PLC控制系统设计.ppt

第7章PLC控制系统设计与应用实例,7.1PLC控制系统设计的内容和步骤7.2PLC控制系统的硬件配置7.3PLC控制系统梯形图程序的设计7.4顺序控制梯形图的设计方法7.5PLC在工业控制系统中的典型应用实例,7.1PLC控制系统设计的内容和步骤,7.1.1PLC控制系统设计的内容7.1.2PLC控制系统设计的步骤,7.1.1PLC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整个设计的依据。2选定PLC的型号及所需的输入/输出模块，对控制系统的硬件进行配置。3编制PLC的输入/输出分配表和绘制输入/输出端子接线图。4根据系统设计的要求编写软件规格要求说明书，然后再用相应的编程语言常用梯形图进行程序设计。5设计操作台、电气柜，选择所需的电气元件。6编写设计说明书和操作使用说明书。,7.1.2PLC控制系统设计的步骤,1.系统规划2.硬件设计3.软件设计4.系统调试5.技术文件编制,图7-1PLC控制系统设计的步骤,7.2PLC控制系统的硬件配置,7.2.1PLC机型的选择7.2.2开关量I/O模块的选择7.2.3模拟量I/O模块的选择7.2.4智能模块的选择,7.2.1PLC机型的选择,性能与任务相适应PLC的处理速度应满足实时控制的要求PLC机型尽可能统一指令系统,1.性能与任务相适应,,对控制速度要求不高的开关量控制系统，选用小型PLC。对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带D/A转换的模拟输出模块，配接相应的传感器、变送器和驱动装置，并且选择运算功能较强的小型PLC。西门子公司的S7-200、S7-1200PLC在进行小型数字、模拟混合系统控制时具有较高的性能价格比，实施起来也较为方便。对于比较复杂、控制功能要求较高的应用系统，如需要PID调节、闭环控制、通信联网等功能时，可选用中、大型PLC，如西门子公司的S7-300、S7-400。,2.提高PLC快速响应的几点措施,1选择CPU速度比较快的PLC，使执行一条基本指令的时间不超过0.5μs。2优化应用软件，缩短扫描周期。3采用高速响应模块，其响应的时间不受PLC周期的影响，而只取决于硬件的延时。,3.PLC机型尽可能统一,,一个大型企业，应尽量做到机型统一。因为同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理，这不仅使模块通用性好，减少备件量，而且给编程和维修带来极大的方便，也给扩展系统升级留有余地；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；其外部设备通用，资源可共享，配以上位计算机后，可把控制各独立系统的多台PLC连成一个多级分布式控制系统，相互通信，集中管理。,4.指令系统,1指令系统的总语句数。2指令系统种类。3指令系统的表达方式。4应用软件的程序结构。,7.2.2开关量I/O模块的选择,1.开关量输入模块的选择2.开关量输出模块的选择,1.开关量输入模块的选择,1选择工作电压等级。2选择模块密度。3门坎电平。,2.开关量输出模块的选择,1输出方式的选择。2输出电流的选择。,7.2.3模拟量I/O模块的选择,1.模拟量输入模块的选择2.模拟量输出模块的选择,1.模拟量输入模块的选择,1模拟量值的输入范围。2模拟量输入模块的分辨率、输入精度、转换时间等参数指标应符合具体的系统要求。3在应用中要注意抗干扰措施。,2.模拟量输出模块的选择,,模拟量输出模块的输出类型有电压输出和电流输出两种，输出范围有010V、10V、020mA等。模拟量输出模块的输出精度、分辨率、抗干扰措施等都与模拟量输入模块的情况类似。S7-200PLC提供了EM2314路模拟量输入模块、EM2314路输入热电偶、EM2312路热电阻RTD、EM2322路模拟量输出模块、EM2354输入/1输出组合模块，可根据实际需要选用。,7.2.4智能模块的选择,,一般的智能模块包括PROFIBUS-DP模块如EM277模块、工业以太网模块如CP243-1、CP243-1IT、调制解调器模块如EM241模块、定位模块如EM253模块等。需要注意一般智能模块价格比较昂贵，而有些功能采用一般I/O模块也可以实现，只是要增加软件的工作量，因此应根据实际情况决定取舍。,7.3PLC控制系统梯形图程序的设计,7.3.1经验设计法7.3.2顺序控制设计法与顺序功能图,7.3.1经验设计法,1.考虑不周、设计麻烦、设计周期长2.梯形图的可读性差、系统维护困难,图7-2运料小车控制系统,7.3.2顺序控制设计法与顺序功能图,1.顺序功能图2.顺序功能图的基本结构3.顺序功能图法,1.顺序功能图,1步与动作2有向连线3转换和转换条件,图7-3顺序功能图举例,2.顺序功能图的基本结构,1单序列结构2选择序列结构3并行序列结构,1单序列结构,,单序列由一系列相继激活的步组成。每步的后面仅有一个转换条件，每个转换条件后面仅有一步，如图7-4所示。,图7-4单序列结构,2选择序列结构,,选择序列的开始称为分支。某一步的后面有几个步，当满足不同的转换条件时，转向不同的步，如图7-5a所示。选择序列的结束称为合并。几个选择序列合并到同一个序列上，各个序列上的步在各自转换条件满足时转换到同一个步，如图7-5b所示。,图7-5选择序列的分支与合并,并行序列的开始称为分支。当转换的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并行序列。它们被同时激活后，每个序列中的活动步的进展将是独立的，如图7-6a所示。