PLC控制系统的设计.ppt
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1、 在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则: 充分发挥PLC功能,最大限度地满足被控对象的控制要求,是设计中最重要的一条原则。设计人员要深入现场进行调查研究,收集资料。同时要注意和现场工程管理和技术人员及操作人员紧密配合,共同解决重点问题和疑难问题。 保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行,是设计控制系统的重要原则。 在满足控制要求的前提下,一方面要注意不断地扩大工程的效益,另一方面也要注意不断地降低工程的成本。不宜盲目追求自动化和高指标。 适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点,了解被控对象机、电、液之间的配合,提出被控对象对PLC控制系统的
2、控制要求,确定控制方案,拟定设计任务书。 根据系统的控制要求,确定系统所需的全部输入设备(如:按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等)和输出设备(如:接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等),从而确定与PLC有关的输入/输出设备,以确定PLC的I/O点数。 PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择n 分配I/O点:画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表。n PLC外围硬件线路:画出系统其它部分的电气线路图,包括主电路和未进入PLC的控制电路等。n 由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。n 程
3、序设计:1)控制程序;2)初始化程序;3)检测、故障诊断和显示等程序;4)保护和连锁程序。n 模拟调试:根据产生现场信号的方式不同,模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。n 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图;n 设计系统各部分之间的电气互连图;n 根据施工图纸进行现场接线,并进行详细检查。n 由于程序设计与硬件实施可同时进行,因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。n 联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进,从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求,则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。n
4、 全部调试完毕后,交付试运行。经过一段时间运行,如果工作正常、程序不需要修改,应将程序固化到EPROM中,以防程序丢失。n 技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。n 随着PLC技术的发展,PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC,其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同,适用的场合也各有侧重。因此,合理选用PLC,对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。n PLC的选择主要应从等方面加以综合考虑。 PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下
5、几点: PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。 安装方式有集中式、远程IO式以及多台PLC联网的分布式。 对可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用冗余系统或热备用系统 便于备品备件的采购和管理;有利于技术力量的培训和技术水平的提高,外部设备通用,资源可共享,易于联网通信。n 在满足控制要求的前提下力争使用的IO点最少。n 需要加上1015的裕量。n 存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关,还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者,在完成同一复杂功能时,其程序量可能相差25之多。n 在IO点数确定的基础上,按下式估算存储容量后,再加2030的裕量。 存储容量存储容量(
6、字节字节)开关量开关量I/O点数点数10 模拟量模拟量I/O通道数通道数100n 存储容量选择的同时,注意对存储器的类型的选择。 1)输入信号的类型及电压等级)输入信号的类型及电压等级 有三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。 模块的延迟时间较短,还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接; 模块可靠性好,适合于有油雾、粉尘的恶劣环境。 开关量输入模块的有:直流5、12、24、48、60等;交流110、220等。 。 一般5、12、24用于传输距离较近场合,如5输入模块最远不得超过米。距离较远的应选用输入电压等级较高的。 2)输入接线方式)输入接线方式 主要有两种接线方式
7、 3)注意同时接通的输入点数量)注意同时接通的输入点数量 对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等),应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60。 4)输入门槛电平)输入门槛电平 门槛电平越高,抗干扰能力越强,传输距离也越远,具体可参阅PLC说明书。 1)输出方式)输出方式 开关量输出模块有三种方式 :价格便宜,可以驱动交、直流负载,适用的电压大小范围较宽、导通压降小,承受瞬时过电压和过电流的能力较强,但动作速度较慢(驱动感性负载时,触点动作频率不超过1HZ)、寿命较短、可靠性较差,只能适用于不频繁通断的场合。 对于频繁通断的负载,应该选用或,它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能
8、用于交流负载,而晶体管输出只能用于直流负载。 2)输出接线方式)输出接线方式 开关量输出模块主要有两种接线方式 3)驱动能力)驱动能力 应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大,输出模块无法直接驱动,。 4)注意同时接通的输出点数量)注意同时接通的输出点数量 一般来讲,同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60 5)输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关)输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关 与不同的负载类型密切相关,特别是输出的最大电流。晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低,在实际使用中也应注意。 (A/D)模块是将现场由传感器检
