PLC应用设计.ppt

第11章PLC应用设计,11.1PLC的系统设计11.2PLC的选型11.3PLC的安装和维护时应注意的问题11.4应用实例,本章要点1．掌握可编程控制器系统设计的基本原则和一般步骤。2.可编程控制器的选型方法。3.PLC的安装和维护时应注意的问题。本章难点1．PLC的选型、内存估计与输入输出模块的选择。2．PLC安装和维护时应注意的问题。3．PLC应用系统的设计。,11.1PLC的系统设计,11.1.1PLC系统设计的基本原则,在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则,①最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决实际中出现的各种问题。②在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。③保证控制系统的安全、可靠。④考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。,11.1.2PLC系统设计的步骤,PLC系统设计流程图,,PLC系统设计流程图具体设计步骤为,①根据生产的工艺过程分析控制要求。②根据控制要求确定所需要的用户输入／输出设备，确定PLC的I/O点数。③选择PLC。④分配PLC的I/O点，设计I/O连接图，这一步也可以结合第②步进行。⑤进行PLC程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工。在设计电气控制系统时，必须在控制线路（硬接线）设计完后，才能进行控制台（柜）的设计和现场施工。可见，采用PLC控制，可以使整个工程的周期缩短。,PLC程序设计的步骤是,①根据梯形图编制程序清单②用编程器将程序键入到PLC的用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。③对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。④待控制台（柜）及现场施工完成后，就可以进行联机调试。如不满足要求，再回去修改程序或检查接线，直到满足要求为止。⑤编制技术文件。⑥交付使用。,11.1.3控制对象和范围的确定,要应用PLC，首先要详细分析被控对象、控制过程与要求，熟悉了解工艺流程后列出控制系统的所有功能和指标要求，与继电器控制系统和工业控制计算机进行比较后加以选择，如果控制对象的工业环境较差，而安全性、可靠性要求特别高，系统工艺复杂，输入输出以开关量为多，而用常规的继电器、接触器难以实现，工艺流程有要经常变动的对象和现场，用PLC进行控制是合适的。控制对象确定后，PLC的控制范围还要进一步明确，一般而言，能够反映生产过程的运行情况、能用传感器进行直接测量的参数，用人工进行控制工作量大、操作容易出错或者操作过于频繁、人工操作不容易满足工艺要求，往往由PLC控制。另外一些情况，如紧急停车，是由PLC控制还是手动控制，不同的控制方式和硬件设计与编程关系密切。,11.2PLC的选型,11.2.1机型选择,机型选择的基本原则是在功能满足要求的情况下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格化。具体应考虑以下几个方面,（1）结构合理,（2）功能合理,（3）机型统一,（4）是否在线编程,11.2.2内存估计,用户程序所需内存容量受到下面几个因素的影响内存利用率；开关量输入／输出点数；模拟量输入／输出点数；用户的编程水平。,11.2.3输入／输出模块选择,主要考虑PLC控制系统I/O点数估算。,（1）PLC控制系统I/O点数估算,①控制电磁阀等所需的I/O点数②控制交流电动机所需的I/O点数③控制直流电动机所需的I/O点数,（2）输入／输出模块的选择,PLC输入模块的任务是检测并转换来自现场设备（按钮、限位开关、接近开关等）的高电平信号为机器内部电平信号，输入信号的特征决定输入模块的选择。输出模块的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。对于开关频率高、电感性和低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，缺点是模块价格高，过载能力稍差。继电器输出模块的优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格低。其缺点是寿命较短，响应速度较慢。输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。,11.2.4PLC的响应时间,在过程控制中，必须认真考虑PLC的扫描周期和响应时间。PLC顺序扫描的工作方式使它不能可靠地接收持续时间小于扫描周期的输入信号。例如某产品有效检测宽度为3cm，产品传送速度为30m/min，为了确保不会漏检经过的产品，要求PLC扫描周期不能大于产品通过检测点的时间间隔60ms［T＝3cm/（30m/min）］。系统响应时间是指输入信号产生时刻与由此使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。系统响应时间＝输入滤波时间＋输出滤波时间＋扫描时间,,11.2.5PLC的硬件与程序设计,在确定了控制对象的控制任务和选择好PLC的机型后，就可进行控制系统流程图设计，画出流程图，进一步说明各信息流之间的关系，然后具体安排输入、输出的配置，并对输入、输出进行地址分配。配置与地址分配这两部分工作安排得合理，会给硬件设计、程序编写和系统调试带来很多方便。对指定输入点进行地址分配时应注意把所有的按钮、限位开关分别集中配置，同类型的输入点可分在同一组内。按照每一种类型的设备号，按顺序定义输入点地址号。如果输入点有多余，可将每一个输入模块的输入点都分配给一台设备或机器。尽可能将有高噪声的输入信号的模块插在远离CPU模块的插槽内，因此，这类输入点的地址号较大。输出配置和地址分配也应注意以下几点同类型设备占用的输出点地址应集中在一起。按照不同类型的设备顺序地指定输出点地址号。如果输出点有多余，可将每一个输出模块的输出点都分配给一台设备或机器。对彼此有关的输出器件，如电动机正转、反转，电磁阀的前进与后退等，其输出地址号应连写。输入输出地址分配确定后，再画出PLC端子和现场信号联络图表，这样进行系统设计时便可将硬件设计、程序编写两项工作平行地进行。