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电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院一、一、PLC控制系统设计原则控制系统设计原则 1、建立系统设计方案、建立系统设计方案 2、确定控制方案时应注意的几个问题、确定控制方案时应注意的几个问题 3、控制系统的结构和控制方式、控制系统的结构和控制方式二、二、PLC控制系统设计方法控制系统设计方法 1、设计中的注意事项、设计中的注意事项 2、一般设计法、一般设计法 3、条件分析法、条件分析法三、系统设计举例三、系统设计举例电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院一、一、PLCPLC控制系统设计原则控制系统设计原则 1 1、建立系统设计方案、建立系统设计方案（1）熟悉被控制系统的工艺要求）熟悉被控制系统的工艺要求（2）根据各物理量的性质确定）根据各物理量的性质确定PLC的型号的型号（3）确定被控对象的参数）确定被控对象的参数（4）分配输入）分配输入/输出继电器号输出继电器号（5）用流程图表示系统动作基本流程）用流程图表示系统动作基本流程（6）绘制梯形图，编写）绘制梯形图，编写PLC控制程序控制程序（7）现场调试、试运行）现场调试、试运行（8）编制技术文件）编制技术文件电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院（1）熟悉被控制系统的工艺要求）熟悉被控制系统的工艺要求 深入了解被控系统是深入了解被控系统是PLC控制系统设计的基础。工程师在控制系统设计的基础。工程师在接到设计任务时，首先必须进入现场调查研究，搜集有关资料，接到设计任务时，首先必须进入现场调查研究，搜集有关资料，并与工艺、机械、电气方面的技术和操作人员密切配合，共同并与工艺、机械、电气方面的技术和操作人员密切配合，共同探讨被控制对象的驱动要求和注意事项，如驱动的电压、电流探讨被控制对象的驱动要求和注意事项，如驱动的电压、电流和时间等；和时间等； 各部件动作关系如因果、条件、顺序和必要保护与联锁等；各部件动作关系如因果、条件、顺序和必要保护与联锁等； 操作方式操作方式:手动、自动、半自动，连续、单步和单周期等；手动、自动、半自动，连续、单步和单周期等； 内部设备内部设备:与机械、液压、气动、仪表、电气等方面关系；与机械、液压、气动、仪表、电气等方面关系； 外围设备如与其它外围设备如与其它PLC、工业控制计算机、变频器、监视、工业控制计算机、变频器、监视器之间的关系，以及是否需要显示关键物理量、上下位机的联器之间的关系，以及是否需要显示关键物理量、上下位机的联网通信和停电等应急情况时的紧急处理，等等。网通信和停电等应急情况时的紧急处理，等等。 电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院 （2）根据各物理量的性质确定）根据各物理量的性质确定PLC的型号的型号 根据控制要求确定所需信号输入元件、输出执行元件，即根据控制要求确定所需信号输入元件、输出执行元件，即哪些信号是输入给哪些信号是输入给PLC，哪些信号是由，哪些信号是由PLC发出去驱动外围负发出去驱动外围负载。载。 分类统计出各物理量的性质，如是开关量还是模拟量，是分类统计出各物理量的性质，如是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级。直流量还是交流量，以及电压的大小等级。 根据输入量、输出量的类型和点数，选择具有相应功能根据输入量、输出量的类型和点数，选择具有相应功能PLC的基本单元和扩展单元，对于模块式的基本单元和扩展单元，对于模块式PLC，还应考虑框架，还应考虑框架和基板的型号、数量，并留有余量。和基板的型号、数量，并留有余量。 电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院 （3）确定被控对象的参数）确定被控对象的参数 控制系统被控对象的参数有位置、速度、时间、温度、压力、控制系统被控对象的参数有位置、速度、时间、温度、压力、电压、电流等信号，根据控制要求设置各量的参数，点数和范电压、电流等信号，根据控制要求设置各量的参数，点数和范围。围。 对于有特殊要求的参数，如精度要求、快速性要求、保护对于有特殊要求的参数，如精度要求、快速性要求、保护要求，应按工艺指标选择相应传感器和保护装置。要求，应按工艺指标选择相应传感器和保护装置。电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院（4）分配输入）分配输入/输出继电器号输出继电器号 分配继电器号之前，首先区分输入、输出继电器。分配继电器号之前，首先区分输入、输出继电器。 输入继电器就是把外部来的信号送至输入继电器就是把外部来的信号送至PLC内部处理用的继内部处理用的继电器，在程序内作接点使用；电器，在程序内作接点使用； 输出继电器就是把输出继电器就是把PLC内部的运算结果向外部输出的继电内部的运算结果向外部输出的继电器，在程序内部作为继电器线圈、以及常开、常闭接点使用。