9、测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量; (D/A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。 典型模拟量I/O模块的量程为等,可根据实际需要选用,同时还应考虑其等因素。 一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块,可用来直接接收低电平信号(如RTD、热电偶等信号) PLC厂家相继推出了一些具有特殊功能的I/O模块,有的还推出了自带CPU的智能型I/O模块,如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。 1)电源模块的选择)电源模块的选择 电源模块选择仅对于模块式结构的PLC而言,对于整体式PLC不存在电源的选择。 电源模块的选择主要考虑电源输出额
10、定电流和电源输入电压。 2)编程器的选择)编程器的选择 3)写入器的选择)写入器的选择 为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏RAM中的用户程序,可选用EPROM写入器,通过它将用户程序固化在EPROM中。有些PLC或其编程器本身就具有EPROM 写入的功能。 I -传感器的漏电流(mA)UOFF-PLC输入电压低电平的上限值(V)RC-PLC的输入阻抗(K) 续流二极管的额定电流为1A、额定电压大于电源电压的3倍;电阻值可取50120电容值可取0.10.47F,电容的额定电压应大于电源的峰值电压。接线时要注意续流二极管的极性 1)除了PLC输入和输出共用同一电源外,输入公共端与输出公共端
11、一般不能接在一起; 2)PLC的晶体管和晶闸管型输出都有较大的漏电流,尤其是晶闸管输出,将可能会出现输出设备的误动作。所以要在负载两端并联一个旁路电阻,旁路电阻R的阻值估算可由下式确定: UON是负载的开启电压(V),I是输出漏电流(mA) : 1)PLC的I/O点数不够,需要扩展,然而增加I/O点数将提高成本; 2)是已选定的PLC可扩展的I/O点数有限,无法再增加。 本节将介绍几种实用的减少I/O点数的措施。 1)矩阵输入方法需要来完成2)由于矩阵输入的。3)应保证对于不会同时接通的输入信号,可采用组合编码的方式输入 将某些功能相同的开关量输入设备合并输入。如果是几个常闭触点,则串联输入;
12、如果是几个常开触点,则并联输入。 有些输入信号功能简单、 涉及面很窄,有时就没有必要 作为PLC的输入,将它们放在 外部电路中同样可以满足要求。 注意:采用矩阵输出时,必须要将同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列中,否则无法控制。 当两组输出设备或负载不会同时工作,可通过外部转换开关或通过受PLC控制的电器触点进行切换,所以PLC的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载。 注意PLC输出点同时驱动多个负载时,应考虑PLC输出点的驱动能力是否足够。 利用PLC的逻辑处理功能,一个输出设备可实现多种用途。 系统中某些相对独立、比较简单的控制部分,可直接采用PLC外部硬件电路实现控制。 n 以上
13、一些常用的减少I/0点数的措施,实际应用中应该根据具体情况,灵活使用。n 同时应该注意从而影响系统的可靠性。 PLC具有很高的可靠性,并且有很强的抗干扰能力,但在过于恶劣的环境或安装使用不当等情况下,都有可能引起PLC内部信息的破坏而导致控制混乱,甚至造成内部元件损坏。 为了提高PLC系统运行的可靠性,应注意以下问题: 通常PLC允许的环境温度约在055C。安装时不要把发热量大的元件放在PLC的下方;PLC四周要有足够的通风散热空间;不要把PLC安装在阳光直接照射或离暖气、加热器、大功率电源等发热器件很近的场所;安装PLC的控制柜最好有通风的百叶窗,如果控制柜温度太高,应该在柜内安装风扇强迫通
14、风。 PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85,以保证PLC的绝缘性能。湿度太大也会影响模拟量输入/输出装置的精度。因此,不能将PLC安装在结露、雨淋的场所 不宜把PLC安装在有大量污染物(如灰尘、油烟、铁粉等)、腐烛性气体和可燃性气体的场所,尤其是有腐蚀性气体的地方,易造成元件及印刷线路板的腐蚀。 远离有强烈振动和冲击场所,尤其是连续、频繁的振动。必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响。 PLC应远离强干扰源,如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等,同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源,以及易产生强静电的地方。n PLC的IO电路都具有滤波、隔离功能,所以对外部电源要求不高
15、n 内部电源的性能好坏直接影响到PLC的可靠性,对其要求较高 在干扰较强或可靠性要求较高的场合,应该用,对PLC系统供电。还可以在隔离变压器二次侧。同时,在安装时还应注意以下问题: 1) 隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线连接,以抑制串模干扰; 2)系统的动力线应足够粗,以降低大容量设备起动时引起的线路压降; 3) PLC输入电路用外接直流电源时,最好采用稳压电源,以保证正确的输入信号。否则可能使PLC接收到错误的信号。 PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装,更不能与高压电器安装在同一个控制柜内。在柜内PLC应远离高压电源线,二者间距离应大于200mm。 1) I/O线、动力
16、线及控制线应分开走线,尽量不要在同一线槽中。 2) 交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线。 3) 开关量与模拟量的/线最好分开走线,传送模拟量信号的/线最好用屏蔽线,且屏蔽线的屏敝层应一端接地。 4) PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高,很容易受干扰,不能与其它的连线敷埋在同一线槽内。 5)PLC的I/O回路配线,必须使用压接端子或单股线。 6) 与PLC安装在同一控制柜内的感性元件,最好有消弧电路。n PLC一般最好单独接地,也可以采用公共接地,但禁止使用串联接地方式 n PLC的接地线应尽量短,使接地点尽量靠近PLC。同时,接地电阻要小于100,接地线的截面应大于
17、mm2。 应该在PLC外部输出回路中装上熔断器,进行短路保护。最好在每个负载的回路中都装上熔断器。 除在程序中保证电路的互锁关系,PLC外部接线中还应该采取硬件的互锁措施,以确保系统安全可靠地运行。 PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施,当临时停电再恢复供电时,不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。这种接线方法的另一个作用是,当特殊情况下需要紧急停机时,按下“停止”按钮就可以切断负载电源,而与PLC毫无关系。 n 超时检测超时检测:设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的,即使变化也不会太大,因此可以以这些时间为参考,在PLC发出输出信号,相应的外部执行机构开始动作时启动一个
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