PLC控制系统的设计.ppt

1,2,第912讲PLC控制系统设计,3,PLC控制系统设计概述,经验设计法,顺序控制设计法,继电器控制电路转换设计法,多种工作方式系统的程序设计,内容,4,PLC控制系统设计概述,一、PLC控制系统设计的基本步骤,1.对控制任务作深入的调查研究,●弄清哪些是PLC的输入信号，是模拟量还是开关量信号，用什么方式来获取信号；,●哪些是PLC的输出信号，通过什么执行元件去驱动负载；,●弄清整个工艺过程和欲完成的控制内容;,,5,●了解运动部件的驱动方式，是液压、气动还是电动；,●了解系统是否有周期运行、单周期运行、手动调整等控制要求等；,●了解哪些量需要监控、报警、显示，是否需要故障诊断，需要哪些保护措施等；,●了解是否有通信连网要求等。,,,6,2.确定系统总体设计方案,在深入了解控制要求的基础上，确定电气控制总体方案。,●确定主回路所需的各电器，确定输入、输出元件的种类和数量；,3.确定系统的硬件构成,●确定保护、报警、显示元件的种类和数量；,●计算所需PLC的输入/输出点数，并参照其他要求选择合适的PLC机型。,,,7,4．确定PLC的输入/输出点分配,确定各输入/输出元件并作出PLC的I/O分配表。,●根据控制要求，拟订几个设计方案，经比较后选择出最佳编程方案。,●当控制系统较复杂时，可分成多个相对独立的子任务，分别对各子任务进行编程，最后将各子任务的程序合理地连接起来。,5．设计应用程序,,,8,6．应用程序的调试,编写的程序必须先进行模拟调试。经过反复调试和修改，使程序满足控制要求。,●在开始制作控制柜及控制盘之前，要画出电气控制主回路电路图。,7．制做电气控制柜和控制盘,●要全面地考虑各种保护、连锁措施等问题。,●在控制柜布置和敷线时，要采取有效的措施抑制各种干扰信号。,●要注意解决防尘、防静电、防雷电等问题。,,,9,8．连机调试程序,●调试前要制定周密的调试计划，以免由于工作的盲目性而隐藏了故障隐患。,●程序调试完毕，必须运行实际一段时间，以确认程序是否真正达到控制要求。,9．编写技术文件,整理程序清单并保存程序，编写元件明细表，整理电气原理图及主回路电路图，整理相关的技术参数，编写控制系统说明书等。,,,10,二、PLC的应用程序,1．应用程序的内容,应能最大限度地满足控制要求。,（1）初始化程序。,将某些数据区清零；使某些数据区恢复所需数据；对某些输出位置位/复位；显示某些初始状态等。,初始化程序可以为系统启动作好必要的准备，如,应用程序还应包括以下内容,,,11,（2）检测、故障诊断、显示程序。,这些内容可以在程序设计基本完成时再进行添加。有时，它们也是相对独立的程序段。,（3）保护、连锁程序。其作用为,杜绝由于非法操作等引起的逻辑混乱，保证系统安全、可靠地运行。,通常在PLC外部也要设置连锁和保护措施。,,,12,2．应用程序的质量,（1）程序的正确性。,正确的程序必须能经得起系统运行实践的考验。,（2）程序的可靠性。,●能保证系统在正常和非正常（短时掉电、某些被控量超标、某个环节有故障等）情况下都能安全可靠地运行。,●能保证在出现非法操作（如按动或误触动了不该动作的按钮等）情况下不至于出现系统失控。,,,13,（3）参数的易调整性好。,经常修改的参数，在程序设计时必须考虑怎样编写才能易于修改。,（4）程序结构简练。,简练的程序，可以减少程序扫描时间、提高PLC对输入信号的响应速度。,（5）程序的可读性好。,,,14,4.1经验设计法,经验设计法的基础是具有继电器控制的设计经验，熟练掌握PLC指令的功能。,所谓设计经验，是指能熟练掌握典型继电器控制电路的设计思路，并能将这种设计思路移植到PLC程序设计中。,,15,1.启保停控制程序,要区别不同场合，采用不同的启保停控制程序。,,,典型控制电路包括电动机的启保停控制、正/反转控制、点动控制、Y-△启动控制、几台电动机的连锁控制、异地控制、掉电保持等等。,一、典型控制电路的PLC程序设计,16,2.电动机正反转控制程序,下面是正反转控制的程序设计尚有其他方案。,为确保运行可靠,要采取软、硬件两种互锁措施。,正转启动,反转启动,停车按钮,正转接触器,反转接触器,,,,,17,3.