PLC控制技术应用(-5-控制系统设计).ppt

PLC控制技术应用（5、西门子S7-200控制系统设计）,闫虎民,业精于勤技精于专学以致用,训练内容5-1PLC控制系统设计基础5-2PLC控制系统编程方法5-3PLC控制系统调试方法,PLC控制技术应用,5-1PLC控制系统设计基础,PLC工业控制系统设计要素1安全性2可靠性3经济性,安全性作为工业控制设备，PLC控制系统首先要保证操作人员的安全与设备的安全，保证在危险出现后，能及时地切断危险来源，防止危险蔓延，发出报警信号以指示操作人员应该采取的步骤或进行的动作。在某些高危险的控制领域，PLC控制系统还需要增加多机热备份，冗余控制，表决控制等功能，以保证系统能够安全运行，进一步消除干扰对系统的影响。,5-1PLC控制系统设计基础,可靠性PLC控制系统虽然有很多抗干扰措施（I/O口的光电隔离；程序扫描；看门狗等），但是毕竟是根据外部输入信号和“用户程序”来产生对应的控制效果。如果外部输入信号存在不稳定隐患，或者用户程序中隐藏了很多不可靠因素，那么控制系统的可靠性也会受到影响。编程人员应该让PLC控制系统进行试运行，并保持不间断运行一段时间（根据具体情况，可能持续数小时至数天），观察PLC控制系统工作的可靠性，对其中产生不可靠的控制行为应该详加分析，采取相应的手段。,5-1PLC控制系统设计基础,经济性PLC控制系统设计时，一定要考虑整个控制系统的适用性，不要盲目追求新型号、新功能，要选择能够适合系统控制要求的，并且有一定的扩展性的PLC型号。大型模块式的PLC价格一般都比较昂贵，比较适合超大型的或大型的集散网络控制系统，比如码头，电厂，大型自动化生产线等；而整体式的PLC因为体积小，成本低，在单机控制或生产线的终端控制中被大量采用。,5-1PLC控制系统设计基础,5-2PLC控制系统编程方法,PLC工业控制系统设计步骤1确定系统控制要求2输入输出口分配3硬件接线图设计4编程并模拟调试5联机调试6整理资料,,5-2PLC控制系统编程方法,确定系统的控制要求设计PLC应用系统之前，必须了解该PLC控制系统所需要完成什么样的任务。系统的控制要求有时候很清楚，比如设计一个三相交流异步电动机的星-三角起动控制线路；有时候系统的控制要求不是很清楚，比如需要改造一台旧设备时，可能要加入新的功能，那么这时候就需要重新确定系统的控制要求，了解整个系统有哪些输入信号，有哪些输出信号，所有的信号之间的逻辑关系是什么样的，这些都必须进行确定。如果对系统的控制要求理解有偏差，那么就有可能设计出错误的系统，甚至整个系统无法使用。,5-2PLC控制系统编程方法,,对系统的输入、输出信号进行分配（I/O分配）确定了系统的控制要求，即对系统的所有输入信号、输出信号的形式、逻辑关系有了清楚的了解。用户需要根据系统的控制要求来选择适当的PLC型号，进而给输入信号和所驱动的负载分配合理的PLC端口。一般PLC选型时需要考虑控制系统输入的信号形式（交流还是直流），所驱动负载的形式（直流负载还是交流负载，是否需要快速性），是否有模拟量输入输出需求，是否需要和其他设备组网，是否需要高速计数输入以及高速脉冲输出功能，是否需要一些特殊的功能（如打印，位置控制等）。,5-2PLC控制系统编程方法,PLC硬件接线设计对PLC进行了I/O分配后，就需要设计PLC的外部接线图，这个过程是纯硬件范畴的，这也是以后硬件施工的基础。外部接线设计的基本原则是所有的输入信号、输出信号必须构成电流回路，并且要注意所有的输入信号、输出信号的电压、电流、频率范围能够满足安全性和可靠性要求。,5-2PLC控制系统编程方法,PLC程序设计并模拟调试PLC程序设计的主要任务就是根据控制系统的控制要求和I/O分配确定的各种输入/输出信号，依据各种变量的逻辑关系，编制PLC控制程序。在设计PLC程序时，建议对程序中加入必要的注释和说明，以方便程序的修改和移植。