器，在程序内部作为继电器线圈、以及常开、常闭接点使用。 策划编程时，首先要对输入策划编程时，首先要对输入/输出继电器进行编号。输出继电器进行编号。 确定输入确定输入/输出继电器的元件号与它们所对应的输出继电器的元件号与它们所对应的I/O信号所信号所接的接线端子编号，并且保持一致，列一张接的接线端子编号，并且保持一致，列一张I/O信号表信号表，注明，注明各信号的名称、代号和分配的元件号。各信号的名称、代号和分配的元件号。 电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院 如果使用多个框架的模块式如果使用多个框架的模块式PLC，还应标注各信号所在的，还应标注各信号所在的框架、模块序号和所接的端子号。这样，会使以后的配线、框架、模块序号和所接的端子号。这样，会使以后的配线、检修非常方便。检修非常方便。 （5）用流程图表示系统动作基本流程）用流程图表示系统动作基本流程 用流程图表示系统用流程图表示系统动作动作的基本流程，会给编写程序带来极的基本流程，会给编写程序带来极大的方便。大的方便。 流程图表达的控制对象的动作顺序流程图表达的控制对象的动作顺序,相互约束关系直观、相互约束关系直观、形象，基本组成了工程设计的大致框架。形象，基本组成了工程设计的大致框架。电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院（6）绘制梯形图，编写）绘制梯形图，编写PLC控制程序控制程序 如果程序较为复杂，应灵活运用如果程序较为复杂，应灵活运用PLC内部的辅助继电器、定内部的辅助继电器、定时器、计数器等编程元件。时器、计数器等编程元件。 绘制梯形图的过程是控制对象按生产工艺的要求进行逐条语绘制梯形图的过程是控制对象按生产工艺的要求进行逐条语句执行的过程，因此有必要列出某些信号的有效状态，如是上句执行的过程，因此有必要列出某些信号的有效状态，如是上升沿有效还是下降沿有效，是低电平有效还是高电平有效，开升沿有效还是下降沿有效，是低电平有效还是高电平有效，开关量信号是常闭触点还是常开触点，触点在什么条件下接通或关量信号是常闭触点还是常开触点，触点在什么条件下接通或断开，激励信号是来自断开，激励信号是来自PLC的内部还是外部等。的内部还是外部等。 最后依据梯形图的逻辑关系，按照最后依据梯形图的逻辑关系，按照PLC的语言和格式编写用的语言和格式编写用户程序，并写入到户程序，并写入到PLC存储器中。存储器中。 电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院（7）现场调试、试运行）现场调试、试运行 通常编好程序后，利用实验室拨码开关模拟现场信号，逼近通常编好程序后，利用实验室拨码开关模拟现场信号，逼近实际系统，对实际系统，对PLC控制程序进行模拟调试，对控制过程中可能控制程序进行模拟调试，对控制过程中可能出现的各种故障进行汇总、修正直到运行可靠。出现的各种故障进行汇总、修正直到运行可靠。 完成上述过程后，将完成上述过程后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，安装在控制现场进行联机总调试，对可能出现的接线问题，执行元件的硬件故障问题，采用首先对可能出现的接线问题，执行元件的硬件故障问题，采用首先调试子程序或功能模块，然后调试初始化程序，最后调试主程调试子程序或功能模块，然后调试初始化程序，最后调试主程序的方式，逐一排除，使程序更趋完善，再进行试运行测试阶序的方式，逐一排除，使程序更趋完善，再进行试运行测试阶段。段。电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院（8）编制技术文件）编制技术文件 系统投入使用后，应结合工艺要求和最终的调试结果，整理系统投入使用后，应结合工艺要求和最终的调试结果，整理出完整的技术文件，提交给用户。出完整的技术文件，提交给用户。 包括电气原理图、程序清单、使用说明书、元件明细表和元包括电气原理图、程序清单、使用说明书、元件明细表和元件所对应的件所对应的PLC中中I/O接线端子的编号等。接线端子的编号等。电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院二、系统硬件设计文件二、系统硬件设计文件1.1.系统硬件配置图系统硬件配置图电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院2. 2. 