plc控制系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計步驟確定控制對象及范圍確定系統(tǒng)構(gòu)成形式可編程控制器選型硬件系統(tǒng)設(shè)計軟件系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)模擬調(diào)試系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試系統(tǒng)投運(yùn)單機(jī)控制系統(tǒng)是最常見的系統(tǒng)構(gòu)成形式，由一臺PC控制一個對象。PC上位機(jī)受控對象該形式系統(tǒng)構(gòu)成簡單，PC作為底層控制器，上位機(jī)作為監(jiān)控機(jī)。一般用于控制簡單的小型系統(tǒng)。二、

系統(tǒng)構(gòu)成形式1、單機(jī)控制系統(tǒng)2、集中控制系統(tǒng)上位機(jī)PC受控對象A

受控對象B

受控對象C該形式系統(tǒng)構(gòu)成簡單，相對成本低。一般用于各受控對象位置比較集中且相互之間有一定聯(lián)系的場合。3、分散控制系統(tǒng)上位機(jī)BPC

—

APC—BPC—C上位機(jī)A受控對象A

受控對象B

受控對象C該形式系統(tǒng)安全性較高，便于維護(hù)。多用于大型生產(chǎn)裝置或多條流水線的控制。4、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)本地對象上位機(jī)遠(yuǎn)程對象

遠(yuǎn)程對象該形式系統(tǒng)配有遠(yuǎn)程控制站，適用于受控對象遠(yuǎn)離主控室的場合。PC遠(yuǎn)程控制站遠(yuǎn)程控制站本地控制站5、冗余控制系統(tǒng)本地控制站上位機(jī)主要用于可靠性要求較高的場合遠(yuǎn)程控制站遠(yuǎn)程控制站本地控制站主遠(yuǎn)I冗其主遠(yuǎn)I冗其機(jī)程O余它機(jī)程O余它系控控控單系控控控單統(tǒng)制制制元統(tǒng)制制制元三、PC選型

1、功能選擇開關(guān)量控制

模擬量控制

數(shù)據(jù)處理功能特殊I/O控制診斷功能通信功能其它高級功能2、確定I/O點數(shù)根據(jù)I/O點數(shù)的多少選擇相應(yīng)的機(jī)型，小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)等。各種輸入/輸出點應(yīng)分別統(tǒng)計。一般按數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出、特殊I/O點、其它點等分別統(tǒng)計。應(yīng)注意留有余量。3、輸入/輸出模塊選擇開關(guān)量：輸入模塊：注意交流/直流信號、信號電壓等級、外部/內(nèi)部供電等。輸出模塊：注意交流/直流負(fù)載、輸出電壓等級、負(fù)載電流、動作頻率等，可選擇繼電器式、晶體管式或可控硅式輸出。模擬量：A/D模塊：注意輸入信號類型，如電流信號、電壓信號、信號范圍及標(biāo)度變換等。D/A模塊：注意同A/D模塊。智能單元：溫度模塊：注意熱電偶、熱電阻、相應(yīng)的分度號標(biāo)度變換等。其它模塊：PID控制模塊、轉(zhuǎn)速控制模塊、位置控制模塊等。4、存儲器選擇類型選擇：RAM型、EPROM型、E2PROM型等?，F(xiàn)大多采用

E2PROM+RAM。容量估算：開關(guān)量：M=DI*10+DO*5模擬量：M=（AI+AO）*100在此基礎(chǔ)上，再留20%余量。5、其它方面編程語言：梯形圖、SFC等編程軟件：靈活、方便性及費用各種工控軟件的支持情況：需配上位監(jiān)控系統(tǒng)時應(yīng)重點考慮。第二節(jié)

硬件系統(tǒng)設(shè)計一、硬件設(shè)計主要文件

1、系統(tǒng)硬件配置圖反映系統(tǒng)整體構(gòu)成及連接關(guān)系等。

2、硬件模塊一覽表系統(tǒng)各模塊類型、型號、數(shù)量等。

3、I/O地址分配表各I/O點的地址分配。

4、I/O硬件接線圖各I/O模塊接線。二、運(yùn)行方式與停運(yùn)方式設(shè)計

1、運(yùn)行方式自動

半自動手動2、停運(yùn)方式正常停運(yùn)暫停緊急停運(yùn)三、可靠性設(shè)計

1、環(huán)境技術(shù)條件溫度、濕度、振動、沖擊等。

2、冗余設(shè)計1）環(huán)境條件方面使用條件應(yīng)留有余地。

2）控制系統(tǒng)的并列運(yùn)行冷備用熱備用3）其它備用系統(tǒng)如對于主要開關(guān)量控制點設(shè)置繼電器系統(tǒng)，對于主要模擬量控制點設(shè)置手動操作系統(tǒng)等。3、供電系統(tǒng)設(shè)計1）主要考慮因素電源電壓允許在一定范圍內(nèi)波動；

