PLC第7章应用系统的设计课件.pptx

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1、7.1 PLC应用系统的总体设计应用系统的总体设计图7.1.1可编程控制器应用系统的设计步骤7.1PLC应用系统的总体设计图7.1.1可编程控制1 1熟悉控制对象，确定控制范围熟悉控制对象，确定控制范围（1）了解被控对象的特点和生产工艺流程；（2）归纳出工作循环图或状态流程图；（3）明确控制任务和设计要求。2.2.制定控制方案，选择可编程序控制器机型制定控制方案，选择可编程序控制器机型（1）根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式，弄清是单机运行还是联网运行；（2）确定各种控制信号和检测信号的相互转换关系，选择系统的外部电器元件（如按钮、传感器、变送器、接近开关、限位开关、电磁

2、阀、接触器、指示灯等）；（3）确定输入、输出PLC的信号，对这些信号的性质、参数进行分类统计（开关量、模拟量分类，如是模拟量要确定其电压或电流的变化范围）（4）选择合适的PLC机型和功能模块，并确定各种硬件配置。1熟悉控制对象，确定控制范围（1）了解被控对象的特点和生产3.3.系统硬件设计和软件编程系统硬件设计和软件编程（1）合理地对PLC的输入、输出地址进行编号；（2）设计PLC的外部接线图；（3）软件设计：用户程序设计（梯形图、语句指令表等）。（4）硬件设计：控制柜、显示屏、外部电路等的设计。本阶段的重点是PLC的机型和I/O点分配。4.4.模拟调试模拟调试 设计完成的程序经检查、修改语法

3、错误后，可在离线的状态下运行程序、观察输入与输出量之间的变化关系，检查逻辑状态是否符合设计要求。也可以在实验室接入模拟负载作必要的试验。3.系统硬件设计和软件编程（1）合理地对PLC的输入、输出5.5.现场运行调试现场运行调试6.6.编制系统的技术文件编制系统的技术文件 在现场安装完硬件系统，PLC装入程序，进行试运行。这时外部接线要正确无误。编制必要的技术文件：PLC控制系统使用说明书，外部接线图，其他的电气图纸以及元器件明细表的编制。5.现场运行调试6.编制系统的技术文件在现场安装PLC控制应用系统的设计内容中还应包含的几个方面:（1）可靠性设计：系统设计必须遵循可靠性分配原则，如冗余设计

4、，系统应满足温度、振动、冲击、湿度等的要求；（2）安全性设计：系统在紧急异常的状态下能处于安全状态，系统要有及时处理事故或故障的功能。如设置紧急停车按钮、事故按钮、报警、安全回路等。（3）标准化设计：选用符合国家或国际标准的元件和应用软件，以便于用户维护、规模扩展和具有系统的兼容性。PLC控制应用系统的设计内容中还应包含的几个方面:7.2 PLC应用系统的硬件设计与选型应用系统的硬件设计与选型 1控制结构和方式的选择控制结构和方式的选择 (1)单机控制系统：是指用一台PLC控制一台设备或多台设备，控制的输入/输出点数比较少，属于一种集中控制系统。该系统一般多用于各控制对象所处地理位置较集中，且

5、相互之间的动作存在一定的顺序关系的情况下，适合于简单的流水线控制。7.2PLC应用系统的硬件设计与选型1控制结构和方式(2)远程I/O系统：是指当各控制对象地理位置比较分散，输入/输出线要引入控制器时，可采用I/O模块组成的远程I/O系统。远程I/O主单元通过I/O通道号可正确地操作远程I/O点，输入/输出通道分配在现场的几个区域内，适合于被控对象远离中控室的工业现场。(3)分布式控制系统：是指采用几台PLC分别独立控制某些设备，各PLC之间、PLC与上位机之间通过数据通信线相连组成的系统，也叫分散型控制系统。这种系统多用于多台生产线的控制，并且控制某设备的PLC如果停运的话，不影响其他设备，

6、适合于控制规模较大的工业现场。(2)远程I/O系统：是指当各控制对象地理位置比较分散，2PLC机型的选择机型的选择PLC选型的基本原则是所选PLC能够满足控制系统的功能需要。一般从系统控制功能、PLC物理结构、指令和编程方式、PLC存储量和响应时间、通信联网功能等方面综合考虑。从应用角度来看，PLC可按控制功能或输入/输出点数选择。从PLC的物理结构和控制柜安排来看，PLC可选模块式、叠装式和整体式。2PLC机型的选择PLC的指令系统一般包括逻辑指令、运算指令、控制指令、数据处理和其他特殊指令，这些指令能完成诸如开平方、对数运算、网络通信等功能。用户可从便于控制系统编程的角度来加以选择，只要能

7、满足实际需要就可以了。PLC的编程有两种方式：在线和离线编程。采用离线编程可降低成本，对大多数应用系统来说都可以满足生产需要，因而较多的中小型PLC都使用这种方法。在线编程所需成本较高，但使用方便，大型PLC中常采用。PLC联网已成为一种发展趋势，已成为CIMS、SCADA系统的基础。PLC的指令系统一般包括逻辑指令、运算指令、3I/O点数的估算点数的估算表7.2.1常用电气元件所需PLC的I/O点数电气元件电气元件输入点数输入点数输出点数输出点数I/OI/O总点数总点数Y-Y-启动笼型电动机启动笼型电动机4 43 37 7单向单向/可逆交流电动机可逆交流电动机5/65/63/43/48/10

