第07章PLC机电控制系统应用设计技术(第2版)电子教案10387.ppt

PLC机电控制系统应用设计技术（第2版）,第7章PLC的应用设计、使用与维护,PLC机电控制系统设计与应用技术,知识点PLC应用系统设计的基本原则系统设计和调试的主要步骤PLC应用系统的软件设计PLC的安装PLC的维护与故障诊断提高PLC控制系统可靠性的措施本章导读PLC是一种可靠性很高的微处理器，广泛应用在工业控制领域的各行各业中。具有一定控制基础知识和实践经验的工程技术人员可将PLC作为主要的控制器，设计PLC应用系统。本章主要以PLC应用系统硬件设计为主，详细介绍了PLC应用系统的设计内容和基本步骤，包括PLC的选型、I/O模块的选择、I/O点的分配以及PLC应用系统的软件设计、PLC的安装与维护以及提高PLC控制系统可靠性的措施。。,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.1PLC应用系统设计的基本原则和步骤,7.1.1PLC应用系统设计的基本原则,在实际PLC控制系统设计过程中，应遵循以下基本原则,完整性原则可靠性原则经济性原则发展性原则,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.1.2系统设计和调试的主要步骤,1．系统设计的主要内容1）确定系统的运行方式与控制方式2）选择输入设备和输出设备3）PLC类型的选择4）分配I/O点5）设计和调试控制程序6）编制控制系统的技术文件,PLC机电控制系统设计与应用技术,2．系统设计的主要步骤1）评估控制任务2）确定I/O设备以及控制台和控制柜的选择和设计3）PLC机型的选择4）PLC的I/O点数分配5）外围硬件线路设计6）编写应用程序7）程序的输入和调试8）编制技术文件,PLC机电控制系统设计与应用技术,,PLC应用系统设计与调试的主要步骤,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.2PLC应用系统的硬件设计,7.2.1PLC型号的选择,随着PLC的普及推广，PLC产品和种类的数量越来越多，应用中应该全面权衡利弊，合理的选择机型。一般机型的选择以满足系统功能需要为前提，机型的选择可以从以下几个方面来考虑1．对I/O点数的选择2．存储器容量的选择3．对I/O响应时间的选择4．根据输出负载的特点选型5．控制功能的选择6．机型的选择7．对系统可靠性的考虑8．对系统经济性的考虑9．PLC机型统一的考虑,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.2.2I/O模块的选择,I/O模块是PLC的CPU与现场用户设备进行联系的桥梁。PLC的I/O模块有开关量I/O模块、模拟量I/O模块以及各种特殊功能模块等。1．开关量输入模块的选择2．开关量输出模块的选择3．模拟量I/O模块的选择4．特殊功能模块的选择5．其他外围设备的选择6．I/O设备与PLC连接时应注意的问题,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.2.3输入/输出点的配置,1．分配I/O点在分配PLC的I/O点之前，首先应将系统中的各输入点和输出点进行分类，同时还要考虑各I/O点之间的联系，然后根据分类统计的参数和功能要求具体确定PLC的硬件配置。一般输入点和输出信号、输出点和输出控制是一一对应的。分配时有以下几点需要注意,对于整体式PLB，可确定基本单元和扩展单元的型号；对模块式PLC，可确定基本框架、扩展框架、各种模块的型号和数量以及插装位置。对各模块所消耗的电流和所供电源的容量要进行核算。对开关量输入点应注意选择电压等级、输入点密度、通断时间、外部端子连接方式等。对开关量输出点应注意选择输出形式、输出点密度、驱动负载能力、通断时间、外部端子连接方式等。对I/O点数的配置应留有备用点以便调试、发展和故障点改用时使用。,PLC机电控制系统设计与应用技术,2．减少I/O点的措施1）减少输入点数的措施⑴分组输入。⑵矩阵输入。⑶组合输入。⑷输入设备多样化。⑸将某些功能相同的开关量输入设备合并输入。⑹一些输入信号功能简单、涉及面窄的输入设备可放在外部电路中，如某些手动按钮、电动机过载保护的热继电器触点等。2）减少输出点的措施⑴分组输出。⑵矩阵输出。⑶并联输出。⑷输出设备多功能化。⑸一些系统中相对独立、比较简单的输出设备，可直接采用PLC外部硬件电路实现控制，而不必连接在PLC上。