系統(tǒng)斷電時應(yīng)保證程序及數(shù)據(jù)安全；對不允許斷電的場合應(yīng)設(shè)置后備電源。2）常用供電方案單路供電：控制器電源I/O電源其它設(shè)備電源總電源220VAC隔離變壓器采用UPS備用電源：控制器電源I/O電源總電源220VAC其它設(shè)備電源隔離變壓器UPS雙路供電：220VACA路B路AAAB雙路切換控制系統(tǒng)4、抗干擾設(shè)計1）電源抗干擾設(shè)計使用隔離變壓器使用濾波器PC、I/O與其它設(shè)備分別供電2）接地設(shè)計分別接地控制器其它設(shè)備其它設(shè)備控制器其它設(shè)備不允許采用共通接地控制器共用接地3）輸入/輸出及配線抗干擾設(shè)計輸入端有感應(yīng)電壓時的處理方法控制器控制器~Z直流時加續(xù)流二極管交流時加浪涌吸收器控制器~Z控制器~R加浪涌吸收器

加中間繼電器轉(zhuǎn)接輸出端有感性負(fù)載時的處理方法配線抗干擾方法交流與直流輸入信號電纜盡量分開；輸入與輸出信號電纜盡量分開；信號電纜與動力電纜應(yīng)分開；信號電纜應(yīng)使用屏蔽電纜，并采用屏 蔽層在控制器處單端接地；第三節(jié)

軟件設(shè)計一、梯形圖轉(zhuǎn)換主要用于老系統(tǒng)的改造。原控制系統(tǒng)大都有繼電器線路圖或邏輯圖等，可在此基礎(chǔ)上將其轉(zhuǎn)換為梯形圖。應(yīng)注意等效轉(zhuǎn)換以及輸入、輸出信號的處理問題。繼電器控制線路圖至梯形圖轉(zhuǎn)換實例R1BLXR1-2R2ALR1-3R2-3R2-2FRPB1PB2R2-4FR例：一般閃光報警系統(tǒng)I/O分配：X——X0PB1——X1PB2——X2AL——Y0BL——Y1中間元件：R1——R1R2——R2一般閃光報警系統(tǒng)梯形圖程序分析工藝要求根據(jù)工藝要求列寫動作表根據(jù)動作表列寫邏輯式化簡邏輯式根據(jù)邏輯式繪制梯形圖修改補(bǔ)充二、組合型邏輯設(shè)計

1、設(shè)計步驟2、設(shè)計舉例狀態(tài)元件1234X11101輸入X21011X30111輸出Y1111例：設(shè)計一聯(lián)鎖保護(hù)環(huán)節(jié)，要求三個檢測開關(guān)中只要有兩個或兩個以上動作，則相應(yīng)的電磁閥打開。檢測開關(guān)為常開型，電磁閥為帶電打開。邏輯式：

Y=X1X2+X1X3+

X2X3

+X1X2X3Y=

X1X2

+X1X3

+

X2X3三、時序型邏輯設(shè)計——順序功能圖（SFC）設(shè)計方法SFC設(shè)計方法是用于工業(yè)順序控制程序設(shè)計的一種方法，該方法能描述被控系統(tǒng)的工作過程，其設(shè)計規(guī)則與步進(jìn)控制非常相似。1、SFC設(shè)計基礎(chǔ)SFC的基本元素是流程步、有向線段、轉(zhuǎn)移和動作說明。這些內(nèi)容與步進(jìn)控制基本相同。1）流程步流程步也稱作工作步，它是控制系統(tǒng)中的一個穩(wěn)定狀態(tài)。流程圖用矩形框表示，框內(nèi)用數(shù)字表示該步的編號，編號可以