模块统计表模块统计表电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院3. I/O地址分配表地址分配表输输 入入输输 出出元件名称、代号元件名称、代号输入点输入点元件名称、代号元件名称、代号输出点输出点自动自动/调整控制开关调整控制开关SA10.10夹紧油缸推动电磁铁夹紧油缸推动电磁铁YC110.00一次一次/多次循环控制开关多次循环控制开关SA20.11夹紧油缸拉动电磁铁夹紧油缸拉动电磁铁YC210.01主轴调整转换开关主轴调整转换开关SA31.02刀架纵向动作电磁铁刀架纵向动作电磁铁YC310.02夹具调整转换开关夹具调整转换开关SA41.03刀架横向动作电磁铁刀架横向动作电磁铁YC410.03机械手调整转换开关机械手调整转换开关SA51.04机械手电磁铁机械手电磁铁YC510.04横刀架调整转换开关横刀架调整转换开关SA60.07主轴交流接触器主轴交流接触器KM210.05纵刀架调整转换开关纵刀架调整转换开关SA70.08循环启动按钮循环启动按钮SB40.09急返停止按钮急返停止按钮SB30.00刀架纵进刀架纵进SQ10.01刀架横进刀架横进SQ20.02刀架横退刀架横退SQ30.03机械手返回机械手返回SQ40.04机械手送料机械手送料SQ50.05刀架纵退刀架纵退SQ600006电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院（4）I/O接线图接线图电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院1.软件设计的内容软件设计的内容n参数表参数表 输入信号表输入信号表 输出信号表输出信号表 中间标志表中间标志表 存储单元表存储单元表n程序框图程序框图 程序结构框图程序结构框图 控制功能框图控制功能框图n程序清单程序清单 n程序说明书程序说明书 三、软件系统设计方案三、软件系统设计方案 电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院2、程序设计的一般步骤、程序设计的一般步骤n了解系统概况了解系统概况 n熟悉被控对象熟悉被控对象 n熟悉编程器、编程软件和编程语言熟悉编程器、编程软件和编程语言 n定义输入输出信号表定义输入输出信号表 n框图设计框图设计 n程序编写程序编写 n程序测试程序测试 n编写程序说明书编写程序说明书 电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院3、控制程序的局部设计方法、控制程序的局部设计方法1分清主电路和控制电路分清主电路和控制电路（一）图形转换法（一）图形转换法虚线内是控制电路这是主电路电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院2确定输入确定输入/输出元件，分配地址输出元件，分配地址输入输入输出输出其他其他SB20.00KM110.00KA200.00SB10.01KM210.01KS0.02KM310.02热继电器的触点不接入热继电器的触点不接入PLCPLC的输入点的输入点 电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院3主电路、主电路、PLC的供电和的供电和I/O接线设计接线设计电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院4设计梯形图设计梯形图输入输入输出输出其他其他SB20.00KM110.00KA200.00SB10.01KM210.01KS0.02KM310.02原控制电路原控制电路控制梯形图控制梯形图该方法能基本解决简单的控制回路改造。但不是百分之百成功！该方法能基本解决简单的控制回路改造。但不是百分之百成功！电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院（二）经验设计法（二）经验设计法需要两个基础需要两个基础p熟悉继电器控制电路，能抓住控制电路的核心所熟悉继电器控制电路，能抓住控制电路的核心所在，能将一个较复杂的控制电路分解成若干个分电在，能将一个较复杂的控制电路分解成若干个分电路，能熟练分析各分电路的功能和各分电路之间的路，能熟练分析各分电路的功能和各分电路之间的联系；联系；p熟悉梯形图中一些典型的单元程序，如定时、计熟悉梯形图中一些典型的单元程序，如定时、计数、单稳态、双稳态、互锁、启停保、脉冲输出等。数、单稳态、双稳态、互锁、启停保、脉冲输出等。 电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院1主电路和主电路和I/O接线图接线图主电路和主电路和I/O接线图接线图分析设计同前分析设计同前2电路分析电路分析1）起动SB2 KM1得电得电 主触点闭合 电动机起动转速上升一定值时 KS动合触点闭合动合触点闭合 KA得电并自得电并自锁锁 KM3得电得电短接起动电阻电动机转速继续上升至稳定运行。2）制动SB1 KM1失电失电 其动断触点闭合（KA得电并保持） KM2得电，得电，KM3失电失电 电动机处于反接制动状态（串入电阻限流） 当转速快速下降到一定值时 KS动合触点断开动合触点断开， KM2释放释放 电动机进入自由停车。