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第3章基于PLC的控制系统设计第3章基于PLC的控制系统设计•编程规则及技巧•常用/基本程序•设计内容及步骤•设计方法•应用举例第3章基于PLC的控制系统设计•编程规则及技巧•常用/基本程序•设计内容及步骤•设计方法•应用举例设计内容及步骤•1.分析控制任务，明确控制要求–生产工艺流程–设备工作原理–系统的复杂程度–特殊要求•2.确定系统总体方案–开关量/数字量/模拟量–单机控制/分布式控制–I/O类型及规模设计内容及步骤•3.硬件选型及设计–PLC选型•整体式/模块式•IO点数(估算/余量)•特殊模块/扩展模块•处理速度•程序容量–IO分配–硬件系统设计(主电路/控制电路/安全回路等)–硬件系统制造(控制柜/操作台等)设计内容及步骤•4.软件设计–编写控制流程图–程序设计•正确性•可靠性•参数易调整性•高效率•可读性–离线调试设计内容及步骤•5.联机调试•6.编写技术文档–使用说明书–电路图–系统维护第3章基于PLC的控制系统设计•编程规则及技巧•常用/基本程序•设计内容及步骤•设计方法•应用举例第3章基于PLC的控制系统设计•转换设计法•经验设计法•逻辑设计法•时序设计法•顺序功能图设计法转换设计法•优点–最大保留了原系统，工作量小，成本低–提高了可靠性，还可以利用PLC改进部分功能•缺点–仅适用已有继电器控制系统且功能变化不大转换设计法•转换方法及注意事项：–元器件处理：•交直流接触器/电磁阀/电磁铁：作为执行元件保留(线圈)，分配相应的输出点•中间继电器：可用PLC内部继电器代替•时间继电器：可用PLC内部定时器代替•计数装置：可用PLC内部计数器代替转换设计法•转换方法及注意事项：–NO/NC按钮处理：•继电器控制系统中，启动用NO，停止用NC•PLC控制系统中，启动停止均用NO，既保证了控制程序的统一，又避免触点常期通电转换设计法•转换方法及注意事项–连接顺序处理：•连接顺序可能要作适当调整•充分利用PLC中触点可无限次使用的特点转换设计法例：电机星形/三角形启动控制SB停SB启KM1KM1L2L1L3QSFUSEFUSEM～FRFRKM1(a)主电路(b)继电器控制电路KM2LNLNKM3KM2KTKM3KTKM3KTKM2KM2KM1-电源KM2-三角形连接KM3-星形连接转换设计法例：电机星形/三角形启动控制•转换过程–1.主电路不变L2L1L3QSFUSEFUSEM～FRKM1(a)主电路KM2LNKM3转换设计法例：电机星形/三角形启动控制•转换过程–1.主电路不变–2.转换控制电路•保留3个交流接触器线圈，并作为PLC输出•保留2个指令按钮，并将停止按钮由NC→NO•去掉原时间继电器，改由PLC程序(计时器)实现•热继电器接入PLC保护电路转换设计法例：电机星形/三角形启动控制SB停SB启KM1KM1FR(b)继电器控制电路LNKM2KTKM3KTKM3KTKM2KM2SB停SB启0.000.01COM100.0100.1CP1HKM1KM3COMAC220VFR100.2KM2DC24V(c)PLC控制电路KM1(100.0)-电源KM2(100.2)-三角形连接KM3(100.1)-星形连接转换设计法例：电机星形/三角形启动控制•转换过程–1.主电路不变–2.转换控制电路–3.转换控制程序•先直接转换•再作适当处理转换设计法例：电机星形/三角形启动控制直接转换KM1(100.0)-电源KM2(100.2)-三角形连接KM3(100.1)-星形连接SB停SB启KM1KM1FR(b)继电器控制电路LNKM2KTKM3KTKM3KTKM2KM2END100.00.010.00T000100.1100.2T000100.2100.0100.1100.2TIM00#100(d)PLC控制程序转换设计法例：电机星形/三角形启动控制END100.00.010.00T000100.1100.2T000100.2100.0100.1100.2TIM00#100END100.00.010.00T000100.1100.2T000100.2100.0100.1100.2TIM00#1000.000.00处理1处理2KM1(100.0)-电源KM2(100.2)-三角形连接KM3(100.1)-星形连接转换设计法例：电机星形/三角形启动控制•元器件处理？