,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.3PLC应用系统的软件设计方法及实例,7.3.1PLC应用系统的软件设计,1．制定控制方案2．画出控制流程图3．制定抗干扰措施4．编程准备工作5．编写程序6．程序调试,,PLC控制系统的应用程序设计过程,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.3.2设计举例,1．水塔控制实例1）控制要求如图所示，在水塔系统中，水泵为水塔供水。按下“开始”按钮系统开始运行，“ON”指示灯亮；按下“结束”按钮，系统停止，“OFF”指示灯亮。水塔有两种工作模式夏季模式和冬季模式。可以通过控制台上的“夏季模式”和“冬季模式”开关来选择工作模式。水塔上有3个液位传感器，分别感知水位的的高、中和低。当水位达到相应的位置时，对应的传感器指示灯亮。当水位处于低水位时，水泵为水塔供水。夏季模式加水至高水位时，补水完成；冬季模式加水至中水位时，补水完成。补水完成后，水位会下降。,,水塔控制示意图,PLC机电控制系统设计与应用技术,2）程序流程图,,程序流程图,PLC机电控制系统设计与应用技术,3）PLC系统资源分配,水塔控制系统I/O分配,PLC机电控制系统设计与应用技术,2．人行横道交通灯控制实例1）控制要求人行横道交通灯如人行横道交通灯示意图所示，当有人要通过人行横道时，按下路两边的按钮I0.0或I0.1，发出过街信号请求信号，要求交通信号灯按照如下的控制时序运行，如人行横道交通灯控制时序图所示。按下启动按钮至系统返回初始状态这段时间内，再按按钮将不起作用。,,人行横道交通灯示意图,,人行横道交通灯控制时序图,PLC机电控制系统设计与应用技术,2）PLC系统资源分配,交通灯控制系统I/O分配,PLC机电控制系统设计与应用技术,3）程序流程图,,交通灯控制流程图,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.4PLC的安装,7.4.1PLC安装应遵守的技术规范,S7-200系列PLC安装时应遵守的技术规范如表7-5所示。,7.4.2S7-200安装的一般要求,1．环境要求1）环境温度要求2）环境湿度要求3）环境污染要求4）远离振动和冲击源5）远离强干扰源,PLC机电控制系统设计与应用技术,2．安装工艺要求1）S7-200既可以安装在控制柜背板上，也可以安装在标准导轨上；既可以水平安装，也可以垂直安装。2）将S7-200与热源、高电压和电子噪声隔离开。3）为接线和散热留出适当的空间。4）电源预算3．接地屏蔽及参考点的选用4．接线和隔离,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.4.3S7-200的安装工艺,1．CPU模块的安装2．扩展模块的安装在安装扩展模块时，应注意以下几点选用电缆必须注意型号和规格，必须注意连接方向是否正确，连接电缆不能超过规定的长度。对逻辑参考点的选择和接线必须正确。要注意DIP开关对通信参数的设定。PLC必须安装在接地的金属架上，其地线应直接连接到金属架上，电缆要沿金属架铺设。PLC整体设备必须安装在接地的金属壳内，对交流电源必须有一个滤波功能设备，滤波器与PLC之间的导线长度不能超过250cm。对24V直流供电线和传感器供电线必须屏蔽。装卸各种模块时，必须断开电源，确保安全。,PLC机电控制系统设计与应用技术,3．I/O端子连接器的接线4．A/D转换单元与D/A转换单元的接线PLC的A/D转换单元输入方式分为电压输入和电流输入，输入的都是弱信号，应采用抗干扰的带屏蔽的双绞线电缆。电压输入时，双绞线的一根接在A/D单元的模拟电压输入端“V”上，一根接在接地的公共端上，公共端接到接地的金属架或直接接地。电流输入时，要把A/D转换单元的模拟电压输入端与电流输入端连接在一起，电流输入方式时，一般应把电压范围选择端开路，而不接电压范围选择端子。输入的模拟信号应远离高电压、大电流的强磁场，并加以妥善的屏蔽接地。D/A转换单元的输出方式也有电压输出和电流输出两种方式。电压输出时，用双绞屏蔽电缆将转换后的模拟电压输出端V、V-与它的负载连接起来，且通过选择开关将电压选择端与V并联，电压选择范围为5V或10V。电流输入时，用双绞屏蔽电缆将转换后的模拟电流输出端I、I-与它的负载连接起来，电压选择端开路。