可編程序控制器設計PPT課件

第七章PLC系統(tǒng)設計 PLC原理及應用 PLC應用系統(tǒng)設計 PLC應用系統(tǒng)設計的內容和原則PLC系統(tǒng)設計步驟PLC應用中的若干問題 PLC應用系統(tǒng)設計的內容和原則 PLC應用系統(tǒng)設計包括硬件設計和軟件設計兩個方面 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象 生產設備或生產過程 的控制要求和工藝需要 從而提高產品質量和生產效率 因此在進行PLC應用系統(tǒng)的設計開發(fā)過程中 應遵循以下原則 1 硬件設計PLC應用系統(tǒng)硬件設計的主要內容包括PLC機型的選擇 輸入輸出設備的選擇 控制柜的設計和控制系統(tǒng)各種技術文件的編寫 在進行硬件設計時應注意 在滿足生產工藝控制的前提下 盡可能使PLC控制系統(tǒng)結構簡單 經濟實用 維護方便 PLC應用系統(tǒng)設計的內容和原則 2 軟件設計PLC應用系統(tǒng)軟件設計的主要內容就是編寫PLC用戶程序 即繪制梯形圖或編寫語句表 其設計的基本原則是 1 PLC的用戶程序要做到網絡段結構簡明 邏輯關系清晰 注釋明了 動作可靠 2 程序簡短 占用內存少 掃描周期短 這樣可以提高PLC對輸入的響應速度 3 可讀性好 程序可讀性好 不僅可以方便設計者對程序的理解 調試 而且便于他人閱讀 要做到這一點 所設計的程序要注意層次結構 盡可能清晰 采用標準化模塊設計 并加注釋 PLC系統(tǒng)設計步驟 深入了解被控系統(tǒng)控制系統(tǒng)選擇硬件設計與選型軟件設計模擬調試程序現(xiàn)場調試程序編寫技術文件 PLC系統(tǒng)設計步驟 詳細了解被控對象的機械結構和生產工藝過程 了解機械設備的運動內容 運動方式和步驟 了解工藝過程和機械運動與電氣執(zhí)行元件之間的關系和對電控系統(tǒng)的要求 機械 液壓 氣動 儀表 傳感器 PLC是否聯(lián)網或和上位機或其他設備通訊統(tǒng)計輸入輸出量數量和類型 一 深入了解被控系統(tǒng) PLC系統(tǒng)設計步驟 機械手的4個自由度說明 1 腰部 3 小臂 2 大臂 4 手腕 PLC系統(tǒng)設計步驟 PLC系統(tǒng)設計步驟 PLC 電源 A1B2C PLC控制機械手 機械手 計算機 電源 程序 反饋信號 指令信號 PLC系統(tǒng)設計步驟 單機控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)遠程I O控制系統(tǒng)集散型控制系統(tǒng)網絡控制系統(tǒng)冗余控制系統(tǒng)混合控制系統(tǒng) 二 控制系統(tǒng)結構選擇 PLC系統(tǒng)設計步驟 PLC的選型其他硬件硬件的設計與選型編程器與其他外設的選擇按鈕 電磁閥 限位開關 接近開關 傳感器 變送器 撥碼開關繼電器 接觸器 電磁閥 指示燈 三 硬件設備的設計與選型 PLC系統(tǒng)設計步驟 PLC的輸入輸出點數和性質指令范圍PLC的用戶程序存儲器容量開關量控制需字節(jié)數 I O點數 8模擬量輸入所需字節(jié)數 模擬量路數 120模擬量輸入輸出所需字節(jié)數 模擬量路數 250PLC的響應時間 指令平均執(zhí)行速度 PLC的物理結構PLC的特殊功能要求PLC的聯(lián)網通訊可靠性要求 