No.09第九章 PLC控制系统设计及应用实例

2020/3/3第9章PLC控制系统设计及应用实例2020/3/3本章主要内容9.1PLC应用系统设计内容及步骤9.2PLC程序设计方法9.3PLC应用实例2020/3/3本章学习要求重点内容：掌握PLC应用程序设计的方法了解内容：PLC应用系统设计的原则、方法和步骤难点内容：PLC综合应用2020/3/39.1PLC应用系统设计内容及步骤在可编程序控制器控制系统的设计中，应该最大限度地满足生产机械或生产流程对电气控制的要求，在满足控制要求的前提下，力求PLC控制系统简单、经济、安全、可靠、操作和维修方便，而且应使系统能尽量降低使用者长期运行的成本。9.1.1PLC控制系统设计内容1.设计原则包括：硬件设计和软件设计2020/3/39.1PLC应用系统设计内容及步骤9.1.1PLC控制系统设计内容（1）电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；选择输入设备和输出设备；（2）选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。（3）分配PLC的I/O点，编制PLC的输入/输出分配表，绘制PLC的I/O硬件接线图；（4）根据系统要求编写软件说明书，然后再进行程序设计，编写程序并调试。（5）设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系；（6）编写设计说明书和使用说明书。1.设计内容：硬件设计和软件设计2020/3/32.硬件设计时应注意：(1)最大限度地满足被控对象的工艺要求，详细了解工艺流程，然后与各方面人员协同工作，解决设计过程中出现的各种问题。(2)在满足生产工艺控制的前提下，尽可能使PLC控制系统结构简单、经济实用、维护方便。(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的型号、I／0点数、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。9.1PLC应用系统设计内容及步骤9.1.1PLC控制系统设计内容2020/3/33.软件设计的基本原则：(1)PLC的用户程序要做到网络段结构简明，逻辑关系清晰，注释明了，动作可靠，能经得起实际工作的检验。(2)程序简短，占用内存少，扫描周期短。这样可以提高PLC对输入的响应速度。(3)可读性9.1PLC应用系统设计内容及步骤9.1.1PLC控制系统设计内容2020/3/39.1.2PLC系统设计的步骤1．熟悉被控对象，制定控制方案2．确定I/O点数3．选择PLC机型4．选择输入输出设备，分配PLC的I／O地址5.程序设计6．系统调试7、编制技术文件2020/3/39.2PLC程序设计方法程序设计的方法是指用什么方法和编程语言来编写用户程序。程序设计方法：1.经验设计法（分析设计法）2.继电器控制电路转换法3.逻辑设计法4.顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.1经验设计法（分析设计法）方法：在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。特点：没有规律可遵循，设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，所以称为经验设计法。适用：较简单的梯形图设计，主要针对系统原先无控制方案,直接用PLC进行控制系统的设计。要求：应用经验设计法必须熟记一些典型的控制电路，如起保停电路、脉冲发生电路等，这些电路在前面的章节中已经介绍过。2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.1经验设计法（分析设计法）【例9-1】：自动往返控制的梯形图设计动作要求：按起动按钮X0或反转起动按钮X1后，要求设备的运动部件(如机床的工作台或小车)在左限位开关X3和右限位关X4之间不停地循环往返，直到按停止按钮X2。2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.1经验设计法（分析设计法）【例9-1】：自动往返控制的梯形图设计三菱PLC梯形图2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.1经验设计法（分析设计法）【例9-2】：时序控制电路的设计基本控制：闪烁电路2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.1经验设计法（分析设计法）【例9-2】：时序控制电路的设计三菱PLC梯形图2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.2继电器控制电路转换法已有一套能完成系统要求的控制功能并经过验证的控制电路图，可以直接转换成PLC梯形图。对照PLC的I/O端子接线图，将继电器电路图上的被控器件（如接触器线圈、指示灯、电磁阀等）换成接线图上对应的输出点的编号，将电路图上的输入装置（如传感器、按钮开关、行程开关等）触点都换成对应的输入点的编号。将继电器电路图中的中间继电器、定时器，用PLC的辅助继电器、定时器来代替。画出全部梯形图，并予以简化和修改。2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.2继电器控制电路转换法控制原理：按下启动按钮SB2,KM1、KM3、KT通电并自保，电动机接成Y型起动，2s后，KT动作，使KM3断电，KM2通电吸合，电动机接成△型运行。按下停止按扭SB1，电动机停止运行。【例9-3】电动机Y/△降压起动控制主电路和电气控制2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.2继电器控制电路转换法（2）I/O分配输入输出停止按钮SB1：I0.0KM1：Q0.0起动按钮SB2：I0.1KM2：Q0.1过载保护FR：I0.2KM3：Q0.2【例9-3】电动机Y/△降压起动控制主电路和电气控制2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.2继电器控制电路转换法（3）梯形图程序【例9-3】电动机Y/△降压起动控制主电路和电气控制（2）I/O分配输入输出停止按钮SB1：I0.0KM1：Q0.0起动按钮SB2：I0.1KM2：Q0.1过载保护FR：I0.2KM3：Q0.22020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.2继电器控制电路转换法（4）梯形图简化【例9-3】电动机Y/△降压起动控制主电路和电气控制2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.3逻辑设计法同继电器控制电路逻辑设计法以布尔代数为理论基础，根据生产过程中各工步之间的各个检测元件（如行程开关、传感器等）状态的变化，列出检测元件的状态表，确定所需的中间记忆元件，再列出各执行元件的工序表，然后写出检测元件、中间记忆元件和执行元件的逻辑表达式，再转换成梯形图。