并行序列中，水平连线用双线表示，用以表示同步实现转换。并行序列的分支中只允许有一个转换条件，并标在水平双线之上。并行序列的结束称为合并。在并行序列中，处于水平双线以上的各步都为活动步，且转换条件满足时，同时转换到同一个步，如图7-6b所示。并行序列的合并只允许有一个转换条件，并标在水平双线之下。,3并行序列结构,图7-6并行序列的分支与合并,3.顺序功能图法,,顺序功能图法首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图，然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中，实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始，步之间没有重叠。这使系统中大量复杂的联锁关系在步的转换中得以解决。而对于每步的程序段，只需处理极其简单的逻辑关系。因而这种编程方法简单易学、规律性强,设计出的控制程序结构清晰、可读性好，程序的调试、运行也很方便，可以极大地提高工作效率。S7-200PLC采用顺序功能图法设计时，可用置位/复位S/R指令、顺序控制继电器SCR指令、移位寄存器SHRB指令等实现编程。,7.4顺序控制梯形图的设计方法,7.4.1置位、复位指令编程7.4.2顺序控制继电器指令编程7.4.3具有多种工作方式的顺序控制梯形图设计方法,7.4.1置位、复位指令编程交通灯控制,1.控制要求2.输入、输出信号地址分配3.设计顺序功能图和梯形图程序,1.控制要求,1接通起动按钮后，信号灯开始工作，南北向红灯、东西向绿灯同时亮。2东西向绿灯亮25s后，闪烁3次1s/次，接着东西向黄灯亮，2s后东西向红灯亮，30s后东西向绿灯又亮如此不断循环，直至停止工作。3南北向红灯亮30s后，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3次1s/次，接着南北向黄灯亮，2s后南北向红灯又亮如此不断循环，直至停止工作。,图7-7交通信号灯控制示意图,2.输入、输出信号地址分配,表7-1交通信号灯控制I/O地址分配表,图7-8I/O接线图,3.设计顺序功能图和梯形图程序,图7-9交通信号灯控制顺序功能图,图7-10交通信号灯梯形图程序,7.4.2顺序控制继电器指令编程深孔钻组合机床,1.深孔钻组合机床控制要求2.I/O信号地址分配和接线图3.画出顺序功能图4.由顺序功能图设计梯形图,1.深孔钻组合机床控制要求,,刀具进退与行程开关示意图如图7-11所示。在起始位置O点时，行程开关SQ1被压合，按起动按钮SB2，电动机正转起动，刀具前进。退刀由行程开关控制，当动力头依次压在SQ3、SQ4、SQ5上时电动机反转，刀具会自动退刀，退刀到起始位置时，SQ1被压合，退刀结束，又自动进刀，直到三个过程全部结束。,图7-11深孔钻组合机床工作示意图,2.I/O端子接线图,图7-12深孔钻控制I/O接线图,3.顺序功能图,,根据深孔钻组合机床工作示意图，可画出顺序功能图如图7-13所示。,图7-13深孔钻顺序功能图,4.由顺序功能图设计梯形图,,图7-14深孔钻控制梯形图,7.5PLC在工业控制系统中的典型应用实例,7.5.1节日彩灯的PLC控制7.5.2恒温控制,7.5.1节日彩灯的PLC控制,1.彩灯闪烁一般控制方法环形分配器原理2.环形分配器法编程3.编写彩灯“花式”节拍输出分配表程序,1.彩灯闪烁一般控制方法环形分配器原理,图7-23环形分配器示意“钟”,表7-3节日彩灯“步进单闪”花式节拍输出分配表,表7-4节日彩灯“奇偶跳变”花式节拍输出分配表,2.环形分配器法编程,1时基2单步环形移位3“长针”周期触发、“短针”单步环形移位,3.编写彩灯“花式”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.恒温控制的基本思路2.数据的变换与处理3.设计梯形图程序,1.恒温控制的基本思路,,图7-25温度控制系统硬件示意图,2.数据的变换与处理,1数据输入变换过程2控制量输出变换过程,图7-26420mA模拟量变换坐标,3.设计梯形图程序,1主程序OB1网络1将温度信号输入值转换成025600存入VW162，以及再转换成0100℃范围并存入VW170，该温度值可用于数码显示或后面的“比较器”数值比较。2子程序0SBR0初始化变量存储器，其中VD160、VW170开机清零；VW180置最大输出调控量3200020mA；VW182置0输出调控量4mA。3子程序1SBR1填写除给定值以外其他PID回路表参数。4中断0INT0完成以下功能①将VW162以上16位补0成为双字整数，再划为实数，并除以25600.0使之成为0.01.0的过程变量PVn；②I0.0置1时PID回路指令有效；③将0.01.0的输出转换成025600的整数，再加6400，成为640032000的输出，其中还有上/下限幅，当失调温度超过设定值5℃时，输出6400，反之低于5℃时，输出32000。（具体程序见教材）,本章小结,本章主要介绍了PLC控制系统设计的内容和步骤；PLC控制系统的硬件配置方法。重点介绍了梯形图程序的设计方法，包括经验设计法和顺序控制设计法。介绍了顺序功能图的结构和应用方法，并通过典型的应用实例来介绍顺序控制梯形图的设计方法、步骤和内容。通过学习，应掌握顺序功能图和顺序控制设计法的设计步骤，能进行简单的控制系统的设计，包括统计输入/输出信号点数和类型，进行合理的机型选择，画出输入输出接线图，画出顺序功能图，设计出梯形图程序并进行调试。完成一定数量的习题。,