第9章PLC应用设计,使用与维护.ppt

第9章PLC的应用设计、使用与维护,9.1PLC机电控制系统的总体设计9.2PLC机电控制系统设计的基本内容和步骤9.3提高PLC控制系统可靠性的措施。,9.1PLC机电控制系统的总体设计,可编程控制器用软件和内部逻辑取代了继电器控制系统中的继电器、定时器、计数器和其他单个设备。因此，PLC控制系统的设计，关键是设计PLC的控制线路和PLC的控制程序，但随着PLC功能的不断增强，通信网络化的实现以及功能模块的专用化，使得PLC的应用场合愈加多样性，它所控制的系统也越来越复杂。因此，PLC的系统设计不可能归纳出一个适合于任何PLC控制系统的具体准则和步骤，下面只叙述PLC控制系统设计应遵守的基本原则。,返回本节,9.1.1建立系统设计方案,熟悉被控制系统的工艺要求根据物理量的性质确定PLC的型号确定被控对象的参数分配输入/输出继电器号用流程图表示系统动作基本流程绘制梯形图,编写PLC控制程序现场调试、试运行编制技术文件,1.熟悉被控制系统的工艺要求,深入了解被控系统是PLC控制系统设计的基础。当设计者在接到设计任务时，首先必须进入现场调查研究，搜集有关资料，并与工艺、机械、电气方面的技术和操作人员密切配合，共同探讨被控制对象的驱动要求和注意事项，如驱动电压、电流和时间等；各部件的动作关系如因果、条件、顺序和必要的保护和联锁、自锁等；操作方式如手动、自动、半自动，连续、单步和单周期等；内部设备如与机械、液压、气动、仪表、电气等方面的关系；外围设备如与其他PLC、工业控制计算机、变频器、监视器之间的关系，以及是否需要显示关键物理量、上下位机的联网通信和停电等应急情况时的紧急处理等。,2.根据物理量的性质确定PLC的型号,根据控制要求确定所需的信号输入元件、输出执行元件，即哪些信号是输入给PLC，哪些信号是由PLC发出去驱动外围负载。同时分类统计出各物理量的性质，无论是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级。根据输入量、输出量的类型和点数，选择具有相应功能PLC的基本单元和扩展单元，对于模块式PLC，还应考虑框架和基板的型号、数量，并留有余量,3.确定被控对象的参数,在控制系统中，被控对象的参数一般包括有位置、速度、时间、温度、压力、电压、电流等信号，根据控制要求设置各量的参数、点数和范围。对于有特殊要求的参数，如精度要求、快速性要求，应按工艺指标选择相应的传感器和保护装置,4.分配输入/输出继电器号,分配继电器号之前，首先区分输入、输出继电器。所谓输入继电器就是把外来的信号送到PLC内部处理用的继电器，在程序内作接点使用；输出继电器就是把PLC的内部运算结果向外部输出的继电器，在程序内部作为继电器线圈、以及常开、常闭接点使用。在策划编程时，首先要对输入/输出继电器进行编号。确定输入/输出继电器所对应的I/O信号所接的接线端子编号，并且保持一致，列一张I/O信号表，注明各信号的名称、代号和分配的元件号,5.用流程图表示系统动作基本流程,用流程图表示系统动作的基本流程，会给编写流程带来极大的方便。控制对象的动作顺序若用流程图来表达的话，其相互约束关系直观、形象、具体，基本组成了工程设计的框架,,6.绘制梯形图,编写PLC控制程序,绘制梯形图的过程就是控制对象按生产工艺的要求进行逐条语句执行的过程，因此有必要列出某些信号的有效状态，例如是上升沿有效还是下降沿有效，是低电平有效还是高电平有效，开关量信号是常闭触点还是常开触点，触点在什么条件下接通或者断开，激励信号是来自PLC内部还是外部等。最后依据梯形图逻辑关系，按照PLC的语言和格式编写用户程序，并写入到PLC存储器中在编制PLC程序中，如果程序较为复杂，应该灵活运用PLC的内部辅助继电器、定时器、计数器等编程元件。对于被控对象复杂的程序应尽量结合编程知识对梯形图在不改变系统功能的情况下进行修正。,7.现场调试、试运行,在编制好程序后，通常利用实验室的拨码开关模拟现场信号，逼近实际系统，对PLC的程序进行模拟运行并进行调试，对控制过程中可能出现的各种故障进行汇总、修正直到运行可靠、稳定。完成此过程后，将PLC装在现场进行联机总调试，对可能出现的接线问题、执行元件的硬件故障问题，采用首先调试子程序模块或功能模块，然后调试初始化程序，最后调试主程序的方式，逐一排除，使程序更趋完善、稳定，在进行现场运行测试阶段,8.编制技术文件,,9.1.2确定控制方案,在设计PLC控制系统时，应最大限度地满足被控对象的控制要求，并力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便，保证控制系统的安全、可靠、稳定，同时考虑到生产和发展的工艺的改进，在选择PLC的容量时，应适当留有余量。,9.1.3控制系统的结构和控制方式,1.集中控制系统2.分布式控制系统3.网络控制系统,1.集中控制系统,这种控制系统如图所示。集中控制系统的最大缺点是当某一控制对象的控制程序需要改变或PLC出现故障时，必须停止整个系统工作。因此，对于大型的集中控制系统，可以采用冗余系统克服上述缺点。,2.分布式控制系统,这类系统的被控对象较多，它们分布在一个较大的区域内，相互之间的距离较远，而且各被控对象之间要求经常地交换数据和信息。这种系统的控制由若干个相互之间具有通信联网功能的PLC构成，系统的上位机可以采用PLC，也可以采用计算机。在分布式控制系统中，每一台PLC控制一个被控对象，各控制器之间可以通过信号传递进行内部连锁、响应或发令等，或由上位机通过数据总线进行通讯。