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可编程控制器原理及应用电气学院自动化杨霞2009年8月PLC原理及应用西门子S7-2002可编程序控制器选择与应用第一节PLC应用系统设计的内容和步骤第二节PLC的选择第三节节省PLC输入输出点数的方法第四节PLC在逻辑控制系统中的应用实例PLC原理及应用西门子S7-2003第一节PLC应用系统设计的内容和步骤一、PLC控制系统设计的基本原则1）充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求；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）保证控制系统安全可靠；4）应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。PLC原理及应用西门子S7-2004二、PLC控制系统设计的一般步骤7．整理技术文件：包括设计说明书、电气安装图、电气元件明细表及使用说明书等。1．熟悉被控对象，制定控制方案；2．确定I/O设备；3．选择PLC：选择时主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择；4．分配PLC的I/O地址：列出输入/输出设备与PLC输入输出端子的对照表；5．设计软件及硬件；6．联机调试；PLC原理及应用西门子S7-2005第二节PLC的选择一、PLC的机型选择（一）合理的结构型式（二）安装方式的选择（三）相当的功能要求（四）响应速度的要求（五）系统可靠性要求（六）机型统一PLC原理及应用西门子S7-2006二、PLC的容量选择（一）I/O点数通常I/O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%~15%的备用量来确定。（二）用户存储容量一般可按下式估算，再按实际需要留适当的余量（20％～30％）来选择。存储容量＝开关量I/O点总数×10+模拟量通道数×100PLC原理及应用西门子S7-2007三、I/O模块的选择（一）开关量输入模块的选择1．输入信号的类型及电压等级的选择2．输入接线方式选择按输入电路接线方式的不同，开关量输入模块可分为汇点式输入和分组式输入两种COMIN0IN1IN2┊INnCOM1IN0IN1IN2COM2IN3IN4图输入的接线方式(a)汇点式输入(b)分组式输入(a)(b)PLC原理及应用西门子S7-20083．注意同时接通的输入点数量对于选用高密度的输入模块（如32点、48点等），应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60％。（二）开关量输出模块的选择1．输出方式的选择开关量输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出。2．输出接线方式的选择按PLC的输出接线方式的不同，一般有分组式输出和分隔式输出两种。PLC原理及应用西门子S7-2009图输出的接线方式(a)分组式输出(b)分隔式输出COM0OUT0OUT1OUT2COM1OUT3OUT4OUT5COM0OUT0COM1OUT1COM2OUT2COM3OUT3(a)(b)PLC原理及应用西门子S7-200103．输出电流的选择4．注意同时接通的输出点数量选择输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。一般来说，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。5．输出的最大负载电流与负载类型、环境温度等因素有关四、电源模块及其它外设的选择1．电源模块的选择2．编程器的选择3．写入器的选择PLC原理及应用西门子S7-20011第三节节省PLC输入输出点数的方法一、减少输入点数的方法1．分时分组输入图分时分组输入“自动”输入信号S1~S8”、“手动”输入信号Q1~Q8共用PLC输入点X000~X007.用“工作方式”选择开关SA来切换“自动”和“手动”信号输入电路。SAQ8Q2Q1S1+24VX010X000X001┋X007S2S8┋PLC原理及应用西门子S7-200122．输入触点的合并例如某负载可在多处起动和停止，可以将三个起动信号并联，将三个停止信号串联，分别送给PLC的两个输入点SB3SB2SB1X001X002PLC+24VSB4SB5SB6图输入触点合并PLC原理及应用西门子S7-200133．将信号设置在PLC之外系统中的某些输入信号功能简单、涉及面很窄，如手动操作按钮、电动机过载保护的热继电器触点等，有时就没有必要作为PLC输入。图输入信号设在PLC外部KM3KM2KM1自动手动FR2FR1FR3SB3SB2Y000Y001PLCY002COMSB1~PLC原理及应用西门子S7-20014二、减少输出点数的方法（一）矩阵输出KM1Y000Y001Y002Y003PLCCOM0Y004Y005Y006Y007COM1电源图矩阵输出采用8个输出组成4×4矩阵，可接16个输出设备。要使某个负载接通工作，只要控制它所在的行与列对应的输出继电器接通即可。这样用8个输出点就可控制16个不同控制要求的负载。PLC原理及应用西门子S7-20015（二）分组输出当两组负载不会同时工作，可通过外部转换开关或通过受PLC控制的电器触点进行切换，这样PLC的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载。KM6KM5电源21COM0Y000Y001Y002KM2KM1KM4KM3SA图分组输出PLC原理及应用西门子S7-20016（三）并联输出当两个通断状态完全相同的负载，可并联后共用PLC的一个输出点。（四）负载多功能化一个负载实现多种用途。（五）某些输出设备可不进PLC系统中某些相对独立、比较简单的部分可考虑直接用继电器电路控制。PLC原理及应用西门子S7-20017三、PLC应用中的若干问题（一）对PLC的某些输入信号的处理1)如果PLC输入设备采用两线式传感器（如接近开关等）时，它们的漏电流较大，可能会出现错误的输入信号。