PLC控制系统的设计x课件.ppt
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1、第第6章章 PLC控制系统的设计控制系统的设计3/26/20231第6章PLC控制系统的设计9/23/20221主要内容主要内容PLC控制系统设计的控制系统设计的基本步骤基本步骤常用的几种常用的几种编程方法编程方法设计实例设计实例主要内容PLC控制系统设计的基本步骤主要内容主要内容PLC控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤常用的几种常用的几种编程方法编程方法l常用的梯形图程序常用的梯形图程序l逻辑设计法逻辑设计法l时序图设计法时序图设计法l经验设计法经验设计法l顺序控制设计法顺序控制设计法l继电器控制电路图转换设计法继电器控制电路图转换设计法l具有多种工作方式的系统的编程方法具有多种工
2、作方式的系统的编程方法设计实例设计实例主要内容PLC控制系统设计的基本步骤6.1 概述概述 1 PLC控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤2 PLC的应用程序的应用程序6.1概述6.1.1 PLC控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤1.1.对控制任务作深入的研究,对控制任务作深入的研究,对控制任务作深入的研究,对控制任务作深入的研究,确定系统总体设计方案确定系统总体设计方案确定系统总体设计方案确定系统总体设计方案2.2.根据控制要求确定输入根据控制要求确定输入根据控制要求确定输入根据控制要求确定输入/输出元件,选择输出元件,选择输出元件,选择输出元件,选择PLCPLC机型机型机
3、型机型3.3.确定确定确定确定PLCPLC的输入的输入的输入的输入/输出点分配输出点分配输出点分配输出点分配5.5.设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序6.6.应用程序的调试应用程序的调试应用程序的调试应用程序的调试7.7.制作电器控制柜和控制盘制作电器控制柜和控制盘制作电器控制柜和控制盘制作电器控制柜和控制盘8.8.连机调试程序连机调试程序连机调试程序连机调试程序9.9.编写技术文件编写技术文件编写技术文件编写技术文件6.1.1PLC控制系统设计的基本步骤1.对控制任务作基本步骤基本步骤开始开始分析控制方案分析控制方案分配分配I/O点点配置配置PLC硬件系统硬件系统绘制流程图绘制
4、流程图设计外部电路设计外部电路现场施工现场施工设计程序设计程序整体调试整体调试满足要求?满足要求?编写说明书编写说明书交付使用交付使用模拟调试模拟调试调试正常?调试正常?修改修改确定确定I/O设备设备基本步骤开始分析控制方案分配I/O点配置PLC硬件系统绘制流6.1.2 PLC控制系统的硬件配置控制系统的硬件配置 1 PLC机型选择机型选择 l(1)结构合理:整体式结构合理:整体式 模块式模块式PLC l(2)功能上要适当功能上要适当l(3)机型统一机型统一l(4)是否在线编程是否在线编程l(5)对网络通信的要求对网络通信的要求2 I/O分配分配lI/O 点数的估算点数的估算 lI/O 模块的
5、选择模块的选择 6.1.2PLC控制系统的硬件配置1PLC机型选择(1)开关量输入模块的选择PLC的输入模块用来检测来自现场的输入模块用来检测来自现场(如按钮、行程开关、如按钮、行程开关、温控开关、压力开关等温控开关、压力开关等)电平信号电平信号,并将其转换为并将其转换为PLC内部的低电平信号。内部的低电平信号。开关量输入模块按输入点数分,常用的有开关量输入模块按输入点数分,常用的有8点、点、12点、点、16点、点、32点等;点等;按工作电压分按工作电压分,常用的有直流常用的有直流5V、12V、24V,交流交流110V、220V等;等;按外部接线方式又可分为汇点输入、分隔输入等。按外部接线方式
6、又可分为汇点输入、分隔输入等。(1)开关量输入模块的选择PLC的输入模块用来检测来自现场((2)开关量输出模块的选择输出模块的任务是将输出模块的任务是将PLC内部低电平的控内部低电平的控制信号转换为外部所需电平的输出信号制信号转换为外部所需电平的输出信号,驱驱动外部负载动外部负载.输出模块有输出模块有3 种方式种方式:l继电器输出继电器输出l双向可控硅输出双向可控硅输出l晶体管输出晶体管输出.(2)开关量输出模块的选择输出模块的任务是将PLC内部低电平(3 3)模拟量及特殊功能模块的选择)模拟量及特殊功能模块的选择除了开关量信号以外,工业控制中还要对温度、压除了开关量信号以外,工业控制中还要对