软件设计原则是保证程序的结构化（程序易读、易懂），模块化（程序易于移植），功能化（便于大型程序的编制）。,5-2PLC控制系统编程方法,现场联机调试PLC控制系统的功能能不能满足控制要求，需要经过工业控制现场的检验才能得出结论。如果经过现场检验，发现控制功能有错误或者不能满足指标的，需要修改程序，特殊情况下可能还需要修改硬件设计。,5-2PLC控制系统编程方法,现场联机调试PLC控制系统的功能能不能满足控制要求，需要经过工业控制现场的检验才能得出结论。如果经过现场检验，发现控制功能有错误或者不能满足指标的，需要修改程序，特殊情况下可能还需要修改硬件设计。,5-2PLC控制系统编程方法,PLC工业控制系统编程方法逻辑设计法2继电转换法3图形分析法4状态转移法5特殊方法,5-2PLC控制系统编程方法,逻辑设计法逻辑设计法是利用逻辑代数来进行电路设计，从生产机械的拖动要求和工艺要求出发，将控制电路中的接触器、继电器线圈的通电与断电，触电的闭合与断开，主令电器的接通与断开堪称逻辑变量，根据控制要求将它们之间的关系用逻辑关系式来表达，然后再化简，做出相应的电络图。例如水塔进水水泵（水塔液位低水塔进水水泵）水塔液位高水池液位低,,,,5-2PLC控制系统编程方法,继电转换法所谓继电转换法是将继电器的控制逻辑图直接翻译成梯形图，所以有时候也叫经验法编程，对于传统的工业技术改造常选用继电转换法。对于原有的继电器控制系统，其控制逻辑图在长期的运行中，实践已证明该系统设计合理、运行可靠。在这种情况下可采用继电转换法直接把该系统的继电器的控制逻辑图转换成PLC控制的梯形图。其控制基本模式为启-保-停电路。每个启-保-停电路一般只针对一个输出，这个输出可以是系统的实际输出，也可以是中间变量。对于熟悉机电控制的人员来说很容易学会继电转换法，将继电器的控制逻辑直接翻译成梯形图。,5-2PLC控制系统编程方法,图形分析法图形分析法是根据图形进行PLC控制系统程序设计。常见的图形主要有流程图或时序图，然后根据相关图形设计PLC梯形图程序。时序图法特别适用于时间控制的电路，例如交通灯控制电路，对应的时序图画出后，再依时间用逻辑关系组合，就可以很方便地把电路设计出来。流程图法是用流程框图表示PLC程序执行过程以及输入与输出之间的关系。绘制出系统的流程图后，使用PLC中的步进指令进行程序设计是非常方便的。,5-2PLC控制系统编程方法,状态转移法在设计较为复杂的程序时，仅仅采用简单的逻辑处理已经很难保证程序的正确性和易读性，所以就需要采用别的方法来编制程序。为了保证程序逻辑的正确以及程序的易读性，我们可以将一个控制过程分为若干个阶段，在每一个阶段均设立一个控制标志，当每一个阶段执行完毕，就启动下一个阶段的控制标志，将本阶段的控制标志清除。所谓“状态”是指特定的功能，因此状态转移实际上就是控制系统的功能转移。机电自控系统中机械的自动工作循环过程就是电气控制系统的状态自动、有序、逐步转移的过程。这种功能流程图完整地表现了控制系统的控制过程，各状态的功能、状态转移顺序和条件，它是PLC应用控制程序设计的极好工具。利用状态流程图进行程序设计时，基本按以下几个步骤进行。,5-2PLC控制系统编程方法,状态转移法使用状态法编程的步骤（1）按照机械运动或工艺过程的工作内容、步骤、顺序和控制要求将系统的工作过程划分为若干个阶段，每一个阶段对应于一个状态，并且为每一个状态规定一个内部继电器作为该阶段（状态）的标志。需要注意的是，这个阶段划分的越细，编程序会越简单。（2）详细分析系统的工作过程，确定各个状态之间发生转移的条件。般在实现状态转移时，建议使用置位（S）和复位（R）指令。（3）确定在每一个阶段中PLC控制系统需要控制的外部输出信号，然后将状态标志和相关的输出关联起来。（4）在使用状态转移法编程时，如果系统停止，需要将所有使用过的状态标志（内部继电器）复位，使系统回复原始状态。,1、确定控制要求十字路口交通灯控制为了控制十字路口的交通，在十字路口设立了红绿灯。