【例9-3】：PLC交通灯控制系统实验二：城市交通灯的PLC控制（设计性）2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法经验设计法和翻译法设计梯形图时,没有一套固定的方法和步骤可以遵循,特别是在设计机床复杂控制系统的梯形图时,常要用大量的中间单元来完成记忆、连锁和互锁的功能,需要考虑的因素很多。逻辑设计法对设计者的要求较高，所以不易掌握。顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序,在不同的输入信号作用下,根据内部状态和时间的顺序,使生产过程中的每个执行机构自动有步骤地进行操作。2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法根据系统的工艺过程,设计出顺序功能图。顺序功能图(SequentialFunctionChart简称SFC),是设计PLC的顺序控制程序的主要工具。顺序功能图主要由步、动作、转换、转换条件、有向连线组成。顺序功能图中,步表示将一个工作周期划分的不同连续阶段,当转换实现时,步便变为活动步，同时该步对应的动作被执行。2020/3/3（1）顺序结构（2）分支结构选择性分支并发性分支（3）循环结构9.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法SFC的基本结构2020/3/31）起保停电路的顺序控制设计法2）以转换为中心的顺序控制设计法3）使用SCR指令的顺序控制设计法9.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法三种比较常用的顺序控制设计法针对某机械厂的专用钻床用来同时加工直径不同的大小两个孔,以西门子公司S7-200PLC为例，实例来介绍PLC梯形图的三种顺序控制设计法。2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法顺序控制设计法实例开始自动运行之前两个钻头在最上面,即上限位开关I0.3和I0.5为ON；工件放好后,按下起动按钮I0.0,工件被加紧后两只钻头同时开始工作；当钻头钻到由限位开关I0.2和I0.4设定的深度时,分别上行到起始位置；当两钻头都上升到起始位置后,工件被松开,当松开到位后,加工结束,系统返回初始状态。2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法顺序控制设计法实例顺序功能图I0.0启动I0.1完全夹紧Q0.0执行夹紧I0.7完全松开Q0.5执行放松放松夹紧2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法顺序控制设计法实例1.起保停电路的顺序控制设计法起保停电路即起动保持停止电路,是在梯形图设计中应用比较广泛的一种电路。工作原理：当输入信号的常开触点接通,输出信号的线圈得电,同时使输入信号进行“自锁”或“自保持”,即输入信号的常开触点失去作用。1.起保停电路的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法1.起保停电路的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法2.以转换为中心的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法在以转换为中心的编程方法中,用该转换的所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的触点或电路串联,该串联电路作为梯形图中起保停电路的起动电路。用它来控制对后续步存储器位的置位(使用置位指令S)和前级步存储器位的复位(使用复位指令R)。2.以转换为中心的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法2.以转换为中心的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法2.以转换为中心的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法2.以转换为中心的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法2.以转换为中心的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法输出3.使用SCR指令的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法为了方便编制复杂的顺序控制梯形图,各种型号的PLC都有顺序控制指令西门子S7-200PLC中的顺序控制继电器(SCR)指令梯形图语句表描述SCRLSCRS_bitSCR程序段开始SCRTSCRT_bitSCR转换SCRECSCRESCR程序段条件结束SCRESCRESCR程序段结束3.使用SCR指令的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法梯形图语句表描述SCRLSCRS_bitSCR程序段开始SCRTSCRT_bitSCR转换SCRECSCRESCR程序段条件结束SCRESCRESCR程序段结束装载顺序控制继电器指令(LSCR)表示一个SCR段的开始,顺序控制继电器结束指令(SCRE)用来表示SCR段的结束,而顺序控制继电器转换指令(SCRT)用来表示SCR段之间的转换,即步的活动状态的转换。顺序控制程序被顺序控制继电器指令(LSCR)划分为LSCR与SCRE指令之间的若干个SCR段,一个SCR段对应于SFC中的一步,每一个SCR段都应有SCRT、SCR、SCRE。3.以转换为中心的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法夹紧将M置换为S大转头3.以转换为中心的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法转孔将M置换为S上升小转头3.以转换为中心的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法转孔将M置换为S上升3.以转换为中心的顺序控制设计法2020/3/39.2PLC程序设计方法9.2.4顺序控制设计法将M置换为S松开4.三种顺序