为了避免这种现象，可在输入端并联旁路电阻R，两线式传感器PLC输入图两线式传感器输入的处理2）如果PLC输入信号由晶体管提供，则要求晶体管的截止电阻应大于10KΩ，导通电阻应小于800Ω。PLC原理及应用西门子S7-20018（二）PLC的安全保护1．短路保护当PLC输出控制的负载短路时，为了避免PLC内部的输出元件损坏，应该在PLC输出的负载回路中加装熔断器，进行短路保护。2．感性输入/输出的处理PLC的输入端和输出端常常接有感性元件。如果是直流感性元件，应在其两端并联续流二极管；如果是交流元件，应在其两端并联阻容电路，从而抑制电路断开时产生的电弧对PLC内部输入、输出元件的影响。PLC原理及应用西门子S7-20019输入输出PLC输入输出PLCACAC图感性输入/输出的处理PLC原理及应用西门子S7-20020（三）PLC系统的接地要求良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。PLC一般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置。也可以采用公共接地，但禁止使用串联接地方式。另外，PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地线的截面应大于2mm2.图PLC接地PLC其它设备其它设备PLCPLC其它设备a)分别接地b)公共接地c)串联接地PLC原理及应用西门子S7-20021第四节可编程序控制器在逻辑控制系统中的应用实例一、PLC在工业自动生产线中的应用（一）输送机分检大小球的PLC控制装置1．控制要求图所示为分检大、小球的自动装置的示意图。分析工作过程及控制要求.PLC原理及应用西门子S7-20022原指示灯Y007X001左限位SQ1右限位X003SQ3X004SQ4X005SQ5上限位右限位＋操作杆上行Y002下行Y000SQ2下限位X002SWY001吸盘＋右行Y003左行Y004SQ:极限开关X000大球箱小球箱图大、小球自动分检装置示意图PLC原理及应用西门子S7-20023（5）如果启动装置后，操作杆下行一直到SQ闭合后，下限位开关SQ2仍为断开状态，则吸盘吸起的是大球，操作杆右行碰到右限位开关SQ5（大球的右限位开关）后，将大球释放到大球箱里，然后返回到原位。（4）假设吸盘吸起小球，则操作杆向上行，碰到上限位开关SQ3后，操作杆向右行；碰到右限位开关SQ4(小球的右限位开关)后，再向下行，碰到下限位开关SQ2后，将小球释放到小球箱里，然后返回到原位。（1）当输送机处于起始位置时，上限位SQ3开关和左限位开关SQ1被压下，极限开关SQ断开。（2）启动装置后，操作杆下行，一直到极限开关SQ闭合。此时，若碰到的是大球，则下限位开关SQ2仍为断开状态，若碰到的是小球则下限位开关SQ2为闭合状态。（3）接通控制吸盘的电磁阀线圈Y001。PLC原理及应用西门子S7-200242．I/O地址分配Y001X000X001X002X003X005X004Y000Y004Y002Y003Y007极限开关左极限下极限上极限右极限右极限下行吸盘上行右行左行图I/O地址分配图PLC原理及应用西门子S7-200253．功能图的设计M8002ZRSTS0S34S0SETS21S20S22S23S24S25S26S27S28S29S30S0Y000(下)X003X001Y001SSY001Y001RY001大球小球X000（SW)X002下限位X002X000（SW)T0T0T0K10T0K10Y002(上)Y002(上)Y003(右)Y003(右)Y000下X003上限位X003上限位X004右限位X005右限位T1K10Y002上Y004左T1X002X003X001M8002图自动分检控制STL功能图PLC原理及应用西门子S7-200264．梯形图的设计M8002ZRSTS0S30S0SETS0Y000SETS20X001X003Y001SETS21X002X000SETS24X002X000S20Y002S22SS23X003Y003S23SS27X004S24T0K10T0SS25SY001S21T0K10T0SS22SY001Y002S25SS26X003Y003S26SS27X005Y000S27SS28X002T1S28SS29T1RY001K10Y004S30SS0X001Y002S29SS30X003RETEND图大、小球分检控制梯形图5．语句表程序PLC原理及应用西门子S7-20027(二)皮带运输机的PLC控制图9－15所示为某原材料皮带运输机的示意图。原材料从料斗经过PD1、PD2两台皮带运输机送出；由电磁阀M0控制从料斗向PD1供料；PD1、PD2分别由电动机M1和M2控制。M0M1M2PD1PD2料斗图某原料皮带运输机示意图PLC原理及应用西门子S7-200281．控制要求（1）初始状态料斗、皮带PD1和皮带PD2全部处于关闭状态。（2）启动操作启动时为了避免在前段运输皮带上造成物料堆积，要求逆料方向按一定的时间间隔顺序启动。其操作步骤如下：皮带PD2→延时5s→皮带PD1→延时5s→料斗M0（3）停止操作停上时为了使运输机皮带上不留剩余的物料，要求顺物料流动的方向按一定的时间间隔顺序停止。其停止的顺序如下：料斗→延时10s→皮带PD1→延时10s→皮带PD2（4）故障停止在皮带运输机的运行中，若皮带PD1过载，应把料斗和皮带PD1同时关闭，皮带PD2应在皮带PD1停止10s后停止。若皮带PD2过载，应把皮带PD1、皮带PD2(M1、M2)和料斗M0都关闭。（5）要求采用FX系列PLC实现控制PLC原理及应用西门子S7-200292．I/O地址分配启动按钮X000M0料斗控制Y000停止按钮X001M1接触器Y001M1热继电器X003M2接触器Y002M2热继电器X0043．程序设计（1）用步进指令根据皮带运输机控制要求设计的功能图PLC原理及应用西门子S7-20030S0S20S21S22S23S24X003X004X000（启动）T1X001X003（M1过载）（停止）T3M8002T0T2（M2过载）X004M8002ZRSTS0S24S0SETY002(M2)T1K50Y002Y001(M1)T0K50Y002Y001Y000(M0)Y002(M2)Y001(M1)T3K100Y002(M2)T2K100启动过程停止过程图皮带运输机的PLC功