8、8/10单向单向/可逆直流电动机可逆直流电动机9/129/126/86/815/2015/20比例阀比例阀3 35 58 8单单/双线圈电磁阀双线圈电磁阀2/32/31/21/23/53/5按钮按钮1 11 1信号等信号等1 11 1光电开关光电开关2 22 2拨码开关拨码开关4 44 4行程开关行程开关1 11 1限位开关限位开关2 22 23I/O点数的估算表7.2.1常用电气元件所需PLC的 4.输入输入/输出模块的选择输出模块的选择输入模块将现场设备(如按钮开关)的信号进行检测并转换成PLC机内部的电平信号，它按电压分为交流式和直流式，按电路形式分为汇点输入式和分隔输入式。选择输入模块

9、时应考虑：输入信号电压的大小，信号传输的距离长短，是否需要隔离及采用何种方式隔离，内部供电还是外部供电等问题。4.输入/输出模块的选择输出模块把PLC内部信号转换为外部过程的控制信号，以驱动外部负载。输入/输出模块是可编程序控制器与被控对象之间的接口，按照输入/输出信号的性质一般可分为开关量(或数字量)和模拟量模块。开关量模块包括输入模块和输出模块，有交流、直流和TTL电平三种类型。输出模块把PLC内部信号转换为外部过程的控制开关量输入模块按输入点数分为4、8、16、32、64等，按电压等级分为直流24V、48V、60V和交流110V、230V等。模块密度一般以每块1664点为好。如果是长距离

10、传输通信，开关量输入模块的门坎电平也是不容忽视的一个因素。直流开关量输入模块的延迟时间较短，可直接与接近开关、光电开关等电子装置相连。开关量输出模块按输出点数分有16、32、64点，按输出方式分有继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。选择的输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。对于频繁通断、低功率因数的感性负载，应采用无触点开关器件，即选用晶闸管输出(交流输出)或晶体管输出(直流输出)；对于通断不频繁的一般负载可选用继电器输出。开关量输入模块按输入点数分为4、8、16、3模拟量模块也包括输入模块和输出模块。模拟量输入模块把来自于传感器或变送器的电压、压力、流量、位移等电量或非电量转变为一定范

11、围内的电压或电流信号，所以它分为电压型和电流型。在选用时应注意外部物理量的输入范围，模拟通道循环扫描的时间和信号的连接方式。一般来说，电流型的抗干扰能力优于电压型。模拟量输出模块能输出被控设备所需的电压或电流，它的电压型和电流型的型号与模拟量输入模块的大体相似，选用输出模块驱动执行机构时，中间有可能要增加必要的转换装置，同时还要注意信号的统一性和阻抗的匹配性。模拟量模块也包括输入模块和输出模块。模拟量输 5.估算系统对估算系统对PLC响应时间的要求响应时间的要求响应时间包括输入滤波时间、输出滤波时间和扫描周期。PLC的程序扫描工作方式决定了它能不能可靠地接收持续时间小于扫描周期的输入信号。为此

12、，需要选取扫描速度高的PLC来提高对输入信号的接收准确性。对于慢速大系统，如大型料场、码头、高炉、轧钢厂的主令控制等可选用多台中小型PLC或低速网络进行控制；对于快速实时控制，如高速线材、中低速热连轧等速度控制可选择运行速度快的CPU、功能强的大型PLC或高速网络来满足信息快速交换的要求。一定要保证最长的扫描周期要小于系统电气状态改变的时间，这样才能使系统正常工作。5.估算系统对PLC响应时间的要求 6.对程序存储器容量的估算对程序存储器容量的估算一般情况下用户程序所需存储的字数可按照如下经验公式来计算：开关量输入输出系统：输入：用户程序所需存储的字数=输入点总数10输出：用户程序所需存储的字

13、数=输出点总数8模拟量输入输出系统：每一路模拟量信号大约需要120字的存储容量，当模拟输入和输出同时存在时，应有所需内存字数=模拟量路数2506.对程序存储器容量的估算定时器和记数器系统：所需内存字数=定时器/记数器数量2含有通信接口的系统(多指PLC网络系统)：所需存储字数=通信接口个数300另外，根据系统控制要求的难易程度也可采用另一种方法进行估算，采用的计算公式如下：程序容量K总输入/输出点数对于简单控制系统来说，K=6；若为普通系统，则K=8；若为较复杂系统，则K=10；若为复杂系统，则K=12。定时器和记数器系统：7.可编程序控制器的电源选择可编程序控制器的电源选择电源是PLC干扰引