电动机Y-△启动控制程序,下面是电动机Y-△启动控制的程序设计尚有其他方案.,,必须有硬件互锁,启动按钮,停车按钮,注意20000的作用,,,18,4.电动机顺序启/停控制程序,下面是两台电动机顺序启/停控制的程序设计尚有其他方案。,启动时，只有电动机M1启动01000ON、电动机M2才可能启动01001ON；停止时，只有M2先停、M1才可能停。,,,19,5.电动机既可长动、又可点动的控制程序,下面是电动机长/点动控制的程序尚有其他方案。,长动按一下SB2。,点动按住SB1不放,电动机转动,释放SB1电动机停转。,停车按一下SB3。,,,20,6.电动机异地控制程序,下面是电动机在三地启/停控制的程序尚有其他方案。,本例，各地电动机的启动和停车都共用一个按钮。,无论在何地，第一次按动按钮是启动电动机，第二次按动按钮就是停车。,,,21,7.掉电保持程序,常用方法●使用KEEP指令以及SET、RESET等指令编写程序，并用保持继电器HR的某一位作输出；,●将系统的运行状态或参数存放在具有掉电保持功能的DM区等。,除了上述各种典型程序外，脉冲发生器程序、分频器程序、优先权程序等，最好能熟练掌握。,,,22,二、经验法编程举例,在两处往返装料/卸料的小车，工作过程如图。要求小车单数次运行时，在ST3卸料。偶数次运行时，ST3处不卸，而在ST2处卸料。,,,,,装料15s、卸料10s。,I/O分配表,,23,右行启动,左行启动,ST3,ST2,ST1,,,,,,,,,系统程序,00004,00005,00003,单数次运行,,,,,24,右行启,左行启,ST3,ST2,ST1,,,,,,,,,偶数次运行,00004,00005,00003,,,,,25,4.2顺序控制设计法,功能表图是顺序控制设计法的重要的工具。,1.功能表图的组成,一、功能表图,下面以某动力头的控制为例来说明功能表图的组成。,动力头的运动有三种状态快进→工进→快退。,各状态的转换条件为快进结束压限位开关ST1则转为工进；工进结束压限位开关ST2则转为快退；退回原位压ST3自动停止。,,26,●矩形框表示各步，框内数字是步的号。初始步用双线框。,●功能表图的组成步、有向连线、转换条件、动作说明。,控制动力头的功能表图如图所示。,,,,●正在执行的步叫活动步，当前一步为活动步且转换条件满足时，启动下一步并终止前一步。,,,,27,2.功能表图的类型,1单序列结构,单序列,单序列没有分支,,,选择序列,并行序列,每个步后只有一个步,各步间需要转换条件,,后一步成为活动步时，前一步变为不活动步。,28,2选择序列结构,●序列的开始称为分支，各分支不能同时执行。,分支1,分支3,●当前一步为活动步、且转换条件满足时，才能转向下一步。,●后一步成为活动步时，前一步变为不活动步。,●若选择转向某个分支，其他分支的首步不能成为活动步。,,分支2,,,,,,,29,●选择序列的结束称为合并。,当某个分支的最后一步成为活动步、且转换条件满足，时都要转向合并步。,,,,,30,3并行序列结构,●并行序列的开始用双线表示，转换条件放在双线之上。,●当并行序列首步为活动步且条件满足时，各分支首步同时变为活动步。,●并行序列的结束称为合并，用双线表示并行序列的合并，转换条件放在双线之下。,分支2,分支1,●当各分支的末步都为活动步、且条件满足时，将同时转换到合并步，且各末步都变为不活动步。,,,,,分支3,,31,3.功能表图与梯形图的对应关系,步程序的梯形图结构如图。,●每个步有一个控制位，当某步的控制位为ON时，该步成为活动步激活下一步的条件之一，同时与该步对应的程序开始执行；,●当转换条件满足时激活下一步的条件之二，则下一步的控制位为ON，而上一步的控制位变为OFF，上一步对应的程序停止执行。,,,,,,,32,●由于转换条件常是短信号，因此每步要加自锁。,●当后续步成为活动步时，前一步要变为不活动步。,必须将常闭触点Si1和Si2与前一步的控制位线圈串联。,●当某一步成为活动步时，其控制位为ON，可以利用这个ON信号实现相应的控制。,,,33,4.