入式。选择输入模块时应考虑输入信号电压的大小，信号传输的距离长短，是否需要隔离及采用何种方式隔离，内部供电还是外部供电等问题。输出模块把PLC内部信号转换为外部过程的控制信号，以驱动外部负载。输入/输出模块是可编程序控制器与被控对象之间的接口，按照输入/输出信号的性质一般可分为开关量或数字量和模拟量模块。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,6.输入/输出模块的选择,开关量模块包括输入模块和输出模块，有交流、直流和TTL电平三种类型。开关量输入模块按输入点数分为4、8、16、32、64等，按电压等级分为直流24V、48V、60V和交流110V、230V等。模块密度要根据实际需要来选择，一般以每块16～64点为好。如果是长距离传输通信，开关量输入模块的门坎电平也是不容忽视的一个因素。直流开关量输入模块的延迟时间较短，可直接与接近开关、光电开关等电子装置相连。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,6.输入/输出模块的选择,开关量输出模块按输出点数分有16、32、64点，按输出方式分有继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。选择的输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。对于频繁通断、低功率因数的感性负载，应采用无触点开关器件，即选用晶闸管输出交流输出或晶体管输出直流输出，其价格较高。继电器输出属于有触点器件，其优点是适应电压的范围宽，价格便宜，但存在寿命短、响应速度较慢的缺点。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,6.输入/输出模块的选择,模拟量模块也包括输入模块和输出模块。模拟量输入模块把来自于传感器或变送器的电压、压力、流量、位移等电量或非电量转变为一定范围内的电压或电流信号，所以它分为电压型和电流型。电流型又分为0～20mA、4～20mA两种，电压型分为1～5V、-10V～10、0～5V等多种型号。通道有2、4、8、16个。在选用时应注意外部物理量的输入范围，模拟通道循环扫描的时间和信号的连接方式。一般来说，电流型的抗干扰能力优于电压型。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,6.输入/输出模块的选择,模拟量输出模块能输出被控设备所需的电压或电流，它的电压型和电流型的型号与模拟量输入模块的大体相似选用输出模块驱动执行机构时，中间有可能要增加必要的转换装置，同时还要注意信号的统一性和阻抗的匹配性。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,6.输入/输出模块的选择,对于小的系统，如80点以内的系统．一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。各公司的扩展模块种类很多，如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模块、高速输入模块等。PLC的这种模块化设计为用户的产品开发提供了方便。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块的数量都有限制，当扩展仍不能满足要求时，可采用网络结构；有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编制时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请看相关的技术手册。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,7.扩展模块的选用,当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多。首先你应选用自己较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适应你的实时要求。另外，对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要考虑。最后，还要向PLC的商家寻求网络设计和软件技术支持及详细的技术资料，至于选用几层工作站，依你的系统大小而定。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,8.PLC的网络设计,响应时间包括输入滤波时间、输出滤波时间和扫描周期。PLC的程序扫描工作方式决定了它不能可靠地接收持续时间小于扫描周期的输入信号。为此，需要选取扫描速度高的PLC来提高对输入信号的接收准确性。扫描速度是用执行指令所需要的时间来估算的，单位是ms/k字。大多数机器的性能指标中都给出了扫描速度的具体数值。,9.估算系统对PLC响应时间的要求,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,对于慢速大系统，如大型料场、码头、高炉、轧钢厂的主令控制等可选用多台中小型PLC或低速网络进行控制；对于快速实时控制，如高速线材、中低速热连轧等速度控制可选择运行速度快的CPU、功能强的大型PLC或高速网络来满足信息快速交换的要求。