是實際的控制步號，也可以是PLC中的

工作位編號。流程步有兩種：初始步和一般步。0

3初始步一般步2）轉(zhuǎn)移和有向線段轉(zhuǎn)移就是從一個步向另外一個步的轉(zhuǎn)換條件，兩步之間用一個有向線段表示可以從一個步轉(zhuǎn)換到另一個步，代表向下轉(zhuǎn)移方向的箭頭可以忽略。12轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件12轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件3）動作說明動作說明標(biāo)在工作步旁3啟動定時器1D1指示燈亮電機(jī)M1啟動常見動作類型非自鎖動作自鎖動作

復(fù)位啟動定時/計數(shù)器啟動功能指令方框可省略2、SFC的結(jié)構(gòu)SFC的結(jié)構(gòu)與步進(jìn)控制結(jié)構(gòu)基本相同

1）順序結(jié)構(gòu)012T0定時啟動M2啟動等待按M1啟動按鈕M1啟動T0定時到按M1停止按鈕2）選擇分支結(jié)構(gòu)023456BCDEFGHI7JA1各步動作略3）并行分支結(jié)構(gòu)023456CDE7FA1B各步動作略4）循環(huán)結(jié)構(gòu)0A1B2CD35）復(fù)合結(jié)構(gòu)由上述各種結(jié)構(gòu)構(gòu)成。3、SFC描述問題舉例例：運(yùn)料小車控制A地B地小車可在A、B兩地分別起動。若在A地起動，則小車先返回A地，停車5s等待裝料，然后自

動駛向B地。到達(dá)B地后，停車2s等待卸料，然后再返回A地，如此往復(fù)。若從B地起動，則先返回B地，停車2s等待卸料，然后自動駛向A地，停車5s等待裝料，如此往復(fù)。后退

前進(jìn)小車012B地啟動B點行程開關(guān)閉合2S定時到34停止停止停止停止A地啟動A點行程開關(guān)閉合5S定時到小車前進(jìn)啟動2S定時小車后退啟動5S定時4、SFC轉(zhuǎn)換為梯形圖1)初始（第0）工作步的梯形圖該步的啟動條件之一是其它工作步均未工作。第1步

第2步第n步第0步當(dāng)初始步的建立需要一定的條件時，還應(yīng)將各條件的邏輯組合作為啟動條件。條件條件

第1步第n步第0步有循環(huán)返回第0步時：第1步

第2步第n步第0步返回第0步條件2)其它工作步的梯形圖上一步工作轉(zhuǎn)移條件停止條件下一步工作工作步其他啟動條件本步自鎖3)運(yùn)料小車控制系統(tǒng)的梯形圖下一步工作運(yùn)料小車控制系統(tǒng)梯形圖程序SFC設(shè)計習(xí)題ML液體A液體BV1V2V3習(xí)題1：液體混合裝置控制初始狀態(tài)：混合器空，V1、V2、V3均關(guān)閉，攪拌器不工作?？刂埔螅喊磫影粹o后，V1打開，充液體A；充至I位H后，V1關(guān)閉，V2打開，充液I體B；充至H位后，V2關(guān)閉，攪拌器啟動，攪拌6秒；攪拌停止后，開V3閥排放，排放至L位2秒后，關(guān)閉V3，開始下循環(huán)。按停止按鈕后，系統(tǒng)不立即停止工作，須待一個循環(huán)結(jié)束后再停止工作。液體混合裝置控制SFC圖0123452s定時到且未按過停止按鈕2s定時到且按過停止按鈕初始狀態(tài)按啟動按鈕V1=ON到I位V2=ON到H位M=ON；定時6s6s定時到V3=ON低于L位定時2s液體混合裝置控制梯形圖程序習(xí)題2：水槽充灌設(shè)P1和P2兩臺水泵，當(dāng)液位低于L1時，啟動一臺水泵；當(dāng)液位低于L2時，啟動兩臺水泵。同時要求，單臺工作時。P1、P2輪流工作。L2L1P1P2水槽充灌SFC圖012345P1=ON，P2=ONP1=ON，P2=OFFP1=OFF，P2=OFFP1=OFF，P2=OFFP1=OFF，P2=ONP1=ON，P2=ONL2以上L2以下L1以下L1以上L1以下L2以下L2以上L1以上習(xí)題3：電梯控制以三層電梯為例1層上呼按鈕及指示燈2層上呼按鈕及指示燈2層下呼按鈕及指示燈3層下呼按鈕及指示燈1層平層行程開關(guān)2層平層行程開關(guān)3層平層行程開關(guān)I/O分配X1—一層平層開關(guān)；X2—二層平層開關(guān)；X3—三層平層開關(guān)；X4—一層向上（1U）呼叫；

