PLC控制系统的设计

第6章PLC控制系统的设计•6.1PLC控制系统设计的基本原则•6.2PLC控制系统设计的主要内容与步骤•6.3PLC控制系统的硬件设计与选型•6.4PLC控制系统的软件设计•6.5PLC的安装与接线6.1PLC控制系统设计的基木原则•在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则:•(1)PLC的机型选择除了应满足有关技术指标的要求外，还应重点考虑该公司产品的技术支持与售后服务的情况。•(2)最大限度地满足被控对象的控制要求。•(3)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。•(4)保证控制系统的安全、可靠。•(5)考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择配置PLC硬件设备时应适当留有一定的裕量。返回6.2PLC控制系统设计的主要内容与步骤•6.2.1PLC控制系统设计的主要内容•(I)根据生产设备或生产过程的工艺要求，以及所提出的各项控制指标与经济预算，首先对方案进行总体设计，确定电控系统的工作方式，如是手动、半自动还是全自动;是单机运行还是多机连线运行等。此外，这个阶段还要确定电气系统的其他功能，例如紧急处理功能、故障与报警功能、通信联网功能等。•(2)根据控制要求基本确定数字I/O点和模拟量通道数，进行I/O点的初步分配，绘制I/O使用连线图。•(3)进行PLC系统配置设计，主要为PLC的选择。•(4)选择用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驭动的控制对象(电动机、电磁阀等)。上一页下一页返回6.2PLC控制系统设计的主要内容与步骤•(5)设计控制程序。在深入了解与掌握控制要求、主要控制的基本方式以及应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和连锁等方面的情况之后，对比较复杂的控制系统，可用状态流程图的形式全面表达出来。•(6)必要时还需要设计控制台(柜)。•(7)编制控制系统的技术文件，包括说明书、电气图及电气元件明细表。•6.2.2PLC控制系统设计的主要步骤•PLC控制系统设计流程图如图6一1所示，其主要步骤为:•1.深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求•2.确定1/0设备上一页下一页返回6.2PLC控制系统设计的主要内容与步骤•3.选择合适的PLC类型•4.分配I/O点•5.设计应用系统梯形图程序•6.将程序输入PLC•7.进行软件测试•8.应用系统整体调试•9.编制技术文件上一页返回6.3PLC控制系统的硬件设计与选型•机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，保证可靠、维护、使用方便以及最佳的性价比。具体应该考虑以下几个方面的要求。•1.性能与任务相适应•对于开关量控制的应用系统，当对控制速度要求不高时(如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等)，可选用小型PLC如OMRON公司的CPM2A型PLC或三菱FX2N型PLC。•2.PLC的处理速度应满足实时控制的要求•时间一般控制在几十毫秒之内(相当于普通继电器的动作时间)。改进实时速度的途径有以下几种方式:•(1)选择CPU处理速度快的PLC，使执行一条基本指令的时间不超•过0.5μs;•(2)优化应用软件，缩短扫描周期;下一页返回6.3PLC控制系统的硬件设计与选型•(3)采用高速响应模块，其响应的时间不受PLC扫描周期的影响，而取决于硬件的延时。•3.PLC机型尽可能统一•一个大型企业，应尽量做到机型统一。同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。•4.指令系统•由于PLC应用的广泛性，各种机型所具备的指令系统也不完全相同。•从指令系统方面应注意下述内容:•(1)系统的总语句数。这一点反映了整个指令所包括的全部功能。•(2)指令系统的种类。主要包括逻辑指令、运算指令和控制指令。具体的需求与实际要完成的控制的功能有关。上一页下一页返回6.3PLC控制系统的硬件设计与选型•(3)指令系统的表达方式。指令系统表达方式有多种，有的包括梯形图、高级语言等多种表达方式，有的只包括其中一种或两种表达方式。•(4)应用软件开发手段。在考虑指令系统这一性能时，还要考虑软件的开发手段。•5.选择合理的结构形式•对于整体结构式的PLC，其每一个I/O点的平均价格都比模块式的便宜，且体积相对比较小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的系统中;而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数、I/O模块的种类等方面，选择余地大。维修时只需更换模块，同时故障判断也很方便。因此，模块式PLC一般用于较复杂的系统和工作环境较差的场合。•6.机型选择的其他考虑•在考虑以上的一些性能后，还要根据工程应用实际考虑的一些因素。包括:(1)性价比。上一页下一页返回6.3PLC控制系统的硬件设计与选型•(2)备品备件的统一考虑。•(3)技术支持。•7.是否采取在线编程•PLC的编程分为离线编程和在线编程两种。