第4章--PLC控制系统的设计

PLC控制系统设计概述逻辑设计法时序图设计法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2.确定系统总体设计方案3.确定系统的硬件构成4．确定PLC的输入/输出点分配5．设计应用程序6．应用程序的调试7．制做电气控制柜和控制盘8．连机调试程序9．编写技术文件二、PLC控制系统的组成PLC控制系统信号输入元件：向PLC输入指令信号或被控对象的状态信号。（如按钮、限位开关、传感器等）信号输出元件：控制被控对象的工作。（电磁阀、接触器、信号灯等）PLC：通过执行软件程序来完成控制功能。信号输入元件输出执行元件PLCPLC典型控制程序1.启保停控制程序0000200003KEEP01000010000100000002000030000200003SET01000RESET01000（a）（b）（c）PLCKM∼SB1SB2DC24V0000200003COMCOMFUAC220V01000其中SB1为启动按钮，SB2为停止按钮。0100101000000030100101000000000100100002000012.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M1先停、M2才可能停。输入输出M1启动00000KM101000M1停车00001KM201001M2启动00002M2停车000032.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。01001000020000001001010020000101002010020000201001SB30000001001000010100200002COMCOMSB1~220VSB2DC24VKM1KM2PLCKHKM1KM2正转启动反转启动停车按钮正转接触器反转接触器触点互锁触点互锁0000000001IL(02)ILC（03）200002000001001TIM001TIM0010100101002△YSV1TIM0010100200000010010000101002COMCOMSB1~220VSB2DC24VKM1KM2PLCKHKM1KM23.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！010000000200000200000000120000200005.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)。输入输出点动按钮SB100000KM01000长动按钮SB200001停车按钮SB300002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。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)。输入输出甲地启/停SB100000KM01000乙地启/停SB200001丙地启/停SB200002本例，各地电动机的启动和停车都共用一个按钮。2000020000DIFD(14)20000KEEP0100001000000030000100002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。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。逻辑设计法①根据控制功能，将输入与输出信号之间建立起逻辑运算关系（可先列出逻辑状态表）；②对上述所得的逻辑函数进行化简或变换；③对化简后的函数，利用PLC的逻辑指令实现其函数关系（作出I/O分配，画出PLC梯形图）；逻辑设计法的基本步骤④添加特殊要求的程序。⑤上机调试程序，进行修改和完善。逻辑设计法举例某系统中有4台通风机，欲用两台指示灯显示通风机的各种运行状态。要求：3台及3台以上风机开机时，绿灯常亮；两台开机时，绿灯以5Hz的频率闪烁；一台开机时，红灯以5Hz的频率闪烁；全部停机时，红灯常亮。用A、B、C、D表示4台通风机，红灯为F1，绿灯为F2；设灯亮为“1”、灯灭为“0”；风机开为“1”、停为“0”。1.红灯（F1）常亮的程序设计当4台风机都不开机时，红灯常亮，其逻辑关系可列表为：由表可得函数：F1=ABCD（1）ABCDF1由式（1）可画出梯形图如下：ABCDF1000012.绿灯（F2）常亮的程序设计ABCDF20111110111110111110111111能引起绿灯常亮的情况有5种，列逻辑状态表如下：由此得逻辑函数为：将式（2）化简为：F2=AB（D+C）+CD（A+B）（3）F2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD（2）根据式（3）画梯形图：F2CABDACDB3.红灯（F1）闪烁的程序设计ABCDF100011001010100110001根据红灯闪烁的情况列表如下（设闪烁为“1”）：由表得逻辑函数为：将式（4）化简为：F1=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD（4）根据式（5）画梯形图：F1CDAB25501CDABCDABF1=AB（CD+CD）+CD（AB+AB）（5）25501产生5Hz的脉冲4.绿灯（F2）闪烁的程序设计ABCDF2001110101101101100111010111001根据绿灯闪烁的情况列表如下（设闪烁为“1”）：由此得逻辑函数为：将式（6）化简为：F2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD（6）F2=（AB+AB)(CD+CD）+ABCD+ABCD（7）F2=（AB+AB)(CD+CD）+ABCD+ABCD（7）根据式（7）画梯形图如下：F2ABCD25501ABCDABCDABCD5.