X5—二層向上（2U）呼叫；

X6—二層向下（2D）呼叫；

X7—三層向下（3D）呼叫；

Y0—向上；Y1—向下；

Y2—1U指示；Y3—2U指示；

Y4—3U指示；Y5—2D指示；R1—有1U；R2—有2U；R21—有2D；R3—有3D。T1—上升時，2層停定時；

T2—上升時，3層停定時；

T3—下降時，2層停定時；

T4—下降時，1層停定時；3秒到&下面有呼叫（2U或2D或1U之1）2層到&有2D呼叫或到2層&無1U&有2U到2層&無2U呼叫&有3D呼叫R10在1層R11上升R12停3秒上面有呼叫（2U或2D或3D之1）2層到&有2U呼叫或到2層&無3D&有2D3秒到&有3D呼叫R13上升R14停3秒3層到&有3D呼叫R15下降R16停3秒3秒到&有1U呼叫R17下降1層到R18停3秒3秒到3秒到&上面無呼叫&下面有1U呼叫3秒到&下面無1U呼叫&上面有3D呼叫到2層&無2D呼叫&有1USFC圖習(xí)題4：自動售貨機(jī)控制動作要求：可投1元、5元、10元幣。果汁每瓶12元，啤酒每瓶15元。投幣總額大于等于12元時，果汁指示燈亮；大于等于15元時，果汁及啤酒指示燈均亮。

4）果汁指示燈亮?xí)r，按果汁按鈕，售出果汁。啤酒指示燈亮?xí)r，按啤酒按鈕，售出啤酒。計算貨款余額，并以1元硬幣找零。自動售貨機(jī)SFC圖0123輸出果汁計算余額退款計數(shù)退款計數(shù)為零余額不為零余額為零245輸出啤酒計算余額余額不為零退款計數(shù)退款計數(shù)為零余額為零啤酒按鈕果汁按鈕投幣計數(shù)總金額計算確認(rèn)可買飲料自動售貨機(jī)SFC圖輸出啤酒計算余額012輸出果汁計算余額245余額不為零退款計數(shù)退款計數(shù)為零啤酒按鈕果汁按鈕投幣計數(shù)總金額計算確認(rèn)可買飲料余額為零工藝過程分析繪制輸入元件工作區(qū)間

繪制執(zhí)行元件工作區(qū)間布置中間元件工作區(qū)間列寫執(zhí)行元件邏輯式列寫中間元件邏輯式依邏輯式畫梯形圖四、時序型邏輯設(shè)計——動作順序表方法

1、設(shè)計步驟2、設(shè)計方法以一般閃光報警系統(tǒng)為例

1）分析工藝要求：狀態(tài)元件報警燈正常不亮報警閃爍確認(rèn)平光復(fù)原滅警鈴不響響消音不響輸入元件：報警信號開關(guān)（

X）確認(rèn)按鈕（

PB）執(zhí)行元件：報警燈（

AL）警鈴（

BL）2）繪制輸入、執(zhí)行元件工作區(qū)間狀態(tài)元件條件正常報警確認(rèn)復(fù)原試燈X→1

PB1→1

X→0

PB2→1輸入XPB1PB2執(zhí)行ALBL中間3）布置中間元件工作區(qū)間中間元件數(shù)量的確定若N為需區(qū)分的邊界數(shù)，則所需中間件數(shù)n=正N/常2

（報按警最省原確則認(rèn)布置復(fù)）原R1R2R1R2R1R21#2#3#按3#方案布置中間元件：狀態(tài)元件條件正常報警確認(rèn)復(fù)原試燈X→1

