《可编程序控制器的控制系统设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可编程序控制器的控制系统设计.ppt（63页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
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。,第一节 PLC控制系统设计的内容和步骤,设计原则1.最大限度地满足被控对象对生产工艺的要求。2.力求控制系统安全、可靠、优质、经济。3.应考虑到今后控制规模的发展和工艺的改进。,设计内容,1拟定控制系统设计的技术条件
2、。2选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构。3选择PLC机型和扩展模块，配置系统硬件；4编制PLC的输入/输出分配表、绘制输入/输出端 子接线图；5根据实际系统对控制的要求设计用户程序；6设计操作台、电气柜，选择所需的电器元件。7编写设计说明书和操作使用说明书。根据具体控制对象，上述内容可适当调整。,设计步骤,(一)分析控制对象(二)PLC系统的硬件配置(三)程序设计(四)输入程序并调试程序(五)程序固化,第二节 PLC控制系统的硬件配置,一、选择PLC机型 在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比。1I/O点数的估算2用户存储器容量的估算（依据点数，考虑扩充）3CPU性能的选
3、择二、开关量I/O模块的选择三、模拟量I/O模块的选择四、智能I/O模块的选择,第三节 PLC控制系统应用程序的设计,PLC系统硬件配置后，可进行应用程序设计。PLC应用程序的设计是软、硬件知识的综合应用，有时硬件设计与应用程序设计可同时进行。,一、程序设计的步骤,1系统框图设计2 I/O分配编号3设计应用程序4程序调试5编写程序说明书,自来水厂的系统框图,二、应用程序的设计方法,应用程序设计过程中，应正确选择能反映生产过程的变化参数作为控制参数（控制变量）进行控制（例如：取水泵站的控制选用水位作控制变量）；应正确处理各执行电器、各编程元件之间的互相制约、互相配合的关系，即联锁关系（例，水不能
4、溢出水池）。PLC应用程序的设计方法有多种，常用的设计方法有经验设计法、顺序功能图法等。,（一）经验设计法,经验设计法要求设计者具有较丰富的实践经验，掌握较多的典型应用程序的基本环节。根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验选择基本环节，并把它们有机地组合起来。其设计过程是逐步完善的，一般不易获得最佳方案，程序初步设计后，还需反复调试、修改和完善，直至满足被控对象的控制要求。,（二）顺序功能图法,1顺序功能图SFC(Sequential Function Chart)所谓顺序控制，使生产过程按生产工艺要求预先安排的顺序自动地进行生产控制。例：运料小车的往返控制。,顺序功能图的基本结构,2.依据
5、步之间的进展形式，顺序功能图有以下几种 基本结构：(1)单序列结构(2)选择序列结构(自学)（3）并行序列结构(自学)(4)子步（microstep）(自学),1.单序列结构,单序列由一系列相继激活的步组成。每一步的后面仅有一个转换条件，每一个转换条件后面仅有一步。,2选择序列结构,分支,合并,3 并行序列结构,分支,合并,4子步（microstep）,简略形式,子步,顺序功能图法,经验设计法的设计方法不规范，没有一个普遍的规律可遵循，具有一定的试探性和随意性。由于联锁关系复杂，用经验设计法进行设计一般难于掌握，且设计周期较长，设计出的程序可读性差，即使有经验的工程师阅读它也很费时。同时，给日
6、后产品的使用、维护带来诸多不便。与经验设计法相比，顺序功能图法有着明显的优势。,什么是顺序功能图法？,定义：顺序功能图法就是依据顺序功能图设计PLC顺序控制程序的方法。基本思想：是将系统的一个工作周期分解成若干个顺序相连的阶段，即“步”。,顺序功能图法的优势,顺序功能图中的各“步”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。对于每一步的程序段，只需处理极其简单的逻辑关系。编程方法简单、易学，规律性强。程序结构清晰、可读性好，调试方便。工作效率。,顺序功能图法的设计步骤,SFC（Sequential Function