需要注意的是，一定要保证最长的扫描周期要小于系统电气状态改变的时间，这样才能使系统正常工作。,9.估算系统对PLC响应时间的要求,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,PLC的程序存储器容量通常以字或步为单位。用户程序所需存储器容量可以预先估算。一般情况下用户程序所需存储的字数可按照如下经验公式来计算①开关量输入输出系统输入用户程序所需存储的字数输入点总数10输出用户程序所需存储的字数输出点总数8②模拟量输入输出系统每一路模拟量信号大约需要120字的存储容量，当模拟输入和输出同时存在时，应有所需内存字数模拟量路数250,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,10.对程序存储器容量的估算,③定时器和记数器系统所需内存字数定时器/记数器数量2④含有通信接口的系统多指PLC网络系统所需存储字数通信接口个数300另外，根据系统控制要求的难易程度也可采用另一种方法进行估算，采用的计算公式如下程序容量＝K总输入/输出点数对于简单控制系统来说，K6；若为普通系统，则K8；若为较复杂系统，则K10；若为复杂系统，则K12。,7.2PLC应用系统的硬件设计与选型,10.对程序存储器容量的估算,7.3PLC应用系统的程序设计,7.3.1可编程序控制器应用程序设计语言,1．梯形图LadderDiagram程序设计语言梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果，每个梯级是一个因果关系，梯级中描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。,梯形图程序设计语言的特点是1与电气原理图相对应，直观、形象和实用；2与原有继电器逻辑控制技术相一致，电气技术人员易于掌握和学习；3梯形图中的能流PowerFlow不是实际意义的物理电流，而是“概念“电流；内部的继电器也不是实际存在的继电器，每个继电器和输入接点都是存储器中的一位，因此梯形图中的继电器接点在编制用户程序时能无限使用，可常开又可常闭；4梯形图中的输入接点和输出线圈不是物理接点和线圈。用户程序的逻辑解算结果可马上为后面的程序所利用。,7.3.1可编程序控制器应用程序设计语言,2．助记符BooleanMnemonic程序设计语言助记符程序设计语言是用助记符来描述程序的一种程序设计语言，与计算机中的汇编语言非常相似。所谓助记符语言编程就是用一个或几个容易记忆的字符代表PLC的某种操作功能。助记符语言也可称为命令语句表达式语言，它的一般格式为操作码＋操作数或操作码＋标识符＋参数其中，操作码用来指定CPU要执行的功能；操作数内包含执行该操作所必需的信息。,7.3.1可编程序控制器应用程序设计语言,助记符程序设计语言具有下列特点1采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握的特点；2在编程器的键盘上采用助记符表示，便于键入，可在无计算机的场合下进行编程设计；3与梯形图有一一对应的关系，电气技术人员对程序易于理解和检查；4在编程支路的元素数量不受限额。这种方法也存在对较复杂控制系统设计较难描述清楚的缺点。,7.3.1可编程序控制器应用程序设计语言,3．功能表图SequentialFunctionChart程序设计语言,功能表图主要由步、有向连线、转移、转换条件和动作或命令组成。最基本的思想是将控制系统的一个工作周期分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步；实际上步就是工位的某一个状态，它由PLC的内部元件来代表。步是以输出量的状态变化来划分的，一般用矩形框表示，框中的数字是该状态的编号，原始状态“0“状态用双线框表示。,7.3.1可编程序控制器应用程序设计语言,3．功能表图SequentialFunctionChart程序设计语言,两个相邻状态之间的有向线段代表转移，系统从当前步进入下一步的信号称为转移条件，用与转移线段垂直的短线表示。短线旁的文字、图形符号或逻辑表达式标明转移条件的内容。转移条件可能来自外部输入信号或PLC内部产生的信号。用转移条件控制代表各步的编程元件，使它们的状态按一定的顺序变化，然后去控制各输出继电器。动作或命令就是状态框旁与之对应的各步内容的文字描述，可用矩形框将它们围起来，以短线连接到状态框。,7.3.1可编程序控制器应用程序设计语言,功能表图程序设计语言的特点是1以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通；2对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间；3两个步或转移不能直接相连，必须用一个转移或步将它们隔离；4初始步必不可少，一般对应于系统等待启动的初始状态；5仅当某一步所有的前级步都是活动步时，该步才有可能变成活动步，只有在活动步的命令和操作被执行后，系统才对活动步后的转移进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较用其他语言编制的程序的扫描时间要大大缩短。