PB1→1

X→0

PB1→1輸入XPB1PB2執(zhí)行ALBL中間R1R2列寫中間、執(zhí)行元件的邏輯式

R1=XR2

=（PB1

+

r2）r1AL

=

r1?r2?fr

+

r1?r2

+

PB2?r1BL

=

r1?r2依邏輯式畫出梯形圖X——X0；PB1——X1；PB2——X2。AL——Y0；BL——Y1。R1——R1；R2——R2；

FR——R901C。一般閃光報警系統(tǒng)梯形圖程序3、設(shè)計舉例1）液體混合裝置控制MHIL液體A液體BV1V2V3初始狀態(tài)：混合器空，V1、V2、V3均關(guān)閉，攪拌器不工作?？刂埔螅喊磫影粹o后，V1打開，充液體A；充至I位后，V1關(guān)閉，V2打開，充液體B；充至H位后，V2關(guān)閉，攪拌器啟動，攪拌6秒；攪拌停止后，開V3閥排放，排放至L位2秒后，關(guān)閉V3，開始下循環(huán)。按停止按鈕后，系統(tǒng)不立即停止工作，須待一個循環(huán)結(jié)束后再停止工作。Q→1

L→1

I→1

H→1

6s到H→0

I→0

L→0

2s

T→1停中間輸出輸入循環(huán)狀態(tài)

空

0-L

L-I

I-H

攪拌

-H

H-I

I-L

L-O條件元件QTLIHV1V2V3MTM

TLR邏輯式TM

=

H； TL

=

L

V3；R

=

T

+

R

QV1

=

（Q

+

TL

R

+

V1）IV2

=

I

H

V3V3

=

（TM

+

V3）TLM

=

H

TMI/O分配Q

—

X0；T—X1；H

—

X2；I

—X3；L—X4

V1—Y0；V2—Y1；V3—Y2；M—Y3TM—T0；TL—T1；R—R0液體混合裝置控制系統(tǒng)梯形圖程序2）十字路口交通燈控制控制要求為總控開關(guān)閉合后，按先東西向綠燈亮（南北向紅燈）的順序控制，具體動作順序為：東西向綠燈亮4秒—東西向綠燈閃2秒—東西向黃燈亮2秒—東西向紅燈亮8秒；與其對應(yīng)的南北向各燈控制：南北向紅燈亮8秒—南北向綠燈亮4秒—南北向綠燈閃2秒—南北向黃燈亮2秒；交通燈控制I/O分配:

X0—總控開關(guān)；

Y0—東西向紅燈；

Y1—東西向黃燈；

Y2—東西向綠燈；

Y3—南北向紅燈；

Y4—南北向黃燈；

Y5—南北向綠燈；狀態(tài)轉(zhuǎn)步條件元件全滅東西綠燈亮4S東西綠燈閃2S東西黃燈亮2S東西紅燈亮8S循環(huán)停止全滅南北紅燈亮8S南北綠燈亮4S南北綠燈閃2S南北黃燈亮2SX0-1 4S到 2S到 2S到 4S到 2S到 2S到 X-0輸入X0Y0紅Y0Y4T5Y1黃Y1輸出Y2Y3Y4綠紅黃Y2Y3Y5綠Y5T0T0T1T1中間T2T3T4T5T2T3T4說明列寫邏輯式:T0

=

X0

T1

T2

T3

T4T1

=

（T0

+T1）T2

X0T2

=

（T1

+

T2）T3

X0T3

=（T2

+

T3）T4

X0T4

=

（T3

+

T4）T5

X0T5

=

（T4

+

T5）T0

X0Y0

=

T2

+

T3

+

T4Y1

=

T1Y2

=

X0

T0

T1

T2

T3

T4

+

T0

frY3

=

X0

T2

T3

T4Y4

=

T4

;

Y5

=

T2

+T3

fr1、直接使用高級語言設(shè)計需解決的關(guān)鍵問題：1）監(jiān)控計算機(jī)與PLC的通信利用PLC生產(chǎn)廠家提供的通信協(xié)議來實現(xiàn)。

2）數(shù)據(jù)的提取主要是文本字符串的處理問題。

3）顯示數(shù)據(jù)與通信數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換通常顯示數(shù)據(jù)要求以工程單位顯示，而通信數(shù)據(jù)是PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)，應(yīng)在監(jiān)控計算機(jī)上完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。五、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計2、使用工控組態(tài)軟件設(shè)計需解決的關(guān)鍵問題：1）工控組態(tài)軟件是否支持所使用的PLC如支持，則工控組態(tài)軟件可完成數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的提取、及顯示數(shù)據(jù)與通信數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換等，可直接使用最終轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。如