PLC-3 第二章 控制系统设计.ppt

第二章控制系统设计第一节概述一、控制系统设计步骤,控制系统设计包括控制对象及范围的确定、系统构成形式的确定、可编程控制器选型、软/硬件设计、系统调试及投运等步骤。,设计步骤,1、单机控制系统单机控制系统是最常见的系统构成形式，由一台PLC控制一组对象。,受控对象,PLC,上位机,,,该构成形式结构简单，通常使用中小型PLC。PLC作为底层控制器，上位机作为监控机。一般用于工艺过程较为简单的中小型系统。,二、系统构成形式,2、集中控制系统,受控对象A,PLC,上位机,,,,受控对象B,,,受控对象C,,多组对象由一台PLC控制，一般采用高档中型机或大型机。该构成形式系统简单，相对成本低。一般用于各受控对象位置比较集中且相互之间有一定联系的多组对象的场合。,3、分散控制系统,由多台PLC组成控制系统，每台PLC的控制一部分对象，视各组对象控制的复杂程度，相应选择适当形式的PLC。该构成形式安全性较高，便于维护。多用于大型生产装置或流水线的控制。,4、远程控制系统,该形式系统配有远程控制站，适用于受控对象远离主控室的场合。,5、冗余控制系统,主要用于可靠性要求较高的场合,1、功能选择开关量控制模拟量控制数据处理功能特殊I/O控制诊断功能通信功能其它高级功能,三、PLC选型,2、确定I/O点数根据I/O点数的多少选择相应的机型，小型机、中型机、大型机等。各种输入/输出点应分别统计。一般按数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出、特殊I/O点、其它点等分别统计。应注意留有余量。,3、输入/输出模块选择开关量输入模块注意交流/直流信号、信号电压等级、外部/内部供电等。输出模块注意交流/直流负载、输出电压等级、负载电流、动作频率等，可选择继电器式、晶体管式或可控硅式输出。,模拟量A/D模块注意输入信号类型，如电流信号、电压信号、信号范围及标度变换等。D/A模块注意同A/D模块。智能单元温度模块注意热电偶、热电阻、相应的分度号标度变换等。其它模块PID控制模块、转速控制模块、位置控制模块等。,4、存储器选择类型选择RAM型、EPROM型、E2PROM型等。现大多采用E2PROMRAM。容量估算开关量MDI*10DO*5模拟量M（AIAO）*100在此基础上，再留20余量。,5、其它方面编程语言梯形图、SFC等编程软件灵活、方便性及费用各种工控软件的支持情况需配上位监控系统时应重点考虑。,第二节硬件系统设计一、硬件设计主要文件,1、系统硬件配置图反映系统整体构成及连接关系等。2、硬件模块一览表系统各模块类型、型号、数量等。3、I/O地址分配表各I/O点的地址分配。4、I/O硬件接线图各I/O模块接线。,1、运行方式自动半自动手动2、停运方式正常停运暂停紧急停运,二、运行方式与停运方式设计,1、环境技术条件温度、湿度、振动、冲击等。2、冗余设计1）环境条件方面使用条件应留有余地。2）控制系统的并列运行冷备用热备用,三、可靠性设计,3）其它备用系统如对于主要开关量控制点设置继电器系统，对于主要模拟量控制点设置手动操作系统等。,3、供电系统设计1）主要考虑因素电源电压允许在一定范围内波动；系统断电时应保证程序及数据安全；对不允许断电的场合应设置后备电源。,2）常用供电方案单路供电,,隔离变压器,采用UPS备用电源,双路供电,4、抗干扰设计1）电源抗干扰设计使用隔离变压器使用滤波器PC、I/O与其它设备分别供电,2）接地设计分别接地,不允许采用共通接地,共用接地,3）输入/输出及配线抗干扰设计输入端有感应电压时的处理方法,直流时加续流二极管,交流时加浪涌吸收器,输出端有感性负载时的处理方法,加中间继电器转接,加浪涌吸收器,配线抗干扰方法*交流与直流输入信号电缆尽量分开；*输入与输出信号电缆尽量分开；*信号电缆与动力电缆应分开；*信号电缆应使用屏蔽电缆，并采用屏蔽层在控制器处单端接地；,主要用于老系统的改造。原控制系统大都有继电器线路图或逻辑图等，可在此基础上将其转换为梯形图。