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1、第七章 PLC的控制系统设计,学习目的：学习PLC控制系统的设计方法，提高实际 应用的能力。学习内容：综合PLC硬件及软件知识，联系工业控制 的实际，介绍小型PLC控制系统设计方法。学习要求：（1）了解 PLC控制系统设计的内容和步骤。（2）掌握PLC控制系统硬件配置的方法。（3）掌握PLC应用程序设计方法及其设计技巧。（4）结合工业控制中的应用实例的设计，提高实际应用能力。,PLC控制系统设计的内容和步骤,一、PLC控制系统设计的内容（1）分析被控对象，明确设计任务和要求（2）选择PLC的型号及所需的输入/输出模 块，配置系统硬件（3）编制PLC输入/输出分配表和绘制输入/输出端子接线图（4
2、）根据系统对控制的要求设计用户程序（5）设计操作台、电气柜，选择所需的电 器元件（6）编写设计说明书和操作使用说明书,二、PLC控制系统设计的步骤,图7-1 PLC控制系统设计步骤,工作过程：系统启动后在原位进行装料，15s后停止装料，小车右行。右行至SQ2处停止，进行卸料。10s后卸料停止，小车左行。,图77 运料小车顺序功能图,系统的工作过程分解为：第一步装料 第二步右行 第三步卸料 第四步左行,图7-6 运料小车运行示意图,图7-8 I/O接线图,表71,小车在原位装料15s,小车右行,卸料10s,小车左行,停车后返回初始状态,（2）置位、复位（S、R）指令编程,图7-10 步进控制程序
3、功能图,（3）移位寄存器（SHRB）指令编程,图7-14 四台电动机顺序启动I/O接线图,表7-3,图7-13四台电机顺序启动的顺序功能图,四台电动机顺序起动，同时停止。,（1）输入“继电器”的状态由外部输入设备的开关信号驱动，程序不能随意改变它。（2）梯形图中同一编号的“继电器线圈”只能出现一次，通常不能重复使用，但是它的接点可以无限次地重复使用。下列情况允许出现双线圈输出：1）置位和复位指令；2）在用顺序功能图法设计的控制程序中。,三、梯形图程序编写规则,图7-16 梯形图的合理画法,（不合理）,（3）几个串联支路相并联，应将触点多的支路安排在上面；几个并联回路的串联，应将并联支路数多的安
4、排在左面。按此规则编制的梯形图可减少用户程序步数、缩短程序扫描时间，如下图所示。,（合理）,（1）先编制I/O分配表，后设计梯形图（2）合理排列梯形图，使输入、输出响应滞后现象不影响实际响应速度。,四、程序设计过程中应注意的几个问题,图7-19 PLC的重大安全部分作硬件处理,（3）高速计数器指令、高速脉冲输出指令尽量放在整个用户程序的前部。（4）在PLC输入端子接线图中，对于同一个发信元件通常只需选其中某一接点（例常开接点或常闭点）接入输入端子，即对一个发信元件它只能占一个输入地址编号。（5）从安全考虑，重大安全部分不接入PLC的输入端而作硬件处理。,第四节 PLC应用程序基本环节及设计技巧
5、,一、PLC应用程序基本环节,（一）电机的启动与停止控制程序,表7-4,图7-21 停止优先梯形图,图7-22 起动优先梯形图,同时按下起动和停止按钮，停止优先,（五）通电禁止输出程序,（六）闪烁控制程序,在复电时，有些设备是不允许立即恢复工作的，不然会发生严重事故。SM0.3接通一个扫描周期。,（七）定时器、计数器的扩展,1、定时器串联扩展计时范围,2、定时器、计数器串联扩展计时范围,图7-31 定时器串联使用,图7-32 定时器计数器串联使用,从I2.0接通后到Q2.0有输出，共延时T(3000030000)0.1s6000s,T3000.030000s9107s,3、计数器串联扩展计数范