PLC選型 PLC系統(tǒng)設計步驟 應用程序應最大限度地滿足系統(tǒng)控制功能的要求 在構思程序主體的框架后 要以它為主線 逐一編寫實現(xiàn)各控制功能或各子任務的程序 經過不斷地調整和完善 使程序能完成指定的功能 通常應用程序還應包括以下幾個方面的內容 1 初始化程序 2 檢測 故障診斷 顯示程序 3 保護 連鎖程序 四 軟件設計 應用程序的質量 衡量程序質量的幾個方面 1 程序的正確性 2 程序的可靠性好 3 參數的易調整性好 4 程序要簡練 5 程序的可讀性好 PLC系統(tǒng)設計步驟 PLC系統(tǒng)設計步驟 手工 軟件檢查程序錯誤 用仿真軟件進行邏輯調試用開關按鈕作輸入 用發(fā)光二極管作輸出 適當時候用開關代替行程開關 長時間的定時計數可先將其設定值調小 實驗室?guī)лd調試程序 檢查程序每一動作和每一支路的運行情況 五 模擬調試程序 PLC系統(tǒng)設計步驟 檢查外部接線有無問題安裝在現(xiàn)場帶載調試 檢查輸入輸出設備工作狀況檢查程序運行是否正常 六 現(xiàn)場調試程序 PLC系統(tǒng)設計步驟 PLC的外部接線圖和其他電器圖紙PLC使用的元件名稱 功能以及設定值等程序的說明和帶注釋的梯形圖編寫系統(tǒng)的技術說明書及用戶使用 維護說明書 七 編寫技術文件 PLC應用中的若干問題 減少PLC輸入和輸出點數的方法PLC接口注意事項PLC外部接線注意事項PLC抗干擾注意事項冗余系統(tǒng)與熱備用系統(tǒng) PLC應用中的若干問題 減少PLC輸入點數的方法分時分組輸入輸入觸點的合并將信號設置在可編程序控制器之外減少PLC輸出點數的方法矩陣輸出分組輸出并聯(lián)輸出負載多功能化某些輸出設備可不用PLC控制 PLC應用中的若干問題 1 分時分組輸入一般控制系統(tǒng)都存在多種工作方式 但各種工作方式又不可能同時運行 所以可將這幾種工作方式分別使用的輸入信號分成若干組 PLC運行時只會用到其中的一組信號 2 輸入觸點的合并如果某些外部輸入信號總是以某種 與或非 組合的整體形式出現(xiàn)在梯形圖中 可以將它們在可編程序控制器外部串 并聯(lián)再輸入可編程序控制器 PLC應用中的若干問題 3 將信號設置在可編程序控制器之外系統(tǒng)的某些輸入信號 如手動操作按鈕 保護動作后需手動復位的電動機熱繼電器FR的常閉觸點提供的信號 可以設置在可編程序控制器外部的硬件電路中 某些手動按鈕需要串接一些安全聯(lián)鎖觸點 如果外部硬件聯(lián)鎖電路過于復雜 則應考慮仍將有關信號送人可編程序控制器 用梯形圖實現(xiàn)聯(lián)鎖 PLC應用中的若干問題 1 矩陣輸出圖中采用8個輸出組成4x4矩陣 可接16個輸出設備 要使某個負載接通工作 只要控制它所在的行與列對應的輸出繼電器接通即可 要使負載KMl得電 必須控制Y0和Y4輸出接通 PLC應用中的若干問題 2 分組輸出當兩組負載不會同時工作 可通過外部轉換開關或通過受PLC控制的電器觸點進行切換 這樣PLC的每個輸出點可以控制兩個不同時工作的負載 如圖所示 KMl KM3 KM5 KM2 KM4 KM6這兩個組不會同時接通 可用外部轉換開關SA進行切換 PLC應用中的若干問題 3 并聯(lián)輸出當兩個通斷狀態(tài)完全相同的負載 可并聯(lián)后共用PLC的一個輸出點 但要注意PLC輸出點同時驅動多個負載時 應考慮PLC點的驅動能力是否足夠 