•NO/NC按钮处理？•连接顺序处理？•改进？–安全改进•热继作为PLC输入，程序/电路双重保护–功能改进•原功能：启动→Y型→电机通电→延时→Y型断开→△型。(在Y切换到△时无延时，但有互锁保护)•现功能：启动→Y型→电机通电→延时→Y型断开→延时→△型。(在Y切换到△时延时0.5s，且有互锁保护)经验设计法•优点–设计速度快，程序简捷高效•缺点–依赖于设计者的经验水平–对于复杂程序，容易出现功能不全或漏洞•在经验/典型电路上进行设计，往往是由简单到复杂，逐步增加功能和完善。经验设计法例：送料小车•(教材例6-1)送料小车工作过程：小车启动后左行，碰到左限位后装料，20s后，小车右行，碰到右限位后卸料，12s后，再左行装料…，如此循环，直到按停止按钮。小车左行按钮右行按钮停车按钮左限位右限位经验设计法例：送料小车•分析–控制要求与3.1--常用程序20-行程控制类似，可参考经验设计法例：送料小车SB停SB左KM右KM左KM左SB右KM左KM右KM右L2L1L3QSFUSEFUSE3M～FRFRKM左(a)主电路(b)继电器控制电路KM右SQ左SQ右经验设计法例：送料小车SB停SB左SB右0.000.010.02COM100.0100.1CP1HPLCKM左KM右COMAC220VFRDC24V(c)PLC控制电路SQ左SQ右FR0.030.040.05100.00.010.020.00100.10.00100.0100.1END0.040.05100.10.030.05100.2经验设计法例：送料小车•分析–不同点：•1.增加装料/卸料输出•2.装料/卸料需要延时•3.需自动循环经验设计法例：送料小车输入输出停车0.00左行接触器100.0左行0.01右行接触器100.1右行0.02装料100.2左限位0.03卸料100.3右限位0.04热继0.05经验设计法例：送料小车•设计过程–1.PLC控制电路中增加装料/卸料输出–2.修改PLC控制程序•增加装料/卸料控制(红色部分)•加入自动循环功能(蓝色部分)•加入左/右行切换功能(绿色部分)经验设计法例：送料小车SB停SB左SB右0.000.010.02COM100.0100.1CP1HPLCKM左KM右COMAC220VFRDC24V(c)PLC控制电路SQ左SQ右FR0.030.040.05100.2100.3KM装KM卸T020.010.020.00T010.00100.0100.1END0.040.05100.00.030.05100.1100.0100.10.010.020.03100.2TIM01#2000.04100.3TIM02#120经验设计法例：送料小车•进一步：小车启动后向左快行，碰到左限位1后改慢行，碰到左限位2后装料，20s后，小车向右快行，碰到右限位后1改慢行，碰到右限位2后卸料，12s后，再向左行装料…，如此循环，直到按停止按钮。其中，快慢行转换由一个转换接触器控制。小车左行按钮右行按钮停车按钮左限位1右限位1左限位2右限位2逻辑设计法•基础是逻辑代数，类似于数字电路中的组合电路设计•优点–设计思路清晰，程序可以进行优化•缺点–仅适用于条件控制系统和开关量控制，有一定的局限性逻辑设计法例：通风机运行状态监视•某系统有4台通风机，要求在以下几种状态下发出不同的显示信号：3台及以上工作时，绿灯常亮；2台工作时，绿灯以1Hz的闪烁；1台工作时，红灯以1Hz的闪烁；全部停机时，红灯常亮。