,7.3.1可编程序控制器应用程序设计语言,4．功能模块图FunctionBlock程序设计语言,功能模块图程序设计语言的特点是1以功能模块为单位，功能模块用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性；2适用于控制规模较大、控制关系较复杂的系统，它将控制功能的关系较清楚地表达出来，因此编程和组态时间可以缩短，调试时间也能大大减少；3由于每种功能模块需要占用一定的内存，功能模块的执行需要一定的执行时间，因此这种设计语言在大中型可编程序控制器和集散控制系统的编程和组态中才被采用。,7.3.1可编程序控制器应用程序设计语言,结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描述语句来描述的一种程序设计语言，它是一种类似于高级语言的程序设计语言。在大中型的可编程序控制器系统中，常采用结构化语句描述程序设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。集散控制系统的编程和组态也常使用这种语言。结构化语句描述程序设计语言采用计算机的描述语句来描述系统中各种变量之间的运算关系，完成用户所需的功能和操作。大多数PLC制造厂商采用的语句描述程序设计语言与BASIC语言、C语言等高级语言相类似。,7.3.1可编程序控制器应用程序设计语言,5．结构化语句描述StructuredText程序设计语言,结构化程序设计语言具有下列特点1采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；2常被用于其他语言如功能模块图等较难实现的一些控制功能的方案实施，例如自适应控制功能的实现。该方法也存在对编程人员的技能要求较高，普通电气人员无法完成，直观性和易操作性较差等缺点。,7.3.1可编程序控制器应用程序设计语言,5．结构化语句描述StructuredText程序设计语言,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,利用各种典型控制环节和基本单元控制电路，依靠经验直接用PLC设计电气控制系统，来满足生产机械和工艺过程的控制要求的设计方法称为经验设计法。使用该法设计用户程序时可以大致按下面几步来进行分析控制要求、选择控制原则；设计主令元件和检测元件，确定输入/输出信号；设计执行元件的控制程序；检查、修改和完善程序。,1．经验设计法,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,在设计执行元件的控制程序时，一般又可分为以下几个步骤按所给的要求将生产机械的运动分成各自独立的简单运动，分别设计这些简单运动的基本控制程序；根据制约关系，选择连锁触点，设计连锁程序；根据运动状态选择控制原则，设计主令元件、监测元件及继电器等；设置必要的保护措施。,1．经验设计法,【例1】如图所示，有一送料车自动循环送料。小车处于起始位置时，CK0闭合；系统启动后，小车在起始位置装料，20秒后向右运动，到CK1位置时，CK1闭合；小车下料后再返回起始位置，再用20秒的时间装料，其后向右运动到CK2位置，此时CK2闭合；小车下料后返回起始位置。以后重复上述过程，直至有复位信号输入。,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,1．经验设计法,送料小车工作示意图,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,1．经验设计法,小车的工作循环过程如下启动→装料→第一次向右运动（CK1）→第一次返回→第二次装料→第二次向右运动（CK2）→第二次返回→,根据小车的工作循环过程可以画出CK0、CK1、CK2及定时器的时间关系图。因为小车在第一次到达CK1时要改变运动方向，而第二次和第三次到达CK1时不改变运动方向，所以可以利用计数器的计数功能来决定到达CK1时是否要改变小车的运动方向。定时器用来记录装料时间。由经验设计法可知小车控制属于一种双向控制，非常适合采用PLC控制。其PLC控制的I/O分配如表7.3.1所示。,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,1．经验设计法,表7.3.1送料小车控制系统I/O分配表,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,1．经验设计法,图7.3.2送料小车控制梯形图,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,1．经验设计法,①中间辅助继电器20000作为系统工作允许继电器，启动信号00009使20000置“ON”，复位信号00010使之置“OFF”。只有当20000为“ON”时，小车才能循环工作，当20000为“OFF”时，小车回到起始位置后停止工作。,②小车位于CK0时，开始定时装料，20秒后定时器接通，小车右行即01000得电。当小车离开CK0时，定时器TIM000复位，但01000的自锁功能使之仍得电，小车仍右行。,③小车行至CK1时，计数器减一，由于CK1的常闭触点断开，使01000失电，小车停止右行。,④小车停止右行使中间继电器20001失电产生一个脉冲，使01002得电即小车左行。