4 負載多功能化一個負載實現(xiàn)多種用途 例如在傳統(tǒng)的繼電器電路中 一個指示燈只指示一種狀態(tài) 而在PLC系統(tǒng)中 利用PLC編程功能 很容易實現(xiàn)用一個輸出點控制指示燈的常亮和閃爍 這樣一個指示燈就可表示兩種不同的信息 從而節(jié)省了輸出點數 5 某些輸出設備可不用PLC控制系統(tǒng)中某些相對獨立 比較簡單的部分可考慮直接用繼電器電路控制 PLC應用中的若干問題 輸入電壓的選擇輸出電壓的選擇輸入接口的使用注意事項輸出接口的使用注意事項 PLC接口注意事項 PLC應用中的若干問題 輸入電壓 直流 5 12 24V 交流 110 220V較低直流電壓用于 一般模擬量數字量輸入 按鈕 微動開關 水銀開關 光電開關 干簧開關 和各種無觸電開關較高直流電壓用于 大的行程開關 強電開關 輸入電壓的選擇 PLC應用中的若干問題 繼電器型 24V2A 250V2A 300V5A不加電火花電路用于 干簧繼電器 小型繼電器 固態(tài)定時器 小容量氖燈 發(fā)光管 白熾燈加電火花電路用于 電磁裝置 小容量感性負載晶體管 24V0 5A繼電器 指示燈 數控裝置 計算機數據傳輸 控制信號傳輸雙向晶閘管 120 230V1A大容量感性負載 大接觸器 電磁裝置 小型電動機 輸出形式和負載的選擇 PLC應用中的若干問題 交流輸入時 輸入端并聯(lián)R C電路直流輸入時 輸入端并聯(lián)二極管和電阻以上兩種接線K打開時 可讓PLC誤動作接線寄生電容也可讓PLC誤動作 輸入接口的使用注意事項 PLC應用中的若干問題 晶體管 雙向晶閘管輸出時 阻斷狀態(tài)有漏電流 負載兩端并聯(lián)電阻 繼電器輸出為了減少火花 在PLC輸出端或負載兩端并聯(lián)附加電路 觸點兩端并RC電路用于直流電源和電壓較高交流電源 110V 220V 負載兩端并聯(lián)RC電路用于交流電源和電壓較低的直流電源 C 0 5 1uF A R 0 5 1 A負載兩端并聯(lián)二極管用于直流感性負載 二極管的耐壓和電流要大于負載電壓和電流 缺點負載斷電滯后 大于RC滯后 輸出接口的使用注意事項 PLC應用中的若干問題 負載兩端并聯(lián)二極管和穩(wěn)壓管用于直流感性負載 通過二極管穩(wěn)壓放電可在電壓較高時斷開 時間滯后少 負載和觸點兩端分別并聯(lián)雙向瞬變電壓抑制二極管 TVP 用于直流和交流負載 當TVP受到沖擊時 電流從1mA迅速上升到峰值電流 幾A到幾百A TVP管兩端被牽制到一定的電壓值 實際應用 低壓并在負載 高壓并在觸點 不允許直接負載或觸點兩端并聯(lián)電容 輸出接口的使用注意事項 PLC應用中的若干問題 注意主回路的電源與輸出端 負載正確連接 防止斷路注意觸點之間的連鎖 負載之間連鎖完善保護電路 異常狀態(tài)停車保護過載保護事故切斷電源負載機械卡死保護 PLC外部接線應注意問題 PLC應用中的若干問題 數字量信號可選用一般電纜 信號傳輸距離較遠時 可選用屏蔽電纜 模擬信號和高速信號線 如脈沖傳感器 計數碼盤等提供的信號 應選擇屏蔽電纜 高頻或要求高的通信電纜應選用專用電纜 如光纖電纜 在要求不高或信號頻率較低時 也可以選用帶屏蔽的多芯電纜或雙絞線電纜 PLC應遠離強干擾源 PLC不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內 與PLC裝在同一個開關柜內的電感性元件應并聯(lián)RC消弧電路 