7、温度、压力、液位、流量等过程变量进行检测和控制。力、液位、流量等过程变量进行检测和控制。模拟量输入、模拟量输出以及温度控制模块就是用模拟量输入、模拟量输出以及温度控制模块就是用于将过程变量转换为于将过程变量转换为PLC可以接收的数字信号以及可以接收的数字信号以及将将PLC内的数字信号转换成模拟信号输出。内的数字信号转换成模拟信号输出。(3)模拟量及特殊功能模块的选择除了开关量信号以外,工业控制PLC控制系统设计的控制系统设计的 三个重要环节三个重要环节(1 1)通通通通过过过过对对对对控控控控制制制制任任任任务务务务的的的的分分分分析析析析,确确确确定定定定控控控控制制制制系系系系统统统统的的
8、的的总总总总体设计方案。体设计方案。体设计方案。体设计方案。(2 2)根据控制要求确定硬件构成方案。)根据控制要求确定硬件构成方案。)根据控制要求确定硬件构成方案。)根据控制要求确定硬件构成方案。(3 3)设计出满足控制要求的应用程序。)设计出满足控制要求的应用程序。)设计出满足控制要求的应用程序。)设计出满足控制要求的应用程序。PLC控制系统设计的三个重要环节(1)通过对控制任务的6.1.3 PLC的应用程序的应用程序1.应用程序的内容应用程序的内容 最大限度地满足系统控制功能的要求,还应包括:最大限度地满足系统控制功能的要求,还应包括:最大限度地满足系统控制功能的要求,还应包括:最大限度地
9、满足系统控制功能的要求,还应包括:(1 1)初始化程序)初始化程序)初始化程序)初始化程序(2 2)检测、故障诊断、显示程序。)检测、故障诊断、显示程序。)检测、故障诊断、显示程序。)检测、故障诊断、显示程序。(3 3)保护、连锁程序。)保护、连锁程序。)保护、连锁程序。)保护、连锁程序。6.1.3PLC的应用程序1.应用程序的内容2.应用程序的质量应用程序的质量 (1)程序的正确性)程序的正确性 (2)程序的可靠性好)程序的可靠性好 (3)参数的易调整性好)参数的易调整性好 (4)程序要简练)程序要简练 (5)程序的可读性好)程序的可读性好2.应用程序的质量(1)程序的正确性PLC常用的几种
10、编程方法常用的几种编程方法逻辑设计法逻辑设计法时序图设计法时序图设计法经验设计法经验设计法顺序控制设计法顺序控制设计法继电器控制电路图转换设计法继电器控制电路图转换设计法具有多种工作方式的系统的编程方法具有多种工作方式的系统的编程方法PLC常用的几种编程方法逻辑设计法6.2 逻辑设计法逻辑设计法逻辑设计法基础是逻辑设计法基础是逻辑代数逻辑代数方法:方法:在程序设计时,对控制任务进行逻辑分析和综合,将控制在程序设计时,对控制任务进行逻辑分析和综合,将控制电路中电路中元件元件的通、断电状态视为以的通、断电状态视为以触点触点通、断状态为逻辑通、断状态为逻辑变量的逻辑函数变量的逻辑函数对逻辑函数化简对
11、逻辑函数化简利用利用PLC的逻辑指令进行设计。的逻辑指令进行设计。使用场合:使用场合:当主要对开关量进行控制时,使用逻辑设计法当主要对开关量进行控制时,使用逻辑设计法比较好。比较好。6.2逻辑设计法逻辑设计法基础是逻辑代数逻辑设计法举例某系统中有四台通风机,要求在以下几种运行状态下发出不某系统中有四台通风机,要求在以下几种运行状态下发出不同的显示信号:同的显示信号:三台及三台以上开机时,三台及三台以上开机时,绿灯绿灯常亮;常亮;两台开机时,两台开机时,绿灯绿灯以以5 Hz5 Hz的频率闪烁;的频率闪烁;一台开机时,一台开机时,红灯红灯以以5 Hz5 Hz的频率闪烁;的频率闪烁;全部停机时,全部
12、停机时,红灯红灯常亮。常亮。解:设四台通风机分别为A、B、C、D,红灯为F1,绿灯为F2。将几种运行情况分开进行程序设计。逻辑设计法举例某系统中有四台通风机,要求在以下几种运行状态1.红灯常亮的程序设计设灯常亮为“1”、灭为“0”,通风机开机为“1”、停为“0”(下同)。其状态表为:由状态表可得F1 逻辑函数:F1=A B C D (1)根据逻辑函数(1)容易画出其梯形图如图6.1所示。ABCDF100001F1图6.1红灯常亮的梯形图A B C D1.红灯常亮的程序设计AB2.绿灯常亮的程序设计 能引起绿灯常亮的情况有5 种,列状态表为:ABCDF2011111011111011111011