分布式控制系统多用于多台机械生产线的控制，各生产线之间有数据连接。由于各控制对象都有自己的PLC，当某一台PLC停止时，不需要停止其他的PLC。当此系统与集中控制系统具有相同的I/O点时，虽然多用了一台或几台PLC，导致系统总构价偏高，但从维护、试运行或增设控制对象等方面看，其灵活性要大得多。,3.网络控制系统,工厂自动化程度的提高，推动了工业控制领域网络的发展，在大规模生产线上，将工控机、PLC、变频器、机器人和柔性制造系统连在一个网络上，大量的数据处理业务和综合管理业务之间进行数据通信，形成一个复杂的多级分布式网络控制系统，如变电站的遥测、遥控、遥调，汽车组装生产线的控制等,9.2PLC机电控制系统设计的基本内容和步骤,返回本节,,9.2.1PLC的硬件设计,硬件设计的基本原则1可靠性2功能完善3经济性硬件设计的一般步骤1选择适合的PLC机型2输入、输出的选择3输入输出模块的选择4估算用户存储容量5专用功能模块的配置6I/O分配,9.2.2PLC的软件设计,设计控制系统流程图编制应用程序程序设计的方法很多，目前也没有标准可循，专业设计人员主要依靠经验进行设计，这就对设计者要求比较高，不仅要熟悉PLC编程语言，还要求对工业控制的各种典型环节比较熟悉，对于复杂的控制系统，设计周期相对比较长，不容易掌握。而现代的PLC已经可以采用流程图（SFC）来编制，这对顺序控制系统的编程就非常方便。,9.2.3程序测试和修改,程序测试是整个程序设计工作中一项很重要的内容，它可以初步检查程序的实际效果。程序测试和程序的编制是分不开的，程序的许多功能都是在测试中通过修改而完善的。测试时，先从各功能单元入手，设定输入信号，观察输出信号的变化情况。必要时可以借用某些仪器进行检测。各功能单元的程序测试完成之后，再贯通整个程序，测试各部分的接口情况，直到满意为止。,9.3PLC的接口电路,PLC的控制系统中有输入/输出设备，常见的输入电器有按钮、行程开关、转换开关、接近开关、霍耳开关、拨码开关和各种传感器等。输出电器有接触器、继电器、电磁阀、指示灯及其他有关显示、执行电器等。正确的连接输入/输出电路，是保证PLC安全可靠工作的前提。,返回本节,9.3.1PLC的输入接口电路,1.PLC与按钮、开关等输入元件的连接2.PLC与拨码开关的接口电路3.PLC与旋转编码器的输入接口4.PLC与传感器元件的接口电路,返回本节,9.3.2PLC的输出接口电路,PLC的输出方式有三种，一种是继电器方式，二是晶体管方式，三是可控硅方式。这三种PLC输出模块所接的外部负载也各不相同，继电器输出可以是交流大负载或直流负载；可控硅输出仅是交流负载；晶体管输出仅是直流负载.,返回本节,9.3.3PLC电源电路,PLC控制系统的电源除交流电源外，还包括PLC的直流电源。一般情况下，交流电源可直接与电网相连，而输入设备（开关）的直流电源和输出负载的直流电源等，最好分别采用独立的直流供电电源.,9.4提高PLC控制系统可靠性的措施,9.4.1PLC的安装PLC的安装环境PLC的安装方向PA204S电源单元的连接,9.4.2对电源的处理,供电电源S7-200CPU内部直流电源,返回本章首页,9.4.3对感性负载的处理,在输出单元的连接电路中，要注意对感性负载的连接方法。在直流负载中，可在感性负载上并联一个二极管，用于保护PLC。,,感性负载的接线图,,,9.4.4PLC安装和布线的注意事项,抑制电源系统引入的干扰抑制输入、输出电路引入的干扰,9.4.5PLC的接地,PLC接地应注意以下几点lPLC接地最好采用专用接地极。绝对不允许与晶匣管装置和大型电动机之类的设备共用接地系统。lPLC的接地极离PLC越近越好，即接地线越短越好。PLC如由多单元组成，各单元之间应采用同一点接地。lPLC的输入、输出信号线采用屏蔽电缆时，其屏蔽层应采用一点接地，别切在靠近PLC这一端的电缆接地，电缆另一端不接地。l接线面积应大于2平方毫米，接地线一般不要超过20m。PLC的控制系统的接地电阻应小于4Ω。,9.4.6PLC与计算机的连接,在实际中，经常需要用计算机对PLC进行编程，并把编译好的程序下载到PLC中去。这就需要在PLC与计算机之间连接一条电缆，该电缆通常是将PLC的串行口与计算机的RS232相连接。一旦连接好电缆，就可在计算机上使用专用软件（例如S-TEP7），实现PLC与计算机之间的通信，并对PLC进行数据读出与写入、程序下载等操作。,9.4.7冗余系统和热备用系统,在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装置有极高的可靠性。如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成极大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的，因为PLC本身可靠性的提高具有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。,9.4.8PLC控制系统的必要保护措施,为了防止负载短路损坏输出单元，可在PLC输出线路上安装熔断器，有条件的情况下在每个回路中都装上熔断器。熔断器的规格应根据输出电流值来选择。对电动机正反转控制等需要互锁控制的场合，除了在PLC程序设计触点互锁之外，通常在外部接线也要采取互锁措施，以确保电气系统的安全运行。针对供电不稳定和紧急停止的需要，PLC外部负载还应具有失压保护、过流保护、过压保护和紧急制动等措施，以确保系统可靠运行。合理采用灭弧器来吸收电弧。,