信號線與功率線應分開走線 電力電纜應單獨走線 不同類型的線應分別裝入不同的電纜管或電纜槽中 并使其有盡可能大的空間距離 信號線應盡量靠近地線或接地的金屬導體 PLC外部接線應注意問題 PLC應用中的若干問題 PLC工作在2MHZ 幾十MHZ 對噪聲敏感良好接地 地線短而粗電源 負載可設變壓器隔離信號線 電源線 動力線要分開設置 PLC的輸入輸出線要屏蔽選擇噪聲低的輸入輸出元件輸入端應使用直流電源 小阻抗元件 配線要短輸出端感性負載并聯(lián)附加電路 也可中間加一級繼電器再接負載 PLC抗干擾注意事項 PLC應用中的若干問題 PLC抗干擾注意事項 PLC應用中的若干問題 良好的接地是PLC安全可靠運行的重要條件 PLC一般應最好單獨接地 與其它設備分別采用各自獨立的接地裝置 見圖a 如果實在做不到 也可以采用公共接地方式 可與其它弱電設備共用一個接地裝置 如圖b 禁止使用串聯(lián)接地的方式或者建筑物大型金屬接地 因為這種接地方式會在各設備間產生電位差 PLC接地導線的截面應大于2mm2 接地電阻應小于100 PLC抗干擾注意事項 PLC應用中的若干問題 兩塊CPU模塊使用相同的用戶程序并行工作 備用CPU的輸出是被禁止的 當主CPU失效時 馬上投入備用CPU 這一切換過程用冗余處理單元RPU RedundantProcessingUnit 控制 I O系統(tǒng)的切換也是用RPU完成的 接到主CPU的故障信息后 RPU在幾個個掃描周期內將控制功能切換到備用CPU 冗余系統(tǒng)與熱備用系統(tǒng) 當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時 由主CPU通知備用CPU 這一切換過程一般不是太快 這種結構較簡單的系統(tǒng)叫做熱備用系統(tǒng) PLC應用舉例 液壓滑臺控制工業(yè)機械手控制液體混合自動售貨機控制全自動洗衣機控制十字路口紅綠燈控制加工中心自動換刀控制電梯自動控制步進電機控制 一 液壓滑臺控制 按下油泵電機啟動按鈕 啟動油泵電機按下自動循環(huán)按鈕 滑臺開始自動工作 滑臺從原位快速進給接近工件壓下行程開關XK2 滑臺工作進給加工結束壓下行程開關XK3 滑臺快速退回原位并壓下行程開關XK1 I O分配及狀態(tài)表 SFC STL PLC接線圖 經驗設計法 油泵指示燈 卸荷 前進 前進指示燈 啟動快速 后退行程開關 原位行程開關 油泵啟?？偼?關斷快速 主電機 后退 快速 后退指示燈 原位行程開關 工進行程開關 后退行程開關 二 機械手控制 初始狀態(tài)為 上限位 左限位 放松 M0 M0 三 液體混合 四 自動售貨機控制 自動售貨機可投入1 5 10元硬幣投入幣總值大于等于12元 汽水按鈕燈亮投入幣總值大于等于15元 汽水 咖啡按鈕燈全部亮汽水燈亮時 按汽水按鈕 汽水流出7s后自動停止 同時按鈕燈閃爍咖啡燈亮時 按咖啡按鈕 咖啡流出7s后自動停止 同時按鈕燈閃爍若投入幣總值超過所需數 進行找錢 一元投幣X0咖啡出口Y0五元投幣X1汽水出口Y1十元投幣X2咖啡按鈕指示燈Y2咖啡按鈕X3汽水按鈕指示燈Y3汽水按鈕X4找錢指示燈Y4計數器手動復位X5 投入1元寄存器加1 投入5元寄存器加5 投入10元寄存器加10 與汽水價格比較 與咖啡價格比較 汽水指示燈 汽水出口 汽水按鈕找錢 汽水流出7s 選擇汽水 選擇咖啡 咖啡按鈕指示燈 咖啡出口 咖啡流出7s 