7、Chart）是基于工艺流程的高级语言,其理论基础是Petri Net理论.参见郝丽娜，刘兴刚编著计算机仿真技术及CAD(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)设计步骤：1.根据实际系统的工艺流程，设计顺序功能图2.依据顺序功能图设计顺序控制程序。,顺序功能图法设计举例,根据工艺流程设计顺序功能图 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,（1）设计顺序功能图,运料小车顺序功能图,（2）设计顺序控制程序（梯形图）,依据顺序功能图设计梯形图。设计步骤：（1）对各输入、输出信号进行编址，列出输入、输出信号分配表。,I/O分配表,（2）画出可编程序控制器I/O端子接线图,（
8、3）依据顺序功能图设计梯形图,编程时，对应顺序功能图中的每一个“步”，组成一个SCR程序段。4步 4个SCR段 每一个SCR程序段都由LSCR n、SCRT、SCRE指令构成。,编程步骤：（对照顺序功能图）,先设置初始步（在初始状态下启动）编制第一SCR程序段的程序。编制第二SCR程序段的程序。编制第三SCR程序段的程序。编制第四SCR程序段的程序。编制系统停止工作的程序。,初始步 第一SCR程序段,第二SCR程序段,第三SCR程序段,第四SCR程序段,注意：,系统停止后，应使所有的输出线圈（S0.1S0.4，Q0.0Q0.3）复位，返回初始状态。保证系统再次启动时，从“初始步”开始。,课外作
9、业与实验,对照顺序功能图分析运料小车控制程序（梯形图）的工作原理，并上机调试。,四台电机顺序启动的顺序功能图,四台电机顺序启动I/O接线图,三、梯形图程序编写规则,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。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，如下页图所示。4.程序的编写按照从左到右，从上到下的顺序。一个梯形始于左母线，终于右母线。线圈与右母线直接
10、相连。,四、程序设计过程中应注意的几个问题,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。3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。4.合理接入输入信号的触点（常开或常闭触点），提高设 备可靠性安全性。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。6应保证有效输入信号的电平保持时间。7PLC指令的执行条件有信号电平有效和跳变有效的区别，编程时应加以注意。8由电气控制图转换为梯形图时应注意的问题。,梯形图的合理画法,第四
11、节 PLC应用程序基本环节及设计技巧,一、PLC应用程序基本环节二、PLC应用程序设计技巧(自学),一、PLC应用程序基本环节,（一）电机的启动与停止控制程序（二）具有点动调整功能的电机启、停控制程序（三）电机的正、反转控制程序（四）大电机的Y-起动控制程序(自学)（五）通电禁止输出程序(自学)（六）闪烁控制程序(自学)（七）定时器、计数器的扩展(自学)（八）高精度时钟程序(自学),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,SQ1,(二)系统配置,1.机型选择（1）I/O点数统计：输入8点（SB1、SB2、SB3、SB4、SQ1、SQ3、SQ4、SQ5）；输出2点（KM
12、1、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）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。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。,（三）深孔钻控制I/O接线图,(四)画出顺序功能图,根据深孔钻组合机床工作示意图，可画出顺序功能图。,顺序功能图,(五)由顺序功能图设计出的深孔钻组合机床梯形图,步1和步2对应的
13、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,点动对应的梯形图,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。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。为便于调整，程序中备有点动控制功能。,注意,二、四台电动机顺序启、停控制,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。停车时的顺序为M4M3M2M1，时间间隔为30秒。可选用S7-200PLC（CPU222）进行控制。,输入输出分配表,I/O接线图,顺序功能图,梯形图,系统清0程序,启动/停止控制,顺序停止控制程序,四、十字路口交通信号灯PLC控制（自学）,1.交通信号灯设置示意图 2.控制要求 3.交通信号灯时序图4.程序设计,子步（microstep）,简略形式,子步,将某步分为几个子步,
