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PLC技术及应用案例八逻辑控制系统设计【学习目标】1．掌握使用PLC设计控制系统的过程及注意事项2．巩固PLC基本指令、步进指令、功能指令3．熟悉使用PLC指令编程、掌握程序编辑及输入、运行2逻辑控制系统设计【知识点】：1.控制系统的设计步骤和PLC选型一、设计步骤对工作环境较差，安全可靠性要求较高、控制过程较复杂、控制信号较多，且工艺流程经常要求变动的场合，应采用PLC控制。调查被控对象工艺过程、工作特点、功能和特性明确控制任务和设计要求制定详实的工作循环图或控制状态图确定控制方式1.控制功能调查【知识点】：1.控制系统的设计步骤和PLC选型一、设计步骤根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定控制系统的工作方式，例如全自动、半自动、手动、单机运行、多机联合运行等。还要确定系统应用的其他功能，例如故障检测、诊断与显示报警、紧急情况的处理、管理功能、联网通信功能等。2.制定电气控制方案根据被控对象对控制系统的要求明确系统要完成的任务及所应具备的功能如：小车自动往返的控制系统要求控制系统要求的手动、自动连续单步等功能【知识点】：一、设计步骤1.控制系统的设计步骤和PLC选型2.制定电气控制方案【知识点】：1.控制系统的设计步骤和PLC选型一、设计步骤根据系统的控制要求，确定系统的输入设备的数量及种类，确定各输入信号的特点，如：是开关量还是模拟量，直流还是交流，电压等级，信号幅度等。3.确定输入/输出设备及信号特点【知识点】：1.控制系统的设计步骤和PLC选型一、设计步骤确定系统的输出设备的数量及种类，明确这些设备对控制信号的要求，如：电压或电流的大小，直流还是交流、电压等级，开关量还是模拟量，据此确定PLC的I/O设备的类型及数量，分类统计出各输入/输出量的性质及数量。3.确定输入/输出设备及信号特点4.选择PLCPLC机型及具体配置PLC型号、单元模块、输入输出类型和点数，相关附属设备，考虑经济性。【知识点】：一、设计步骤1.控制系统的设计步骤和PLC选型5.分配输入/输出点地址【知识点】：一、设计步骤1.控制系统的设计步骤和PLC选型根据已确定的输入输出设备和选定的PLC，列出输入输出设备与PLC的I/O点的地址对照表，以便于编制控制程序，设计接线图及硬件安装，所有的输入点和输出点在分配时要有规律，并考虑信号特点及PLC公共端的电流容量。6.设计电气线路【知识点】：一、设计步骤1.控制系统的设计步骤和PLC选型包括被控设备的主电路及PLC外部的其他控制电路图，PLC输入输出接线图，PLC主机、扩展单元及输入输出设备供电系统图，电气控制柜结构及电器设备安装图等。7.设计控制程序控制程序的设计包括状态表、顺序功能图、梯形图、指令表等。控制程序设计是PLC系统应用中最关键的问题，也是整个控制系统设计的核心。【知识点】：一、设计步骤1.控制系统的设计步骤和PLC选型8.调试调试包括模拟调试和联机调试。系统安装完成后，进行现场调试，解决问题，直到系统能满足工艺流程和系统控制要求。【知识点】：一、设计步骤1.控制系统的设计步骤和PLC选型9.技术文件处理整理出完整的技术文件如：设计说明书、电器元件明细表、电气原理图和安装图、状态表、I/O分配表、带注释的梯形图，系统使用说明等【知识点】：一、设计步骤1.控制系统的设计步骤和PLC选型PLC的选择一般从基本性能、特殊功能和通信联网三个方面进行考虑。选择的基本原则：在满足控制要求的前提下力争最好的性能价格比，并有一定的先进性和良好的售后服务。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型1、基本单元的选择基本单元又称为CPU单元，是机型选择时首先要考虑的问题。1）响应速度主要从两方面进行考虑：一是PLC程序的语句处理时间。二是PLC的扫描周期。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型2）存储容量存储器是存放程序和数据的地方，它应包括存储器的最大容量，可扩展性，存储器的种类。对于只有开关量控制功能的小型PLC，可把PLC的总点数乘以10，作为估算用户存储器容量的依据。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型3）扩展功能即带扩展单元的能力，包括所能带扩展单元的数量、种类、扩展单元所占的通道数、扩展口的形式等。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型4）结构形式小型PLC中，整体式要比模块式价格便宜，体积也小，只是硬件配置不如模块式灵活。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型5）特殊功能新型PLC有不少有用的特殊功能，了解这些功能，可以解决一些较特殊的控制要求。若用没有这些功能的基本单元来处理，则要添加特殊功能模块，处理起来既复杂，又增加成本。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型6）通信功能如果要求将该台PLC挂入工业控制网络，或连接其他智能化设备，则应考虑选择有相应的通信接口的PLC，同时要注意通信协议。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型2、指令系统的选择1）总指令数指令系统的总语句数反映了指令系统所包括的全部功能。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型2、指令系统的选择2）指令种类指令种类主要包括基本指令、运算指令和应用指令，具体的需求与实际要完成的控制功能相适应。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型2、指令系统的选择3）表达方式指令系统表达方式有多种，包括梯形图、语句表、控制系统流程图、高级语言等多种表达方式。表达方式的多样性给程序的编写带来了方便，并且也表示了该PLC的成熟性。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型2、指令系统的选择4）编程工具PLC的简易编程器价格较低，但功能有限；手持式液晶显示图形编程器价格较高，可直接显示梯形图。与简易编程器相比，采用计算机配以编程软件，能实用于不同的PLC，可明显提高程序的调试速度。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型3、I/O模块的选择I/O模块的选择主要是根据输入信号的类型，选择与之相匹配的输入模块；根据负载的要求、数量等级以及对响应速度的要求等选用合适的输出模块。根据系统要求安排合理的I/O点数，并有一定的余量，考虑到增加点数的成本，在选型前应将输入输出点作合理的安排，从而实现用少数的点数来保证设备的正常操作。