咖啡按鈕找錢 減法結果大于0找錢 找錢 復位 五 全自動洗衣機控制 啟動X0進水閥Y0停止X1正轉Y1排水X2反轉Y2高水位X3排水Y3低水位X4脫水Y4蜂鳴Y5 啟動 啟動 大循環(huán)3次計數 進水 洗滌正轉 排水 洗滌正轉15s計時 洗滌正轉暫停3s計時 讓T1接通 洗滌反轉 洗滌反轉15s計時 洗滌反轉暫停3s計時 讓T3接通 小循環(huán)計數3次 復位小循環(huán)計數器 洗滌小循環(huán)結束排水 正轉 脫水 脫水定時10s 大循環(huán)計數3次 洗滌結束蜂鳴 蜂鳴計時10s 復位大循環(huán)計數器 六 十字路口紅綠燈控制 1綠 1黃 1綠閃3s 由1黃關斷 1綠通5s 1黃通2s 由1紅關斷 第一周期接通 1綠燈計時 1綠燈閃爍計數 1紅通10s 由2紅關斷 1紅 1黃燈計數 2綠 2綠閃3s 由2黃關斷 2綠通5s 2綠燈計時5s 2紅 2黃通2s 由復位脈沖c5關斷 2黃 C5接通復位所有計數器 2紅通10s 由1紅關斷 2綠燈閃爍計數 2紅燈計時 七 加工中心自動換刀控制 加工換刀具時 自動將刀具轉至換刀位置后進行換刀此例共有30把刀具供選擇圓刀盤共有30把刀 一半15把 差值大于15正轉 逆時針 否則反轉指定刀具轉至距離出刀位兩個號碼時 開始減速設定值為19 現(xiàn)值為1 則19 1 18 15正轉 順時針 設定值為3 現(xiàn)值為1 則3 1 2 15反轉 刀具檢測X0正轉Y0號碼復位X1反轉Y1啟動X2減速Y2停止Y3 送設定值到D10 送當前值到D11 設定值與當前值之差送D13 差為負求其補 比較15與差的大小決定轉向 差小于15反轉 讓差小于15 差大于等于15正轉 差為2減速 反轉刀具檢測 正轉刀具檢測 反轉刀具當前值加1 正轉刀具當前值減1 當前值等于31 當前值等于0 復位當前值為1 復位當前值為30 轉過一把刀具差值減1 差值為2減速 差值為0停止轉動 反轉 減速 停止轉動 復位當前值與設定值 正轉 八 電梯自動控制 上升時請求下降或下降中請求上升的反向請求不會立即響應 要等到完成本次上升或下降才響應按照樓層設置開關運行 到達目的層自動開門按下關門按鈕關門 延時1s后開始運行同向請求及時響應程序可分為四部分 方向判別反向請求處理樓層設置繼電器的置位與復位輸出電路 X14 X13 X3 X12 X2 X1 X31 X32 X33 X34 X21 X22 X23 X24 X5 方向判別 上升 下降 反向請求 1樓請求上 2樓請求上 3樓請求上 2樓請求下 3樓請求下 4樓請求下 樓層呼叫按鈕保存于D1電梯目標位置 1樓行程開關 2樓行程開關 3樓行程開關 4樓行程開關 電梯當前位置 樓層行程開關保存于D0 電梯運動之前比較目標位置與當前位置 目標位置高于與當前位置 電梯上升 目標位置低于與當前位置 電梯下降 目標位置為2樓 目標位置為3樓 目標位置為4樓 目標位置為1樓 目標位置為2樓 目標位置為3樓 設置電梯當前位置與目標位置比較兩位置決定上升還是下降到達目標樓層消除對應設置 反向請求處理 4樓請求下 保存反向請求標志 3樓請求下 保存反向請求標志 2樓請求下 保存反向請求標志 1樓請求上 保存反向請求標志 2樓請求上 保存反向請求標志 3樓請求上 保存反向請求標志 設反向請求標志總標志M0 反向請求響應后清除標志M0 反向請求的保存反向請求的標志設置反向請求的響應 2 32 反向請求的響應 反向請求響應后清除標志延時 4樓請求下 將反向請求轉