根据功能表图画PLC梯形图,由功能表图画梯形图,1初始步20000的梯形图,●步20000是两个分支的合并步,20000成为活动步的条件是,或00000为ON，或步20008为活动步且HR0001为ON；,20000成为不活动步的条件是,20001和20004成为活动步。,根据上述分析，画出梯形图如下,,,34,2步20001的梯形图,●它是单序列的首步,20001成为活动步的条件是,步20000活动且条件00001为ON,20001成为不活动步的条件是,步20002成为活动步。,步20000的梯形图,,,35,3步20004的梯形图,●它是选择序列的开始步,20004成为活动步的条件是,步20000活动、且00001为ON。,20004成为不活动步的条件是,步20002、20003与20001相似。,步20005或步20007成为活动步。,步20001的梯形图,,,36,4步20005的梯形图,20005成为活动步的条件是,步20004活动、且TIM001ON。,20005成为不活动步的条件是,步20006或步20007成为活动步。,步20004的梯形图,,,37,5步20006的梯形图,20006成为活动步的条件是,步20006是选择分支的合并。,20006成为不活动步的条件,20008成为活动步。,或步20005活动且条件00002为ON，或20007活动且条件HR0000为ON。,步20005的梯形图,,,38,6步20008的梯形图,20008成为活动步的条件是,步20008是并行序列的合并。,20008成为不活动步的条件,20000成为活动步。,步20003和20006均为活动步、且转换条件TIM004为ON。,步20006的梯形图,,,39,步20008的梯形图,掌握了由功能表图画梯形图的方法，就可以使用顺序控制设计法编写应用程序。,,,40,二、用顺序控制设计法编写用户程序,用顺序控制设计法编程的基本步骤,（1）根据控制要求将控制过程分成若干个工作步。,①明确每个工作步的功能，弄清步的转换是单向进行（单序列）还是多向进行（选择或并行序列）；,②确定各步的转换条件（可能是多个信号的“与”、“或”等逻辑组合）。,③必要时可画一个工作流程图，它有助于理顺整个控制过程的进程。,,,41,（2）为每个步设置控制位，确定转换条件。,控制位最好使用同一个通道的若干连续位。,（3）确定所需输入和输出点，选择PLC机型，作出I/O分配。,（4）在前两步的基础上，画出功能表图。,（5）根据功能表图画梯形图。,（6）添加某些特殊要求的程序。,,,42,顺序控制设计举例之一,某动力头工作流程如图。,动力头停在原位ST3。,按一下按钮动力头启动。,1作出I/O分配,动力头退回原位后重复上述动作。,,43,2画出动力头的功能表图。,,正转电磁阀1,正转电磁阀2,正转电磁阀2,反转电磁阀,,44,3根据功能表图设计出梯形图。,,,,,工进,,快退,,,45,顺序控制设计举例之二,用传送带传送长物体的系统结构如图示。,,皮带A,皮带B,为减少皮带机运行时间,两个皮带机分段工作。,工作过程,按一下启动按钮，皮带机A运行，B停；,当物体前端接近GK1时，A与B都运行；,当物体后端离开GK1时，B运行，A停；,当物体后端离开GK2时，A与B都不运行。,,46,1作出I/O分配,2功能表图,A运行,A、B运行,B运行,,,47,3设计梯形图程序。,,,,GK2,启动按钮,,,,,,GK1,,,,,48,归纳顺序控制设计法,①理顺动作顺序、明确各步的转换条件，作流程图；,②准确地画出功能表图；,③根据功能表图正确地画出相应的梯形图；,④根据某些特殊功能要求，添加部分特殊要求程序。,,,49,4.3继电器控制电路转换设计法,在继电器控制电路的基础上，经过转换，将继电器控制设计出PLC控制。,关于转换的几个问题,1．各种继电器、接触器、电磁阀、电磁铁等的转换,这些电器的线圈是PLC的执行元件，要为它们分配相应的PLC输出继电器号。,中间继电器可以用PLC的内部辅助继电器来代替。,,50,2．常开、常闭按钮的转换,用PLC控制时，启动和停车一般都用常开按钮。,使用常开和长闭按钮时，PLC的梯形图画法不同。,启动,停车,启动,停车,,,,,51,一般热继电器触点不接入PLC中，而接在PLC外部的启动控制电路中。