,用户编写程序的过程就是软件设计过程。PLC控制功能都是以程序的形式来体现，程序设计通常采用逻辑设计法。再按各执行元件所应满足的动作节拍表，分别列写出各自用相应的检测元件及中间环节状态逻辑值表示的布尔表达式，最后用触点的串并联组合，在电路上进行逻辑表达式的物理实现。PLC的辅助继电器、定时器、计数器和状态器数量相当大，且这些器件的触点为无限多个，给程序设计带来很大方便，只要程序容量和扫描时间允许，程序的复杂程度并不影响程序的可靠性。,11.3PLC的安装和维护时应注意的问题,PLC在安装和维护时应注意的问题,1.在安装PLC时，要避开下列场所,（1）环境温度超过0～50℃的范围。（2）相对湿度超过85或者存在露水凝聚（由温度突变或其他因素所引起的）。（3）太阳光直接照射。（4）有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。（5）有打量铁屑及灰尘。（6）频繁或连续的振动，振动频率为10～55Hz、幅度为0.5mm（峰-峰）。（7）超过10g（重力加速度）的冲击。,2．电源接线问题,对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。如果电源干扰特别严重，可以安装一个变比为11的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。,3．接地问题,接地线与机器的接地端相接，基本单元接地。如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给可编程控制器接上专用地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开。若达不到这种要求，也必须做到与其他设备公共接地，禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能靠近PLC。,使用无源触点的输入器件时，PLC内部24V电源通过输入器件向输入端提供每点7mA的电流。PLC上的24V接线端子，还可以向外部传感器（如接近开关或光电开关）提供电流。24V端子作传感器电源时，COM端子是直流24V地端。如果采用扩展单元，则应将基本单元和扩展单元的24V端连接起来。另外，任何外部电源不能接到这个端子。如果发生过载现象，电压将自动跌落，该点输入对可编程控制器不起作用。每种型号的PLC的输入点数量是有规定的。对每一个尚未使用的输入点，它不耗电，因此在这种情况下，24V电源端子向外供电流的能力可以增加。FX系列PLC的空位端子，在任何情况下都不能使用。,4．直流24V接线端问题,5．输入接线问题,输入接线，一般指外部传感器与输入端口的接线。,输入器件可以是任何无源的触点或集电极开路的NPN管。输入器件接通时，输入端接通，输入线路闭合，同时输入指示的发光二极管亮。输入端的一次电路与二次电路之间，采用光电耦合隔离。二次电路带RC滤波器，以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起PLC误动作。若在输入触点电路串联二极管，在串联二极管上的电压应小于4V。若使用带发光二极管的舌簧开关，串联二极管的数目不能超过两只。另外，输入接线还应特别注意以下几点（1）输入接线一般不要超过30m。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。（2）输入、输出线不能用同一根电缆，输入、输出线要分开。（3）可编程控制器所能接受的脉冲信号的宽度，应大于扫描周期的时间。,6．输出接线问题,（1）可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式。（2）输出端接线分为独立输出和公共输出。当PLC的输出继电器或晶闸管动作时，同一号码的两个输出端接通。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。（3）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，须用熔丝保护输出元件。（4）采用继电器输出时，承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命，因此继电器工作寿命要求长。（5）PLC的输出负载可能产生噪声干扰，因此要采取措施加以控制。此外，对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得可编程控制器发生故障时，能将引起伤害的负载电源切断。交流输出线和直流输出线不要用同一本电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。,11.4应用实例,三菱FX2系列PLC在电梯自动控制中的应用,1．电梯控制系统的主要指标①电梯运行到位后具有手动或自动开门和关门的功能。②利用指示灯显示厢外召唤信号、厢内指令信号和电梯到达信号。③能自动判别电梯运行方向，并发出响应的指示信号。2．PLC选型及信号编排三层电梯有23个输入信号，19可输出信号，可以选择FX2-48MR可。考虑到有些余量，就选了FX2-64MR（32点输入、32点输出）的PLC。,3．系统轿厢内、外控制按钮的动作要求本系统采用轿厢外召唤、轿厢内按钮控制方式的自动控制形式。电梯由安装在轿厢内的指令按钮进行操作，其操纵内容为响应，轿厢内指令依层次指令运行启动电梯，使电梯到达目标层。轿厢外指令即作呼叫作用。电梯上行下行由一台电动机驱动。电动机正转，电梯上升。电动机反转，电梯下降。电梯轿厢们由另一台小电动机驱动。该电动机正转，轿厢们开。电动机反转，轿厢蒙关。每层楼设有呼叫按钮SB6～SB9。轿厢内开门按钮SB1。关门按钮SB2，轿厢内层指令按钮SB3SB5。,4．梯形图程序设计,（1）开门、关门的控制程序,,,,（2）电梯到层指示,（3）层呼叫指示,（4）电梯启动和运行,,小结PLC应用设计的关键所在是系统设计，而程序设计则是系统设计的核心。通过本章学习，要重点掌握PLC系统设计的基本原则和设计的一般步骤。在满足工艺过程、环境要求和性价比等条件下，合理选择PLC的机型，正确地进行内存估计，有效地选择输入输出模块。同时要根据工艺要求，认真考虑PLC的扫描周期和响应时间。最后进行PLC的硬件与程序设计。此外，在实际系统的应用设计中，还应注意PLC控制系统设计中的安装和维护问题，以满足实际过程的要求。,