小型PLC一般使用简易的编程器，它必须插在PLC上才能进行编程操作，其特点是编程器与PLC共用一个CPU，在编程器上有一个“运行/监控/编程(RUN/MONITOR/PROGRAM)”选择转换开关。•在线编程的PLC，其特点是主机和编程器各有一个CPU，编程器的CPU可以随时处理由键盘输入阻抗的各种编程指令。上一页返回6.4PLC控制系统的软件设计•1.软件设计的主要步骤•PLC软件设计，一般分为以下几个步骤:•1)程序设计前的准备工作•程序设计前准备工作大致可分为三个主要方面:•(1)了解系统概况，形成整体概念。•(2)熟悉被控对象，编制高质量的程序。•(3)充分地利用各种软件编程环境。•2)程序框图设计•3)编写程序•4)程序测试•5)编写程序说明书上一页下一页返回6.4PLC控制系统的软件设计•PLC程序设计流程如图6一2所示。•2.程序设计方法•1)经验法设计程序•经验设计法是在一些典型控制单元电路的基础上，采用许多辅助继电器来完成记忆、连锁、互锁等功能。程序需经过反复的修改和完善才能符合要求。•2)顺序功能图法•功能图设计程序的方法易被初学者接受，设计的程序规范、直观、易阅读，也便于修改和调试。•3.程序的质量•程序的好坏直接影响控制系统的控制效果，可以从如下几个方面判断程序的好坏。上一页下一页返回6.4PLC控制系统的软件设计•1)程序的正确性•正确的程序必须能经得起系统运行实践的考验。•2)程序的可靠性•能保证系统在正常和非正常(短时掉电、某些被控量超标、某个环节有故障等)情况下都能安全可靠地运行。能保证在出现非法操作(如按动或误触动了不该动作的按钮等)情况下不至于出现系统失控。•3)参数的易调整性好•经常修改的参数，在程序设计时必须考虑怎样编写才能易于修改。•4)程序结构简练•简练的程序，可以减少程序扫描时间、提高PLC对输入信号的响应速度。•5)程序的可读性好上一页下一页返回6.4PLC控制系统的软件设计•4.程序的调试与试运行•1)程序的检查•2)模拟运行•3)实物调试•4)现场调试•5)投入运行上一页返回6.5PLC的安装与接线•6.5.1PLC的安装•1.安装方式的选择•PLC的安装方式可分为集中式、远程式和多台联网分布式。•2.安装位置要求•可编程控制器安装必须选择符合本地区电气标准的可编程控制器外罩。为避免附近控制屏或电气装置产生的干扰，安装时应满足下列条件:•(1)采用封闭的防尘箱。•(2)与高频设备安装在一起时，其外罩必须接地。•(3)不要把可编程控制器与高压设备安装在同一罩壳里。•(4)尽可能远离高压线和动力线路。•(5)不要把可编程控制器安装在发热源的上面。下一页返回6.5PLC的安装与接线•(6)垂直安装可编程控制器，保证空气能最大限度流动，同时防止脏物从通风道掉人机内。•3.安装环境要求•(1)环境温度:0℃一55℃;相对湿度:35%一85%(无凝固)。•(2)应防止周围粉尘大量侵入，特别是盐类、金属粉末等(可编程序控制器不是防尘防水结构)。•(3)避免安装在异常振动或冲击场所，避免阳光直射。•(4)不能和产生强干扰的设备使用同一电源。•(5)不能装在强电场、磁场环境。•4.安装注意事项•虽然PLC有较强的抗干扰能力，但安装时，仍要考虑其抗干扰问题，进一步提高系统的可靠性。上一页下一页返回6.5PLC的安装与接线•(1)可编程序控制器电源应选用双绞线，线径2mm。如选用扩展单元，主机和扩展单元要共用一个开关，即同时上电或断电。•(2)可编程序控制器接地端一般不接地。若需要接地，应接专用地线。按标准线径2mm(螺钉4mm，接地电阻,10}，接地点应靠近可编程序控制器。•(3)输入信号线长度不要超过30to。输入、输出走线要分开，并与动力线保持200mm以上距离。•(4)可编程序控制器若直接安装在金属板上，底部应垫绝缘层，以防干扰。•(5)紧急停止线路应在可编程序控制器输出电路的外部切断。•(6)调试时，不能带电插拔编程器和电缆，防止损坏器件。•(7)可编程控制器负载电源要外接，并加快速熔断器保护。上一页下一页返回6.5PLC的安装与接线•(8)当可编程控制器带上感性负载时，在输出继电器断开瞬间，电感上会感应几千伏的高压反电动势，引起触点产生电火花，这样既易损坏可编程控制器输出继电器，又会产生可编程控制器内部干扰。所以感性负载拉弧严重时建议增加浪涌吸收电路。•6.5.2PLC的接线•1.电源的接线•一般情况下，可编程控制器的输入端和输出端不采用同一种电源。•常见的可编程序控制器需直流24V，交流200一240V电源。在可能的情况下，对可编程序控制器系统的输入装置、输出负载、CPU和扩展I/)单元可采用单独的电源供电，如图6一3所示。•为了防止干扰经电源线或输入端口窜人可编程序控制器内部，接线应按图6一4(a)所示，图6一4(b)接线方式应禁止采用。上一页下一页返回6.5PLC的安装与接线•2.输入端的接线•输入端接线是通过外部设备(一般是触点)，将额定电压加到可编程序控制器输入端和与其对应的COM端上，其接线如图6-5所示。•3.输出端的接线•输出端接线是由输出负载与电源E串联接在可编程序控制器输出端和与其对应的COM端上，其接线如图6-6所示。•常见的输出方式分别是继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。•(1)继电器输出方式要求负载电源一般为交流22oV或直流24Vo•(2)晶体管输出方式要求负载电源一般为交流直流5一24Vo•(3)晶闸管输出方式要求负载电源一般为交流100一120V或直流200~•240V。上一页返回图6一1PLC控制系统设计流程图返回图6一2程序设计流程图返回图6一3电源的接线返回图6一4电源的接线返回图6一5输入端的接线返回图6一6输出端的接线返回