应注意等效转换以及输入、输出信号的处理问题。,第三节软件设计一、梯形图转换,继电器控制线路图至梯形图转换实例,例一般闪光报警系统,I/O分配XX0PB1X1PB2X2ALY0BLY1中间元件R1R1R2R2,一般闪光报警系统梯形图程序,1、设计步骤,二、组合型逻辑设计,2、设计举例例设计一联锁保护环节，要求三个检测开关中只要有两个或两个以上动作，则相应的电磁阀打开。检测开关为常开型，电磁阀为带电打开。,逻辑式YX1X2X1X3X2X3X1X2X3YX1X2X1X3X2X3,SFC设计方法是用于工业顺序控制程序设计的一种方法，该方法能描述被控系统的工作过程，其设计规则与步进控制非常相似。1、SFC设计基础SFC的基本元素是流程步、有向线段、转移和动作说明。这些内容与步进控制基本相同。,三、时序型逻辑设计顺序功能图（SFC）设计方法,1）流程步流程步也称作工作步，它是控制系统中的一个稳定状态。流程图用矩形框表示，框内用数字表示该步的编号，编号可以是实际的控制步号，也可以是PLC中的工作位编号。流程步有两种初始步和一般步。,初始步,一般步,2）转移和有向线段转移就是从一个步向另外一个步的转换条件，两步之间用一个有向线段表示可以从一个步转换到另一个步，代表向下转移方向的箭头可以忽略。,3）动作说明动作说明标在工作步旁,常见动作类型非自锁动作自锁动作复位启动定时/计数器启动功能指令,,方框可省略,2、SFC的结构SFC的结构与步进控制结构基本相同1）顺序结构,0,,,1,2,,,,,等待,M1启动,,T0定时启动,M2启动,,按M1启动按钮,T0定时到,按M1停止按钮,2）选择分支结构,各步动作略,3）并行分支结构,各步动作略,4）循环结构,0,,,1,2,,,,A,B,C,3,,,,,D,5）复合结构由上述各种结构构成。,3、SFC描述问题举例例运料小车控制小车可在A、B两地分别起动。若在A地起动，则小车先返回A地，停车5s等待装料，然后自动驶向B地。到达B地后，停车2s等待卸料，然后再返回A地，如此往复。若从B地起动，则先返回B地，停车2s等待卸料，然后自动驶向A地，停车5s等待装料，如此往复。,,1,2,,,,B地启动,B点行程开关闭合,2S定时到,3,,4,,停止,,停止,,停止,,停止,,,,,,A地启动,A点行程开关闭合,,5S定时到,4、SFC转换为梯形图1初始（第0）工作步的梯形图该步的启动条件之一是其它工作步均未工作。,当初始步的建立需要一定的条件时，还应将各条件的逻辑组合作为启动条件。,有循环返回第0步时,2其它工作步的梯形图,3运料小车控制系统的梯形图,运料小车控制系统梯形图程序,SFC设计习题,习题1液体混合装置控制,初始状态混合器空，V1、V2、V3均关闭，搅拌器不工作。控制要求按启动按钮后，V1打开，充液体A；充至I位后，V1关闭，V2打开，充液体B；充至H位后，V2关闭，搅拌器启动，搅拌6秒；搅拌停止后，开V3阀排放，排放至L位2秒后，关闭V3，开始下循环。,按停止按钮后，系统不立即停止工作，须待一个循环结束后再停止工作。,习题2水槽充灌设P1和P2两台水泵，当液位低于L1时，启动一台水泵；当液位低于L2时，启动两台水泵。同时要求，单台工作时。P1、P2轮流工作。,SFC设计习题,,水槽充灌SFC图,,,,,,,0,1,2,3,4,5,P1ON，P2ON,P1ON，P2OFF,P1OFF，P2OFF,,P1OFF，P2OFF,,P1OFF，P2ON,P1ON，P2ON,,,,,,,,,,,,,,,,,,,L2以上,L2以下,L1以下,L1以上,L1以下,L2以下,,L2以上,L1以上,习题3电梯控制以三层电梯为例,I/O分配X1一层平层开关；X2二层平层开关；X3三层平层开关；X4一层向上（1U）呼叫；X5二层向上（2U）呼叫；X6二层向下（2D）呼叫；X7三层向下（3D）呼叫；Y0向上；Y1向下；Y21U指示；Y32U指示；Y43U指示；Y52D指示；,R1有1U；R2有2U；R21有2D；R3有3D。