13、11112.绿灯常亮的程序设计ABCDF201111101111由状态表可得F2的逻辑函数为:F2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD (2)对逻辑函数(2)进行简化,如下:F2=AB(D+C)+CD(A+B)(3)根据(3)画出的梯形图如图6.2所示。F2图6.2绿灯常亮的梯形图C A BA C DDB由状态表可得F2的逻辑函数为:F2图6.2绿灯常亮的梯由状态表可得F1的逻辑函数为:F1=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD (4)ABCDF1000110010101001100013.红灯闪烁的程序设计红灯闪烁的程序设计 设红灯闪烁为设红灯闪烁为“1”,列状态表为:,列状
14、态表为:由状态表可得F1的逻辑函数为:ABCDF1000110010将(4)简化为:F1=A B(CD+CD)+C D(AB+AB)(5)由(5)画出的梯形图如图6.3所示。其中25501能产生0.2s即5Hz的脉冲信号。F1CCCDDDAAABBB25501图6.3红灯闪烁的梯形将(4)简化为:F1CCCDDDAAABBB25501图6.F1M0.0T33T34T33F1()10INTONPT10msT3310INTONPT10msT34CCCDDDAAABBBM0.0()采用采用采用采用S7-200S7-200编程编程编程编程F1M0.0T33T34T33F1()10IN4.绿灯闪烁的程序
15、设计绿灯闪烁的程序设计 设绿灯闪烁为“1”,列状态表为:ABCDF20011101011011011001110101110014.绿灯闪烁的程序设计ABCDF200111010110由状态表可得F2的逻辑函数为:F2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD (6)将(6)化简为:F2=(AB+AB)(CD+CD)+ABCD+ABCD (7)根据(7)画出其梯形图如图6.4所示。F2AACBBDAACDBB25501CDCD图6.4绿灯闪烁的梯形图由状态表可得F2的逻辑函数为:F2AACBBDAACDBB25.选择选择PLC机型,作机型,作I/O点分配点分配I/O分配如表6
16、.1所示:由I/O分配即图6.1、6.2、6.3、6.4,综合在一起便得到总梯形图6.5。输入输入输出输出ABCDF1F200101 00102 00103 00104 01101 011025.选择PLC机型,作I/O点分配输入输出ABCDF1F0110100103 00104 00101 0010200103001030010400104001010010100102001022550100101 0010200103 00104红灯图图6.5 通风机运行状态显示的梯形图通风机运行状态显示的梯形图a01101001030010400101001020010300103 0010400101
17、 0010200101 0010200103 001042550100101 00102 00103 0010400101 00102 00103 00104011020010300101001020010400103001030010200104a001030010400101001020010100102逻辑设计法小结逻辑设计法小结用不同的逻辑变量表示各输入、输出信号,用不同的逻辑变量表示各输入、输出信号,设定其对应各种状态时的逻辑值。设定其对应各种状态时的逻辑值。根据控制要求,列出状态表。根据控制要求,列出状态表。由状态表写出相应的逻辑函数,并化简。由状态表写出相应的逻辑函数,并化简。根
18、据化简后的逻辑函数画出梯形图。根据化简后的逻辑函数画出梯形图。上机调试,使程序满足要求。上机调试,使程序满足要求。逻辑设计法小结用不同的逻辑变量表示各输入、输出信号,设定其对6.3 时序图设计法 如果如果PLC各输出信号的状态变化有一各输出信号的状态变化有一定的时间顺序,可用时序图设计法设计定的时间顺序,可用时序图设计法设计程序。程序。6.3时序图设计法如果PLC各输出信举例举例-时序图设计法时序图设计法 在十字路口上设置的红、黄、绿交通信号灯,其布置如图6.6 所示。由于东西方向的车流量较小,南北方向的车流量较大,所以南北方向的放行(绿灯亮)时间为30s,东西方向的放行时间(绿灯亮)为20s
19、。当在东西(或南北)方向的绿灯灭时,该方向的黄灯与南北(或东西)方向的红灯一起以1Hz 的频率闪烁5s,以提醒司机和行人注意。闪烁5s之后,立即开始另一个方向的放行。要求只用一个控制开关对系统进行启停控制。举例-时序图设计法在十字路口上设置的红、黄、绿绿黄红红黄绿红黄绿绿黄红南西北东图图6.6 交通灯布置图交通灯布置图绿黄红红黄绿红南西北东图6.6交通灯布置图编程思路:编程思路:(1)分析)分析PLC的输入和输出信号,以作为选择的输入和输出信号,以作为选择PLC机机型的依据之一。型的依据之一。(2)弄清各灯之间亮、)弄清各灯之间亮、灭的时间关系,画出灭的时间关系,画出时序图时序图。(3)由)由