逻辑设计法例：通风机运行状态监视•分析：–条件逻辑控制系统，适合于逻辑设计法–设4台风机编号为A/B/C/D–设红/绿灯编号为H1/H2–4输入•A/B/C/D–4状态•H1常亮/H1闪烁/H2常亮/H2闪烁逻辑设计法例：通风机运行状态监视ABCDH1常亮00001逻辑关系表逻辑表达式H1=ABCD梯形图H1BCDA逻辑设计法例：通风机运行状态监视ABCDH2常亮0111110111110111110111111逻辑关系表逻辑表达式H2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD逻辑设计法例：通风机运行状态监视逻辑表达式H2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD梯形图AAABABH2CCDBDBCDCDABCD逻辑设计法例：通风机运行状态监视逻辑表达式H2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD逻辑表达式化简111110000011110011110CDAB卡诺图化简结果不唯一ABDBCDACDABC逻辑设计法例：通风机运行状态监视逻辑表达式化简H2=AB(C+D)+CD(A+B)梯形图DCACBAH2DBAAABABH2CCDBDBCDCDABCD化简后化简前逻辑设计法例：通风机运行状态监视ABCDH1闪烁00011001010100110001逻辑关系表逻辑表达式H1*=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD逻辑设计法例：通风机运行状态监视逻辑表达式逻辑表达式化简H1*=AB(CD+CD)+CD(AB+AB)梯形图H1*=ABCD+ABCD+ABCD+ABCDCCABADH1CABDDBP_1s逻辑设计法例：通风机运行状态监视ABCDH2闪烁001110101101101100111010111001逻辑关系表逻辑表达式H2*=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD逻辑设计法例：通风机运行状态监视逻辑表达式逻辑表达式化简H2*=(AB+AB)(CD+CD)+ABCD+ABCD梯形图H2*=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCDAAABABH2CCDBDBP_1sCDCD逻辑设计法例：通风机运行状态监视IO分配输入输出A0.01红灯H1100.1B0.02绿灯H2100.2C0.03D0.04逻辑设计法例：通风机运行状态监视0.030.030.010.020.010.040.030.010.020.040.040.02P_1s100.00.020.030.040.010.040.030.010.030.020.01100.10.040.020.010.010.010.020.010.020.030.030.040.020.040.02P_1s0.030.040.030.04END红灯闪烁红灯常亮绿灯闪烁绿灯常亮时序设计法•以时序图为基础，类似于数字电路中的时序电路设计•优点–时序关系清晰•缺点–仅适用于定时或计数程序设计时序设计法例：交通信号灯控制•交通信号灯控制要求：–东西绿灯20s，南北绿灯30s–绿灯转红灯之间黄灯和另一方向红灯同时以1Hz频率闪烁5s–设一启动/停止开关东西北南时序设计法例：交通信号灯控制•分析启动南北绿灯南北黄灯南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯30s5s20s5s30s5s20s5st1t2t3t4t5时序设计法例：交通信号灯控制•分析–一个循环有4个时间区段(t1-t5)–实现1：8个定时器，分别为南北方向(30s/5s/20s/5s)/东西方向(20s/5s/30s/5s)–实现2：4个定时器，分别为30s/5s/20s/5s–实现3：4个定时器，分别为30s/35s/55s/60s–实现4：1个定时器(60s)+4个CMP指令时序设计法例：交通信号灯控制定时器t1(0s)t2(30s)t3(35s)t4(55s)t5(60s)T00定时30s开始定时南北绿/东西红灯亮T00定时到南北绿灯灭南北黄/东西红灯闪ONON开始下一个循环定时T01定时35s开始定时继续定时T01定时到南北黄/东西红灯灭东西绿/南北红灯亮ON开始下一个循环定时T02定时55s开始定时继续定时继续定时T02定时到东西绿灯灭东西黄/南