根据所选用的PLC机型，作出I/O分配表。用PLC的I/O点编号替换梯形图中的变量。（1）作I/O分配表（本例使用的PLC是CPM1A）：输入输出ABCDF1F2001010010200103001040110101102（2）将上面各梯形图中的A、D、C、D、F1、F2用表中的PLC输入/输出点编号替换。作其梯形图如下：ABCDF10010100102001030010401101F1=ABCD下面以红灯的程序为例说明合并的方法。00101001020010300104F1F1001030010400101001022550100103001040010100102001030010400101001026.综合几个梯形图，得出最后的程序。两张图的合并应作如图处理。红灯的程序0010100102001030010425501001010010200103001040010100102001030010400101001020010300104F20010300101001020010400101001030010400102照此处理绿灯及整个程序。7.上机调试程序，进一步修改、完善。时序图设计法若PLC各输出信号的状态变化有一定的时间顺序，可由时序图入手进行程序设计。(1)根据各输入、输出信号之间的时序关系，画出输入和输出信号的工作时序图。(2)把时序图划分成若干个区段，确定各区段的时间长短。找出区段间的分界点，弄清分界点处各输出信号状态的转换关系和转换条件。一般方法为：(3)确定所需的定时器个数，分配定时器号，确定各定时器的设定值。(4)明确各定时器开始定时和定时到两个时刻各输出信号的状态。最好作一个状态转换明细表。(5)作PLC的I/O分配表。(6)根据时序图、状态转换明细表和I/O分配表，画出PLC梯形图。(7)作模拟实验，进一步修改、完善程序。时序图设计法举例图为十字路口上的红、黄、绿交通信号灯。绿灯亮放行、红灯亮禁行。控制要求：①放行时间：南北方向为30秒，东西方向为20秒。②禁行预告：欲禁行方向的黄灯和欲放行方向的红灯以5Hz的频率闪烁5秒，5秒后另一个方向放行。③只用一个控制开关对系统进行运行控制。南北西东（1）分析控制要求，确定输入和输出信号。原则：在满足控制要求的前提下，应尽量少占用PLC的I/O点数。对本例，由控制开关输入的信号是输入信号；指示灯的亮、灭由PLC的输出信号控制。由于同方向的同色灯在同一时间亮、灭，可将同色灯并联，用一个输出信号控制。这样只占6个输出点。南北西东（2）画出各方向三色灯的工作时序图。5s5s南北黄灯南北绿灯30s30s5s东西红灯5s20s20s东西绿灯东西黄灯5s5s南北红灯20s5s20s5s启动t0t1t2t3t4一个循环一个循环（3）由时序图分析各输出信号之间的时间关系。红灯和绿灯常亮的时间相同（30s/20s）；黄灯和红灯闪烁的时间相同（5s）。一个循环有4个时间分界点：t1、t2、t3、t4。在这4个分界点处信号灯的状态将发生变化。5s5s南北黄灯南北绿灯30s30s5s东西红灯5s20s20s东西绿灯东西黄灯5s5s南北红灯20s5s20s5s启动t0t1t2t3t4（4）确定信号灯的状态转换点。用TIM000~TIM0034个定时器控制信号灯的状态转换。（5）确定定时器的个数及编号。5s5s南北黄灯南北绿灯30s30s5s东西红灯5s20s20s东西绿灯东西黄灯5s5s南北红灯20s5s20s5s启动t0t1t2t3t4（6）列出定时器的功能明细表。5s5s南北黄灯南北绿灯30s30s5s东西红灯5s20s20s东西绿灯东西黄灯5s5s南北红灯20s5s20s5s启动t0t1t2t3t4TIM000TIM001TIM002TIM003定时器t0t1t2t3t4TIM000(定时30s)开始定时(为南/北绿灯、东/西红灯亮定时）TIM000ON南/北绿灯灭，南/北黄、东西红灯开始闪。ONON开始下一个循环的定时定时器t0t1t2t3t4TIM001(定时35s)开始定时继续定时TIM001ON。闪烁的灯灭，东西绿、南北红灯亮。ON开始下一个循环的定时输入输出控制开关南北绿灯南北黄灯南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯00000010000100101002010030100401005（6）根据定时器功能明细表和I/O分配，画出PLC的梯形图。（7）作PLC的I/O分配表。本例要求用一个控制开关进行控制。这里将全部程序放在指令IL/ILC之间，用00000作为指令IL的执行条件，即可实现控制要求。IL(02)00000TIM000#0300TIM003TIM001#0350TIM002#0550TIM003#0600TIM00001000TIM00025501TIM001ILC(03)END(01)0100001005010010100301004TIM00225501TIM003TIM001TIM00201001010030100201004南北绿亮30秒东西红亮30秒东西绿亮20秒南北红亮20秒南北黄闪5秒东西红闪5秒东西黄闪5秒南北红闪5秒有一些简单的梯形图可以借鉴电气控制原理图的设计，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，进行修改和完善，得到符合控制要求的梯形图。这种方法没有普遍的规律可以遵循，设计所用的时间，设计的质量与编程者的经验有很大的关系，所以这种设计方法叫做经验设计法。经验设计法例1：送料小车自动控制系统的梯形图设计控制要求：小车在ST1处装料，15s后装料结束，开始右行，碰到行程开关ST2后停下来卸料，10s后左行，碰到行程开关ST1又停下来装料，这样不停的循环工作。在左行和右行过程中，按下停止按钮SB3小车停止运行。ST1ST2右左装料处卸料处装料15s卸料10s（1）.控制按钮设置一个右行启动按钮SB1；一个左行启动按钮SB2；一个停