20、时序图时序图分析各输出信号之间的时间关系。分析各输出信号之间的时间关系。(4)4个时间区段必须用个时间区段必须用4个定时器来控制。可列出个定时器来控制。可列出定时器功能明细表定时器功能明细表(5)进行)进行PLC的的I/O分配。分配。(6)画出的梯形图如图)画出的梯形图如图6.8所示所示编程思路:启动南北绿灯南北黄灯东西红灯东西绿灯东西黄灯南北红灯30s30s5s5s5s20s20s5s一个循环一个循环t0t1t2t3 t430s+5s5s20s+5s5s30s+5s20s启动南北绿灯南北黄灯东西红灯东西绿灯东西黄灯南北红灯30s3各定时器一个循环中的功能定时器t0t1t2t3t4TIM000
21、定时30s开始定时南北绿灯、东西红灯亮定时到,输出ON且保持。南北绿灯灭;南北黄、东西红灯闪ONON开始下一循环定时TIM001定时35s开始定时继续定时定时到,输出ON且保持。南北黄、东西红灯灭;ON开始下一循环定时TIM002定时55s开始定时继续定时继续定时定时到,输出ON且保持。东西绿灯灭;南北绿、东西红灯亮开始下一循环定时TIM003定时60s开始定时继续定时继续定时继续定时定时到,输出ON且保持。东西绿灯灭;南北绿、东西红灯亮各定时器一个循环中的功能定时器t0t1t2t3t4TIM00Q0.5Q0.4Q0.3Q0.2Q0.1Q0.0南北绿灯输 出输入I/O的分配:的分配:南北黄灯南
22、北红灯南北红灯东西黄灯东西红灯东西绿灯控制开关控制开关I0.0Q0.5Q0.4Q0.3Q0.2Q0.1Q0.0南北绿灯输南北绿灯、东西红灯亮30s定时南北黄灯、东西红灯闪5s定时东西绿灯、南北红灯亮20s定时东西黄灯、南北红灯闪5s定时南北绿灯I0.0T40T37T37TON300T38TON350T39TON550T40TON600Q0.0()南北绿灯、东西南北黄灯、东西东西绿灯、南北东西黄灯、南北南北东西红灯亮30s,闪5s南北黄灯闪5s东西绿灯亮20s南北红灯亮20s,闪5s东西黄灯闪5s图图6.8 交通信号灯控制梯形图交通信号灯控制梯形图Q0.0Q0.1T37SM0.5 T38T38T
23、39Q0.3Q0.4T39SM0.5 T40Q0.1()Q0.2()Q0.3()Q0.4()Q0.5()东西红灯亮南北黄灯闪5s东西绿灯亮20s南北红灯亮东西黄灯闪时序图设计法步骤时序图设计法步骤详细分析控制要求,确定各输入/输出信号个数,合理选择机型。明确输入和输出信号之间的时序关系,画出工作时序图。根据时序图划分时间段,并确定各段的时间长短。根据时间区段确定定时器的个数,定时器号及其设定值。对PLC进行I/O分配。根据定时器的功能明细表、时序图和I/O分配画出梯形图。模拟运行程序,对不合理之处进行修改。时序图设计法步骤详细分析控制要求,确定各输入/输出信号个数,6.4 经验设计法经验设计法
24、如果能透彻地理解如果能透彻地理解如果能透彻地理解如果能透彻地理解PLCPLC各种指令的功能,可以各种指令的功能,可以各种指令的功能,可以各种指令的功能,可以凭经验比较准确地选择使用凭经验比较准确地选择使用凭经验比较准确地选择使用凭经验比较准确地选择使用PLCPLC的各种指令设的各种指令设的各种指令设的各种指令设计出相应地程序。计出相应地程序。计出相应地程序。计出相应地程序。这种方法没有固定的模式这种方法没有固定的模式这种方法没有固定的模式这种方法没有固定的模式6.4经验设计法如果能透彻地理解PLC各种指令的功能,分析控制要求、选择控制原则;分析控制要求、选择控制原则;设计主令和检测元件,确定输
25、入输出设备;设计主令和检测元件,确定输入输出设备;设计执行元件的控制程序;设计执行元件的控制程序;检查修改和完善程序。检查修改和完善程序。基本步骤基本步骤分析控制要求、选择控制原则;基本步骤使用置位、复位指令使用置位、复位指令使用置位、复位指令起保停电路的功能也可以用起保停电路的功能也可以用S S和和R R指令来实现指令来实现1 1典型电路环节典型电路环节一、起保停电路一、起保停电路1典型电路环节一、起保停电路二、定时器应用电路二、定时器应用电路例例1 1:用定时器设计延时接通延时断开电路,要:用定时器设计延时接通延时断开电路,要求输入求输入I0.0I0.0和输出和输出Q0.1Q0.1的波形如
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