6、围,若输入信号I0.3是一个光电脉冲，从第一个工件产生的光电脉冲，到输出线圈Q3.0有输出，共计数N30000300009108个工件。,图7-33 数器串联使用,设计一个计数范围为50000的计数器。,用自复位定时器设计一个周期为5s，脉宽为一个扫描周期的脉冲串信号。,第五节 PLC在工业控制中的应用,一、深孔钻组合机床的PLC控制,2、系统配置 S7-200CPU222单机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点，选用AC/DC/DC继电器输出的主机，构成一个独立的单机控制系统，该系统完全能满足上述控制要求。,1、机型选择（1）I/O点数统计：输入8点（SB1、SB2、SB3、SB4、SQ
7、1、SQ3、SQ4、SQ5）；输出2点（KM1、KM2），控制电动机的正反转。SB3为正向调整点动按钮，SB4为反向调整点动按钮。（2）估算PLC用户程序长度：为I/O总点数的（1020）倍，大约135字节，选用S7-200CPU222 AC/DC/DC继电器输出的PLC即能满足要求。,（三）深孔钻控制I/O接线图,停止,起动,原位行程开关,A点退刀行程开关,B点退刀行程开关,C点退刀行程开关,正向调整点动按钮,反向调整电动按钮,钻头前进,钻头后退,（四）画出顺序功能图,（五）由顺序功能图设计梯形图,步1和步2对应的梯形图,步3、步4的梯形图,步5、步6的梯形图,进、退刀动作对应的梯形图,点动
8、对应的梯形图,注意：（1）钻头进刀和退刀是由电机正转和反转实现的，电机的正、反转切换是使用两个接触器KM1（正转）、KM2（反转）切换三相电源中的任意两相。（2）为防止由于电源换相所引起的短路事故，减少换相对电机的冲击，软件上采用了换相延时措施，梯形图中的T37、T38的延时时间应设在0.5s内。同时在硬件电路上也采取了互锁措施。I/O接线图中的FR用于过载保护。（3）为便于调整，程序中备有点动控制功能。,现有四台电动机M1、M2、M3、M4，要求四台电动机顺序启动和顺序停车。启动时的顺序为M1M2M3M4，时间间隔为1分钟。停车的时间间隔为30秒。可选用S7-200PLC（CPU222）进行
9、控制。,二、四台电动机顺序启、停控制,第五节 PLC在工业控制中的应用,顺序功能图,起动电动机M1,初始状态，置S1.1=1,起动电动机M2,起动电动机M3,起动电动机M4,停止电动机M1,按停止按钮后，转换到SCR（S1.5）段,停止电动机M2,停止电动机M3,停止电动机M4,三、四台电动机的顺序起、停控制（二）,现有4台电动机M1、M2、M3、M4，要求4台电动机顺序起动和顺序停车。起动时顺序为M1M2M3M4，时间间隔为1min。停车时的顺序为M4M3M2M1，时间间隔为30秒。要求：用移位寄存器（SHRB）指令设计梯形图。,系统清0程序,启动/停止控制,首次扫描时SM0.1=1，M0.
10、0、M0.1、VB100清零（初始状态）,按起动按钮（I0.1）后，M0.01,按停止按钮（I0.0）后，M0.11,M0.11，程序跳转到入口0,顺序起动控制程序,顺序起动电动机M1、M2、M3、M4,顺序停止控制程序,顺序停止电动机M4、M3、M2、M1,四、节日彩灯的PLC控制,表7-11 节日彩灯动作时序表,用PLC实现对节日彩灯的控制，结构简单、变幻形式多样、价格低。彩灯形式及变幻尽管花样繁多，但其负载不外乎三种：长通类负载、变幻类负载及流水类负载。,MW0=16#0001M0.0M0.7；M1.0M1.7,0.5s脉冲发生,五、十字路口交通信号灯PLC控制,（一）交通信号灯设置示意图,（二）控制要求（1）按通起动按钮后，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后南北向红灯亮如此不断循环，直至停止工作。,图7-49 交通信号灯设置示意图,（三）交通信号灯时序图,（四）I/O分配表及I/O接线图,表7-12 I/O分配表,（五）程序设计,要求使用触点比较指令编写如图所示的交通灯控制。,