当合上控制开关S后，东西方向绿灯首先亮20s，接着闪烁5s后熄灭，然后黄灯亮5s后灭，接着红灯亮30s后灭，然后绿灯亮循环对应东西方向绿灯和黄灯亮的时候，南北方向红灯亮，然后绿灯亮20s后闪烁5s熄灭，黄灯亮5s后灭，接着红灯亮循环断开控制开关后，所有的灯都熄灭。,实例,5-2PLC控制系统编程方法,2、I/O分配,5-2PLC控制系统编程方法,3、硬件设计,5-2PLC控制系统编程方法,为了保证程序逻辑的正确以及程序的易读性，可以将一个控制过程分为若干个阶段，每一个阶段对应于一个状态，每一个状态均设立一个控制标志。当一个状态执行完毕，就启动下一个状态的控制标志，将本状态的控制标志清除。所谓“状态”是指特定的功能，因此状态转移实际上就是控制系统的功能转移。机电自控系统中机械的自动工作循环过程就是电气控制系统的状态自动、有序、逐步转移的过程。,分析,5-2PLC控制系统编程方法,分析,状态1,状态2,状态3,状态4,状态标志继电器M0.1M0.2M0.3M0.4,状态1,状态2,状态3,状态4,状态标志继电器M1.1M1.2M1.3M1.4,5-2PLC控制系统编程方法,4、编程并上机调试,在使用状态转移法编程时，主要使用置位（S）、复位（R）指令。用置位指令来设定某一个阶段的标志状态，当这一阶段结束时，利用置位指令设定下个状态的标志，同时使用复位指令清除上一个阶段的状态标志。在程序结束需要循环时，当最后一个阶段结束时，重新置位需要循环的阶段的标志。停止时，利用复位指令将所有使用过的状态标志复位，使系统回复初始状态。,5-2PLC控制系统编程方法,4、编程并上机调试,5-2PLC控制系统编程方法,4、编程并上机调试,5-2PLC控制系统编程方法,5-2PLC控制系统编程方法,特殊方法利用不同PLC厂家提供的高级指令或特殊指令。,***思路拓展,交通灯的控制是一种基于时间的控制，只要控制开关S闭合，几个灯的状态就会轮流改变。将这种轮流改变的一个循环作为一个时间周期（T），在一个时间周期内，不同的时间段，完成不同的工作（T1，T2，T3）。核心问题确定时间周期T划分时间段T1，T2，T3,5-2PLC控制系统编程方法,分析,T20s（绿灯亮）5s（绿灯闪烁）5s（黄灯亮）30s（红灯亮）,T1T2T3T4,T1’T2’T3’T4’,T’30s（红灯亮）20s（绿灯亮）5s（绿灯闪烁）5s（黄灯亮）,5-2PLC控制系统编程方法,4、编程并上机调试,利用自复位定时器产生周期T，利用定时器的经过值，判断目前处于哪一个时间段，然后进行控制。,5-2PLC控制系统编程方法,4、编程并上机调试,5-2PLC控制系统编程方法,练习题1,在码头有一组皮带传送机，由4台传送带组成，其控制要求如下在系统中有一个启动按钮SB1，每按下启动按钮一次，系统从最小编号的皮带机启动一台，直至4台皮带机完全启动。在系统中有一个停止按钮SB2，每按下停止按钮一次，系统从最大编号的皮带机停止一台，直至所有的皮带机完全停止。系统中有急停开关SB7，如果一旦发生危险，按下SB7时，所有的皮带机立即停止。,5-2PLC控制系统编程方法,5-2PLC控制系统编程方法,利用可逆计数器（也称之为双向计数器）来进行系统控制,5-2PLC控制系统编程方法,利用普通寄存器来进行控制,使用加法和减法指令,5-2PLC控制系统编程方法,利用移位指令控制寄存器中的数据进行移位进行系统控制,练习题2-1,某直流电动机系统，直流电动机M1可以正反转运行。当按下启动按钮SB2时，M1正转，直到碰到限位开关SQ3后自动反转，碰到限位开关SQ2后自动正转，，如此循环。任何时候，按下停止按钮SB1，M1停止运行。,5-2PLC控制系统编程方法,练习题2-2,某直流电动机系统，直流电动机M1可以正反转运行。当按下启动按钮SB2时，M1正转，直到碰到限位开关SQ3后自动反转，碰到限位开关SQ2后自动正转，，如此循环。