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型4、其他选择1）性价比不要片面追求高性能、多功能。对控制要求低的控制系统，提出过高的技术指标，只会增加开发的成本。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型4、其他选择2）系列产品一个企业最好优选一个PLC厂家的其他系列产品，这样可以减少PLC的备件，以后建立自动化网络也较为方便，而且只需购置一台编程器或一套编程软件，并可实现资源共享。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型4、其他选择3）售后服务选择机型时还要考虑有可靠的技术支持。这些支持包括必要的技术培训，帮助安装、调试，提供备件、备品，保证维修等，以减少后顾之忧。【知识点】：二、PLC的选择1.控制系统的设计步骤和PLC选型在利用PLC构成应用控制系统时，首先要明确对控制对象的要求，然后根据实际需要确定控制系统的类型和系统工作时的运行方式。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案1、PLC控制系统的类型◆集中控制系统◆分布式控制系统【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案1）集中控制系统(a)为典型的单台控制，由一台PLC控制单台被控对象。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案(a)单台控制说明：该系统对PLC的I/O点数、存储器的容量要求较少，控制系统的构成简单明了。一般不需要与其他控制器或计算机进行通信，但应考虑将来是否需要。1）集中控制系统(b)为用一台PLC控制多台被控设备，每个被控对象与PLC的指定I/O相连接。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案(b)多台控制说明：该控制系统多用于控制对象所处的地理位置比较接近，且相互之间的动作有一定联系的场合。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案(b)多台控制1）集中控制系统图（c）为一台PLC构成远程I/O控制系统【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案说明：①PLC通过通信模块控制远程I/O模块。②适用于被控制对象远离集中控制室的场合。③一个控制系统需要设置多少个远程I/O通道，视被控对象的分散程度和距离而定，同时还受所选PLC能驱动I/O通道数的限制。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案集中控制系统的缺点：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。对于大型的集中控制系统，可以采用冗余系统来克服这个缺点。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案2）、分布式控制系统★这类系统的被控对象比较多，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。★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，系统的上位机可采用PLC，也可采用计算机。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案2）、分布式控制系统★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联锁、响应或发令等，或由上位机通过数据总线进行通信。★多用于多台机械生产线的控制，各生产线间有数据连接。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案2）、分布式控制系统通信方式1【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案PLC2被控对象2被控对象1被控对象3PLC1PLC3上位机2）、分布式控制系统通信方式2【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案PLC2被控对象2被控对象1被控对象3PLC1PLC3上位机2、系统的运行方式①自动运行方式◆是控制系统的主要运行方式◆特点：在系统工作过程中，系统按给定的程序自动完成被控对象的动作，不需要人工干预。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案2、系统的运行方式②半自动运行方式◆特点：是系统在起动和运行过程中的某些步骤需要人工干预才能进行下去。◆多用于检测手段不完善，需要人工判断或某些设备不具备自控条件，需要人工干涉的场合。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案2、系统的运行方式③单步运行方式◆特点：是系统运行中的每一步都需要人工干预才能进行下去。◆多用于调试，调试完成后，可将其撤除。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案2、系统的运行方式④手动运行方式◆不是控制系统的主要运行方式，而是用于设备调试、系统调整和故障情况下的运行方式，因此它是自动运行方式的辅助方式。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案3、系统的停止方式①正常停止◆正常停止由PLC的程序执行，当系统的运行步骤执行完毕，且不需要重新起动执行程序时，或PLC接收到操作人员的停止指令后，PLC按规定的停止步骤停止系统运行。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案3、系统的停止方式②暂时停止◆暂时停止方式用于程序控制方式时暂停执行当前程序，使所有输出都设置成OFF状态，待暂停解除时将继续执行被暂停的程序。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案3、系统的停止方式③紧急停止◆紧急停止方式是在系统运行过程中设备出现异常情况或故障，若不中断系统运行，将导致重大事故或有可能损坏设备时，必须使用紧急停止按钮使整个系统立即停止。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案在硬件设计时，不但要考虑到可行性，也要考虑到PLC组成的控制系统的控制方案的先进性。【知识点】：一、系统硬件设计总体方案2.系统硬件设计方案1、系统硬件配置图◆系统硬件