,4.时间继电器的处理,●时间继电器可用PLC的定时器代替。,3．热继电器的处理,●PLC定时器的触点只有接通延时闭合和接通延时断开两种。可以通过编程设计出所需的时间控制。,,,52,用PLC的定时器实现延时接通的控制举例,,,触点KA闭合后延时接通KM的控制。,,,,通电延时型,53,用PLC的定时器实现延时断开的控制举例,触点KA闭合后延时断开KM的控制。,,,,,,54,5．对继电器控制电路连接顺序的处理,调整部分电路的连接，以方便转换成PLC梯形图。,继电器控制电路连接顺序调整的举例,线圈KM2和K之间连接着常开触点KM2。,,,,PLC的梯形图不允许有这种结构。,55,,调整电路连接的方法,线圈K接通的条件为或常开触点KM2闭合、或常开触点KT闭合。,可将常开触点KM2与常开触点KT并联，作为线圈K的接通条件。,,,,,56,将继电器控制电路转换成PLC梯形图,先对图中的电器进行I/O分配。,,,,,,,,,,57,4.4具有多种工作方式系统的程序设计,控制设备的工作方式可分为手动、单步、单周期、连续（自动）。,手动与点动相似,按下按钮运行、释放按钮停止；,单步启动一次只能运行一个工作步；,单周期启动一次只运行一个工作周期；,连续启动后连续地、周期性地运行一个过程。,可分别设计各种工作方式的程序，最后综合起来。,,58,多种工作方式系统的程序设计举例。,小车工作方式手动、单步、单周期、自动。,操作盘,运料小车控制,执行自动方式之前,要用手动方式将小车调回装料（ST1）处。,,,方式选择开关,59,单周期工作方式方式开关拨在单周期档。,小车完成一次循环回到00004即停，再启动需按00000。,启动按钮,控制位,单周期方式的功能表图,,,60,连续工作方式方式开关拨在连续档。,完成一次循环回到00004，自动进入下个循环的运行。,连续方式的功能表图,连续状态控制,控制位,,,61,单步工作方式方式开关拨在单步档。,按一次00000，小车完成一个工作步。,单步方式的功能表图,例如，按一次启动按钮00000，小车装料。装料结束TIM000ON即停。,再按一次启动按钮00000小车右行，到达卸料处ST2（00003）即停。,ST2,再按一次启动按钮00000，小车卸料。,,,62,单步、单周期和连续的功能表图可以合并成一个。,单步时00101断开，每步结束时都要按启动按钮，使00000ON→20101ON。,单周期,单步,连续,,,连续状态控制位ON,,,63,程序采用指令JMP/JME控制各种工作方式。,程序的总体结构,00100是手动/自动方式转换。,方式开关拨在手动方式时，常开触点00100ON，故执行手动程序。,方式开关拨在其他自动方式时，常开触点00100OFF，常闭触点00101ON，故执行自动程序。,,,64,手动方式的程序,按住右行启动按钮→00104ON，线圈01000ON，小车右行。,卸料ST2,小车右行到位压ST2→常闭触点00003断开→01000OFF→小车停。,按住卸料按钮→00107ON，由于常开触点00003ON→01003ON→小车卸料。,卸料结束→按住左行启动按钮→00105ON→01001ON→小车左行。,小车左行到位压ST1→常闭触点00004断开→小车停。,装料ST1,按住装料按钮→00106ON，由于常开触点00004ON→01002ON→小车装料。,按住右行启动按钮→重复以上过程。,,,,手动方式时不使用启动和停车按钮。,,,65,自动方式程序,连续状态,,单步,连续,单周期,等待,自动/手动状态转换,,,,,,,,,,,,,启动按钮,原位,终点,,,,66,控制位复位程序，即公用程序。,当自动方式转换到手动方式时，应将连续状态位20100和各步的控制位（手动方式不使用这些位）复位。,否则在返回到自动方式时会引起误动作。,手动方式,连续状态控制位,等待控制位,装料控制位,右行控制位,卸料控制位,装料控制位,,,67,多种工作方式的系统编程小结,①一般要用转换开关来完成各种方式之间的转换。,②一般要用跳转指令实现手动/自动程序的转换。,③由自动方式转换为手动方式时，要注意编写复位程序，以免在转回自动方式时出现误动作。,,,