01002的自锁功能使得小车左行直至达到CK0位置。,⑤定时器重新定时，小车第二次装料，之后小车右行，均与第一次相同。但是当小车行至CK1时，计数器减一至零，使CNT001的常开触点接通，所以此时小车继续右行直至达到CK2位置，CK2的常闭触点断开，01000失电，小车停止右行，再次改变为左行。,⑥左行过程中经过CK1位置时使计数器复位，为下一次循环作准备。小车左行至CK0位置停止，等待下一次循环。,,逻辑设计方法的基本含义是以逻辑组合的方法和形式设计电气控制系统。这种设计方法既有严密可循的规律性和明确可行的设计步骤，又具有简便、直观和十分规范的特点。布尔助记符程序设计语言常采用这类设计方法。从某种意义上说，PLC是“与”、“或”、“非”三种逻辑线路的组合体，而梯形图程序的基本形式也是“与”、“或”、“非”的逻辑组合。当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表示出来后，实现该逻辑函数功能的线路也随之确定，并进一步由梯形图直接写出对应的指令语句程序。,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,2．逻辑设计法,进行设计一般可分为下面几步①首先明确控制任务和控制要求，通过分析工艺过程绘制工作循环和检测元件分布图，取得电气执行元件功能表。②详细地绘制电控系统状态转换表通常由输出信号状态表、输入信号状态表、状态转换主令表和中间记忆装置状态表四部分组成，状态转换表可全面、完整地展示电控系统各部分、各时刻的状态和状态之间的联系及转换，它是进行电控系统的分析和设计的有效工具。,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,2．逻辑设计法,③进行逻辑设计，列出中间记忆元件的逻辑函数表达式和执行元件的逻辑函数表达式，这两个函数表达式，既是生产机械或生产过程内部逻辑关系和变化规律的表达形式，又是构成电控系统实现目标的具体程序。如果设计者需要使用梯形图程序作为一种过渡，或者选用的PLC编程器也具有图形输入的功能，则也可以首先由逻辑函数式转换为梯形图程序；④完善和补充程序，包括手动调整工作方式的设计、手动工作方式的选择、自动工作循环、保护措施等。,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,2．逻辑设计法,状态流程图又叫SFC或状态转移图，它是完整的描述控制系统的工作过程、功能和特性的一种图形，是分析和设计电控程序的重要工具。所谓“状态”是指特定的功能，因此状态的转移实际上就是控制系统的功能的转移。状态流程图能清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。SFC适合于顺序控制的标准化语言，利用状态流程图进行程序设计就是顺序控制设计法，它具有简单、规范、通用的优点，不仅使梯形图设计变得容易，大大节约设计时间，而且初学者容易掌握，有一定的方法和步骤可遵循。,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,3．状态流程图设计方法,1状态流程图的组成,图7.3.3流程图,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,3．状态流程图设计方法,状态流程图从结构上来分，可分为以下几种①单序列结构。这种结构的功能表图没有分支，每个步后只有一个步，步与步之间只有一个转换条件。②选择性序列结构。③并发性序列结构。④循环性结构。⑤复合性结构。,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,3．状态流程图设计方法,2状态流程图的类型,图7.3.4选择性序列结构的状态流程图,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,3．状态流程图设计方法,图7.3.5并发性序列结构的状态流程图,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,3．状态流程图设计方法,状态流程图编程的步骤分为以下几步①把整个系统的工作过程划分为若干个清晰的阶段，每个阶段称为步完成一定任务的操作；②确定各步之间的转换条件，它是系统由前一步转入下一步的基础，经常以PLC输入点或其他元件定义状态转换条件，当转换条件的实际内容不止一个时，每个具体内容定义一个PLC元件编号，并以逻辑组合的形式表现为有效转换条件；③根据前两步画出系统的状态流程图。有了状态流程图，利用不同的指令就能设计出相应的梯形图，支持顺序控制指令的执行；④写出程序清单，完成PLC控制系统应用程序的设计。,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,3．状态流程图设计方法,【例2】某台自动清洗机，该机的动作如下按下启动按钮时，打开喷淋阀门，同时清洗机开始移动；当检测到物体到达清洗机时，启动旋转刷子开始清洗汽车；当检测到物体离开清洗机时，停止清洗机移动，停止刷子旋转并关闭阀门；当按下停止开关时，任何时候都可以停止所有的动作。,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,3．