,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.4.4通信网络元器件的安装,S7-200系列通信元器件可以构成单主站PPI网络、多主站PPI网络、复杂的PPI网络、MPI网络等形式的通信网络。在网络元器件安装上，应注意以下几点由通信协议决定通信电缆的规格型号，即通信电缆的规格、结构要与通信网络结构形式以及通信协议相对应。使用通信电缆连接网络元器件只能连接在相对应的接口。可在复杂的网络中选用交换机、中继器和调制解调器等扩展网络范围，增强网络传输能力。人机界面（HMI）应参照说明书进行安装。正确使用DIP开关设定网络地址、波特率和元器件的工作模式，一般设定为默认值。硬件安装完成后要对网络元器件名称、型号规格、通信网站地址、工作模式及波特率进行设置，之后安装相应的软件，再把各种参数编入通信程序。,PLC机电控制系统设计与应用技术,应安装浪涌抑制器件保证导线线路安全，避免雷击造成损坏。在布线时，应避免将低压信号线和通讯电缆与交流导线和高能量、快速开关的直流导线布置在同一线槽中。在使用导线时，应用中性线或公共线与能量线或信号线配对，成对使用导线。要确保用通讯电缆连接在一起的所有设备具有相同的参考电位。网段的最大长度取决于两个因素隔离（使用RS-485中继器）和波特率，因此，当连接具有不同地电位的设备时需要隔离。如果不使用隔离端口或者中继器，允许的最长距离为50m。测量该距离时，从网段的第一个节点开始，到网段的最后一个节点。需要注意，每个网段中最多只能连接32个设备。在S7-200上多主站电缆提供RS-485端口和计算机端口之间的电气隔离。若使用无隔离的RS-485至RS-232转换器，则可能导致计算机的RS--232端口损坏。,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.5PLC的维护与故障诊断,1．PLC应用系统的维护,PLC日常维护的内容一般包括供电电源的检修、外部环境的检测、输入/输出电源的检修、接线以及固定部位的检修、元件的工作状态和寿命的检修。2．PLC的故障诊断PLC常见的故障有CPU故障、输入/输出故障、通信故障和电源故障等。,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.6提高PLC控制系统可靠性的措施,使用PLC时应注意以下几个方面的问题对电源的处理对感性负载的处理PLC安装和布线PLC的接地PLC与计算机的连接冗余系统和热备份系统对PLC控制系统采取必要的保护措施,7.6.1对电源的处理,1．供电电源2．S7200CPU内部直流电源,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.6.2对感性负载的处理,7.6.3PLC安装和布线的注意事项,1．抑制电源系统引入的干扰2．抑制输入、输出电路引入的干扰,7.6.4PLC的接地,PLC接地应注意以下几点PLC接地最好采用专用接地极，也可与其他安装盘板共用接地系统，但要用自己的接地线直接与共用接地极相连。绝对不允许与大功率晶闸管装置和大型电动机之类的设备共用接地系统。PLC的接地线应越短越好，接地点应尽量靠近PLC。PLC如果由多单元组成，各单元之间应采用同一点接地，且从任一单元的保护接地端到地的电阻应小于100。,PLC机电控制系统设计与应用技术,PLC的I/O信号线采用屏蔽电缆时，其屏蔽层应采用一点接地。靠近PLC这一端的电缆接地，另一端不接地。接线面积应大于2mm2，接地线一般不要超过20m长。PLC控制系统的接地电阻应小于100。,7.6.5PLC与计算机的连接,1．通信口2．网络连接器3．通信电缆4．S7系列CPU单元和计算机之间的连接,,PLC与计算机的连接,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.6.6冗余系统和热备用系统,1．冗余系统冗余系统是指系统中的多余的部分在系统出现故障时能立即替代故障部分使系统继续正常运行的系统。2．热备用系统热备用系统采用的结构较冗余系统简单，没有冗余处理单元RPU。CPU的切换是通过主CPU与备用CPU之间的通信来完成的。,,a冗余系统b热备用系统,冗余系统与热备用系统,PLC机电控制系统设计与应用技术,7.6.7PLC控制系统的必要保护措施,1．短路保护2．互锁与连锁措施3．失电压保护与紧急制动4．合理采用灭弧器来吸收电弧5．软件措施,