当按下停止按钮SB1，M1只有运行到SQ2位置时，自动停止。任何时候，按下系统急停按钮SB7，M1立即停止。,5-2PLC控制系统编程方法,练习题2-3,某直流电动机系统，直流电动机M1可以正反转运行。当按下启动按钮SB2时，M1正转，直到碰到限位开关SQ3后自动反转，碰到限位开关SQ2后自动正转，，如此循环。当按下停止按钮SB1，M1只有运行到SQ2位置时，自动停止。任何时候，按下系统急停按钮SB7，M1立即停止。为了防止电动机堵转或限位开关失效，当电动机运行时，如果30秒内没有碰到任何一个限位开关，则M1立即停止。,5-2PLC控制系统编程方法,练习题2-4,某直流电动机系统，直流电动机M1可以正反转运行。当按下启动按钮SB2时，M1正转，直到碰到限位开关SQ3后自动反转，碰到限位开关SQ2后自动正转，，如此循环。当按下停止按钮SB1，M1只有运行到SQ2位置时，自动停止。任何时候，按下系统急停按钮SB7，M1立即停止，同时报警指示灯HL1以1Hz频率闪烁。为了防止电动机堵转或限位开关失效，当电动机运行时，如果30秒内没有碰到任何一个限位开关，则M1立即停止，同时报警指示灯HL1以1Hz频率闪烁。急停按钮SB7闭合然后断开一次，可以复位报警指示灯HL1。,5-2PLC控制系统编程方法,练习题2-5,某直流电动机系统，直流电动机M1可以正反转运行。当按下启动按钮SB2时，如果工作台不在SQ2位置，则自动反转，当运行到SQ2位置后，等待5秒钟，然后M1正转，运行到SQ3位置后，等待5秒钟，自动反转，到达SQ2位置后停止。如果启动时工作台已经在SQ2位置，则直接等待5秒钟，然后M1正转当按下停止按钮SB1，M1只有运行到SQ2位置时，自动停止。任何时候，按下系统急停按钮SB7，M1立即停止，同时报警指示灯HL1以1Hz频率闪烁。为了防止电动机堵转或限位开关失效，当电动机运行时，如果30秒内没有碰到任何一个限位开关，则M1立即停止，同时报警指示灯HL1以1Hz频率闪烁。急停按钮SB7闭合然后断开一次，可以复位报警指示灯HL1。,5-2PLC控制系统编程方法,5-3PLC控制系统调试方法,PLC控制系统调试方法1利用软件监控2利用实验台模拟,利用软件监控1、基于程序编辑器的程序状态监控在RUN模式下启动程序状态监控功能后，将用颜色显示出梯形图中各元件的状态，状态为ON的显示为蓝色，状态为OFF的显示为灰色。PLC处于RUN模式时会显示强制状态，强制和取消强制功能不能用于V、M、AI和AQ的位。2、在程序运行时，可以用状态表来读、写、强制和监控PLC的变量。在建立状态表时，输入要监控的变量的地址和数据类型。定时器和计数器可以分别按位或按字监控。如果按位监控，显示的是它们的输出位的ON/OFF状态；如果按字监控，显示的是它们的当前值。,5-3PLC控制系统调试方法,利用软件监控3、在RUN模式且对控制过程影响较小的情况下，可以对程序中的某些变量强制性的赋值。S7-200CPU允许强制性地给所有的I/O点赋值，此外还可以改变最多16个内部存储器数据（V、M）或模拟量I/O（AI或AQ）。,5-3PLC控制系统调试方法,利用实验台模拟TVT-90HC可编程控制器训练装置包括PLC主机模块，电源模块，输入输出模块和若干实验单元板组成。用实验联结导线将PLC主机板上的有关部分与输入输出模块联结可完成指令系统训练；用实验联结导线将PLC主机板与模拟实验板有关部分联结可以完成程序设计训练；用实验联结导线将PLC主机板与实际系统的部件联结可作为开发机使用，进行现场调试。输入输出单元上有4个按钮，8个拨钮开关，四个继电器，还有拨码开关和数码管等，各个实验板有代表接触器、交通信号灯、传感器、电磁阀等执行机构的指示灯。这些都可以与PLC的I/O点进行联结，直观地观测到输出点的通断情况，更加有的放矢的对系统进行调试。,5-3PLC控制系统调试方法,,,讲解到此结束，谢谢大家,Thankyouverymuch,PLC控制技术应用,