状态流程图设计方法,表7.3.2自动清洗机的I/O分配表,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,3．状态流程图设计方法,图7.3.6自动清洗机的SFC图,7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法,3．状态流程图设计方法,图7.3.7自动清洗机的梯形图,7.4控制系统设计举例,7.4.1植物灌溉的PLC控制系统根据不同植物生长的特点和要求，对灌溉系统提出以下控制功能要求A区有两小块采用喷雾，每喷2分钟，停5分钟，工作时间要求每天7点开始，17点停止；B区采用旋转式喷头进行喷灌，分为两组喷灌工作，每组每工作5分钟，停20分钟，每天9点开始，14点停止；C区也分为两组，交替工作，每隔2天灌溉一天。考虑到系统的可靠性和经济性，要求系统有手动控制和自动控制功能。系统在自动或手动工作方式时，能自动或手动控制供水水泵的运行与停止和各电磁阀的开关；如果遇到阴雨天会自动停止对沙床苗圃和盆栽花卉的灌溉。温室滴灌不仅要受时间控制，而且要求具有温度、湿度测控功能，即温度、湿度达到某一控制点就报警并改变程序的运行方式。,根据上述控制对象的工作过程，在A区、B区、C区分别设4个、2个、2个电磁阀，分别控制不同作物的灌溉，用1个继电器控制供水的水泵。为了避免意外事故或故障的发生，系统设有声光报警系统。本系统只有数字开关量的输入而无模拟量的输入，凭可编程控制器本身的抗干扰能力已能满足要求。该植物灌溉控制属于一个典型的PLC控制系统。为了系统能正常运行，特设计报警灯和报警器试验按钮，系统每次运行前可进行检查。系统的具体设计过程如下,7.4控制系统设计举例,植物灌溉的PLC控制系统,1I/O点数的估算系统输入信号自动/手动选择开关，需要1个输入端；报警器和报警灯试验有一个按钮，占有一个输入端；自动工作方式时，总开、总停按钮需要2个输入端；故障报警消音按钮，需要1个输入端；1个雨量传感器，需要1个输入端；4只湿度传感器，需要4个输入端；4只温度传感器，需要4个输入端。以上共需14个输入信号点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留出15的备用点，即14152.1，取3个点，这样共需用17个输入点。,7.4控制系统设计举例,植物灌溉的PLC控制系统,系统输出信号A、B、C三个灌溉区共有8个电磁阀，需用8个输出端；一台水泵，需用1个控制输出端；系统自动和手动指示、水泵运行指示，需要三个输出端；温度、湿度报警和报警器分别占用一个输出端。以上共需要15个输出点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留出15的备用点，即15152.3，取3个点，这样共需用18个输出点。,7.4控制系统设计举例,植物灌溉的PLC控制系统,2用户应用程序占用内存大小的估算用户应用程序占用多少内存与I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等因素有关，因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，此应用程序占用内存的大小可作如下估算开关量输入1510150字节；开关量输出188144字节；定时器/计数器10323272字节。共计366字节，再加上程序存储空间和备用存储空间，初步估计共需1K字节。,7.4控制系统设计举例,植物灌溉的PLC控制系统,3PLC型号的选择因为本系统是对开关量进行控制的应用系统，而且对控制速度要求也不高，所以可选用完全能满足该控制要求的、由日本OMRON公司生产的CPM2A系列40点编程控制器。,7.4控制系统设计举例,植物灌溉的PLC控制系统,4系统I/O点的分配,表7.4.1CPM2AI/O分配表,7.4控制系统设计举例,植物灌溉的PLC控制系统,图7.4.1输入/输出端子接线图a输入端子接线图,7.4控制系统设计举例,植物灌溉的PLC控制系统,图7.4.1输入/输出端子接线图b输出端子接线图,7.4控制系统设计举例,植物灌溉的PLC控制系统,5系统软件的设计该系统软件可以按各区功能编制不同的模块进行设计，主要包括主程序、A区、B区、C区和报警区模块。可以先设计系统逻辑梯形图，然后编写程序，并进行系统模拟调试，没有错误后再投入现场试运行，最终使系统设计满足用户的控制要求。,7.4控制系统设计举例,植物灌溉的PLC控制系统,图7.4.2系统梯形图,图7.4.2续图,PLC原理及应用,第八章编程工具及人机界面,一、编程工具,C系列PLC的编程工具有编程器和CX-One软件系统。编程器可直接安装在PLC的CPU上，对PLC进行编程和调试，是C系列PLC应用最广泛的编程工具。特别是在PLC未与上位计算机构成网络的情况下，必须用编程器作为编程工具。CX-One软件系统是在个人计算机上运行的一个工具软件包，它具有编程器的全部功能，既可离线编程又可在线编程，直接使用梯形图进行编程和监控，使用灵活方便。,一、编程工具,1、编程器简介,C系列PLC有两类三种编程器一类为图形式编程器，直接利用梯形图进行程序输入；另一类为助记符编程器，利用梯形图语句表实现程序输入。助记符式编程器一种为水平直插式，另一种为手持式。这两种编程器的键盘、操作方法、实现