电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院3根据控制要求编写梯形图根据控制要求编写梯形图1）起动：SB2 KM1得电得电 主触点闭合 电动机起动转速上升一定值时 KS动合触点闭合动合触点闭合 KA得电并自得电并自锁锁 KM3得电得电短接起动电阻电动机转速继续上升至稳定运行。2）制动：SB1 KM1失电失电 其动断触点闭合（KA得电并保持） KM2得电，得电，KM3失电失电 电动机处于反接制动状态（串入电阻限流） 当转速快速下降到一定值时 KS动合触点断开动合触点断开 KM2释放释放 电动机进入自由停车。1）起动： SB2 + KM1+ KS+ KA+ KM3+2）制动：SB1 KM1- KM2+，KM3- KS- KM2-这样是不是更简单，调试更方便电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院（三）逻辑设计法（三）逻辑设计法1根据控制要求建立真值表根据控制要求建立真值表输入输出0.000.010.0210.0010.0110.020000000011000101000110101001001010101100101110010200100000210020010000020010000020010000011002001000002001000002001000000102按真值表写出逻辑表达式按真值表写出逻辑表达式3按逻辑表达式画出梯形图按逻辑表达式画出梯形图例：例：三个按钮中任意一个按下时，灯H0亮；任意两个按钮按下时，灯H1亮；三个按钮同时按下时，灯H2亮；没有按钮按下时，所有灯都不亮。 电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院第四节第四节 PLCPLC系统设计实例系统设计实例 一、互为条件运动的联锁控制一、互为条件运动的联锁控制FR1SB1SB2KM1KTKM2KM2KM1FR2KTKM2两台电动机顺序起动两台电动机顺序起动 1.考虑考虑FR触点的接法触点的接法 1）常闭触点；）常闭触点； 2）FR触点外接。触点外接。2.停止按钮的常闭触点停止按钮的常闭触点L1 L2 L3QSFUKM2KM13M1FR13M2FR2NDC24VSB1SB2FR1FR2FUKM1KM20.020.0110.000.0010.01COMCOMPLC0.03NL电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院二、交通信号灯的控制（时序图设计方法）二、交通信号灯的控制（时序图设计方法） 交通路口均设有交通信号灯，通过控制每个方向交通路口均设有交通信号灯，通过控制每个方向红、黄、绿三种灯的点亮和熄灭来实现对各个方向车红、黄、绿三种灯的点亮和熄灭来实现对各个方向车流的控制。这里，假设十字路口南北方向设有红、黄、流的控制。这里，假设十字路口南北方向设有红、黄、绿三种灯，东西方向也设有红、黄、绿三种灯，绿三种灯，东西方向也设有红、黄、绿三种灯，6 6只只灯按照一定的顺序循环工作。灯按照一定的顺序循环工作。（1 1）控制要求）控制要求启动按钮按下后，东西红灯亮启动按钮按下后，东西红灯亮20s20s，同时，南北绿灯，同时，南北绿灯亮亮15s15s，绿灯闪烁，绿灯闪烁3s3s，黄灯亮，黄灯亮2s2s；然后，南北红灯亮；然后，南北红灯亮30s30s，同时，同时，东西东西绿灯亮绿灯亮25s25s，绿灯闪，绿灯闪3s3s，黄灯亮，黄灯亮2s2s。最最后后，周而复始，反复进行上述控制。如果按下停止，周而复始，反复进行上述控制。如果按下停止按钮，所有灯熄灭。按钮，所有灯熄灭。电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院类别名称PLC内部资源输入启动按钮00000停止按钮00001输出南北绿灯01001南北黄灯01002南北红灯01003东西绿灯01004东西黄灯01005东西红灯01006定时器方波电路定时器1TIM000方波电路定时器2TIM001前半周期15s定时器TIM002前半周期3s定时器TIM003后半周期25s定时器TIM004后半周期3s定时器TIM005一、一、I/OI/O和定时器分配表和定时器分配表电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院二、时序图二、时序图电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院时序图设计方法时序图设计方法电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院电气控制与电气控制与PLCPLC第第8 8章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计武汉工程大学电气信息学院本章小结本章小结 1.可编写程序控制器控制系统的设计分为硬件设计和软件设计两大部分。2. 控制系统的设计必须按照被控对象的控制要求来设计。3. PLC的选择要符合控制要求。4. 在编写梯形图前，先要画出控制流程图和程序结构图，尽量采用模块化编程。 结束结束