T1上升时，2层停定时；T2上升时，3层停定时；T3下降时，2层停定时；T4下降时，1层停定时；,,,,,,,,3秒到下面有呼叫（2U或2D或1U之1）,,2层到有2D呼叫或到2层无1U有2U,,3秒到有1U呼叫,,,到2层无2U呼叫有3D呼叫,,,,R11上升,上面有呼叫（2U或2D或3D之1）,R12停3秒,2层到有2U呼叫或到2层无3D有2D,R13上升,3秒到有3D呼叫,R14停3秒,3层到有3D呼叫,R15下降,R16停3秒,R17下降,R18停3秒,1层到,,到2层无2D呼叫有1U,3秒到,3秒到上面无呼叫下面有1U呼叫,,3秒到下面无1U呼叫上面有3D呼叫,,,SFC图,,习题4自动售货机控制动作要求1）可投1元、5元、10元币。2）果汁每瓶12元，啤酒每瓶15元。3）投币总额大于等于12元时，果汁指示灯亮；大于等于15元时，果汁及啤酒指示灯均亮。4）果汁指示灯亮时，按果汁按钮，售出果汁。5）啤酒指示灯亮时，按啤酒按钮，售出啤酒。6）计算货款余额，并以1元硬币找零。,自动售货机SFC图,自动售货机SFC图,输出啤酒,计算余额,习题5十字路口交通灯控制控制要求为总控开关闭合后，按先东西向绿灯亮（南北向红灯）的顺序控制，具体动作顺序为东西向绿灯亮4秒东西向绿灯闪2秒东西向黄灯亮2秒东西向红灯亮8秒；与其对应的南北向各灯控制南北向红灯亮8秒南北向绿灯亮4秒南北向绿灯闪2秒南北向黄灯亮2秒；,交通灯控制I/O分配X0总控开关；Y0东西向红灯；Y1东西向黄灯；Y2东西向绿灯；Y3南北向红灯；Y4南北向黄灯；Y5南北向绿灯；,1、直接使用高级语言设计需解决的关键问题1）监控计算机与PLC的通信利用PLC生产厂家提供的通信协议来实现。2）数据的提取主要是文本字符串的处理问题。3）显示数据与通信数据之间的转换通常显示数据要求以工程单位显示，而通信数据是PLC的内部数据，应在监控计算机上完成数据的转换。,四、监控系统设计,2、使用工控组态软件设计需解决的关键问题1）工控组态软件是否支持所使用的PLC如支持，则工控组态软件可完成数据传输、数据的提取、及显示数据与通信数据之间的转换等，可直接使用最终转换好的数据。如不支持，则需开发相应的接口软件。2）是否需使用高级语言功能如需要，则需解决高级语言与工控组态软件的数据交换问题。,综合实验,要求1、最少设计两套系统（简单、复杂各一套）。2、要有设计文件控制要求、I/O分配、SFC图，梯形图程序。3、鼓励自行设计题目。4、必须有预习报告。5、避免雷同。,可供参考的简单题目1、水槽充灌，参见习题2。2、十字路口交通灯控制，参见习题5。3、三种液体混合,初始状态混合器空，V1、V2、V3、V4均关闭，搅拌器不工作。,控制要求按启动按钮后，V1打开，充液体A；充至L1位后，V1关闭，V2打开，充液体B；充至L2位后，V2关闭，搅拌器启动，搅拌3秒；搅拌停止后，V3打开，充液体C；充至L3位后，V3关闭，搅拌器再次启动，搅拌5秒；搅拌停止后，开V4阀排放，排放至L0位2秒后，关闭V4，开始下循环。按停止按钮后，系统不立即停止工作，须待一个循环结束后再停止工作。,4、运料小车三地往返控制小车在中间O地。控制系统设有两个启动按钮（QA和QB），且在O、A、B三地设有行程开关。要求当按动QA时，小车按OAO规律运行一次；当按动QB时，小车按OBO规律运行一次。各地停车时间为A地2秒，B地4秒。,A,O,B,,,可供参考的复杂题目1、三层运货电梯控制，参见习题3。2、自动售货机控制，参见习题4。3、四地运货小车控制。控制要求初始可在A、B、C、D四地任意位置，每地设置一呼叫按钮和一位置开关。假设每次只有一地呼叫，某地呼叫后，小车自动运行到呼叫地点。,4、四级传送带控制四条传送带分别由电机M1M4带动，为防止所送物料堆积，要求启动时按M4M3M2M1顺序启动，停止时按相反顺序停止，且均间隔3秒钟。当某一传送带发生故障时，故障点处及其前面的传送带立即停止运行，故障点后的传送带依次间隔3秒停止运行。,M1,M2,M3,M4,