14、入的主要途径之一，因此选择优质电源无疑有助于提高PLC控制系统的可靠性。一般可选用畸变较小的稳压器或带有隔离变压器的电源。使用直流电源要选用桥式全波整流电源。对于供电不正常或电压波动较大的情况，可考虑采用不间断电源(UPS)或稳压电源供电。对于输入触点的供电可使用PLC本身提供的电源，如果负载电流过大，可采用外设电源供电。输出电流是电源的一个关键因素，应特别注意。7.可编程序控制器的电源选择7.3 PLC应用系统的程序设计应用系统的程序设计7.3.1 可编程序控制器应用程序设计语言可编程序控制器应用程序设计语言 1梯形图梯形图(Ladder Diagram)程序设计语言程序设计语言梯形图程序设

15、计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果，每个梯级是一个因果关系，梯级中描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。7.3PLC应用系统的程序设计7.3.1可编程序控制梯形图程序设计语言的特点是：(1)与电气操作原理图相对应，直观、形象和实用；(2)与原有继电器逻辑控制技术相一致，电气技术人员易于掌握和学习；(3)梯形图中的能流(PowerFlow)不是实际意义的物理电流，而是概念电流；内部的继电器也不是实际存在的继电器，每个继电器和输入接点都是存储器中的一位，因此梯形图中的继电器接点在编制用户程序时能无限使用，

16、可常开又可常闭；(4)梯形图中的输入接点和输出线圈不是物理接点和线圈，用户程序的解算是根据PLC内部I/O映像区相应位的状态得到的，并不是解算现场的实际状态。梯形图程序设计语言的特点是：2布尔助记符布尔助记符(Boolean Mnemonic)程序设计语言程序设计语言布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言，与计算机中的汇编语言非常相似。所谓助记符语言编程就是用一个或几个容易记忆的字符代表PLC的某种操作功能。助记符语言也可称为命令语句表达式语言，它的一般格式为：操作码操作数或操作码标识符参数其中，操作码用来指定CPU要执行的功能；操作数内包含执行该操作所必需的信息。2

17、布尔助记符(BooleanMnemo布尔助记符程序设计语言具有下列特点：(1)采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握的特点；(2)在编程器的键盘上采用助记符表示，便于键入，可在无计算机的场合下进行编程设计；(3)与梯形图有一一对应的关系，电气技术人员对程序易于理解和检查；(4)在编程支路的元素数量不受限额。这种方法也存在对较复杂控制系统较难描述清楚的缺点。布尔助记符程序设计语言具有下列特点：3功能表图功能表图(Sequential Function Chart)程序设计语言程序设计语言功能表图（SFC图）主要由步、有向连线、转移、转换条件和动作(或命令)组成。最基本的思想是：将控制系

18、统的一个工作周期分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步；实际上步就是工位的某一个状态，它由PLC的内部元件来代表。步是以输出量的状态变化来划分的，一般用矩形框表示，框中的数字是该状态的编号，原始状态(0状态)用双线框表示。两个相邻状态之间的有向线段代表转移，系统从当前步进入下一步的信号称为转移条件，用与转移线段垂直的短线表示。3功能表图(SequentialFunctionCha短线旁的文字、图形符号或逻辑表达式标明转移条件的内容。转移条件可能来自外部输入信号或PLC内部产生的信号。用转移条件控制代表各步的编程元件，使它们的状态按一定的顺序变化，然后去控制各输出继电器。动作或命令就是状态框旁

19、与之对应的各步内容的文字描述，可用矩形框将它们围起来，以短线连接到状态框。0 01 12 23 3左向运动行程开关XK1动作按SB1右向运动行程开关XK2动作停止运动SFC图例短线旁的文字、图形符号或逻辑表达式标明转移条件的内容。转移条功能表图程序设计语言的特点是：(1)以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解；(2)对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间；(3)两个步(或转移)不能直接相连，必须用一个转移(或步)将它们隔离；(4)初始步必不可少，一般对应于系统等待启动的初始状态；(5)仅当某一步所有的前级步都是活动步时，该步才有可能变成活动步，只有

20、在活动步的命令和操作被执行后，系统才对活动步后的转移进行扫描，整个程序的扫描时间较用其他语言编制的程序的扫描时间要大大缩短。功能表图程序设计语言的特点是：4功能模块图功能模块图(Function Block)程序设计语言程序设计语言功能模块图程序设计语言的特点是：(1)以功能模块为单位，功能模块用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性；(2)适用于控制规模较大、控制关系较复杂的系统，它将控制功能的关系较清楚地表达出来，因此编程和组态时间可以缩短，调试时间也能大大减少；(3)由于每种功能模块需要占用一定的内存，功能模块的执行需要一定的执行时间，因此这种设

21、计语言在大中型可编程序控制器和集散控制系统的编程和组态中才被采用。4功能模块图(FunctionBlock)程序设计语言功 5结构化语句描述结构化语句描述(Structured Text)程序设计语言程序设计语言结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描述语句来描述的一种程序设计语言，它是一种类似于高级语言的程序设计语言。在大中型的可编程序控制器系统中，常采用结构化语句描述程序设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。集散控制系统的编程和组态也常使用这种语言。结构化语句描述程序设计语言采用计算机的描述语句来描述系统中各种变量之间的运算关系，完成用户所需的功能和操作。大多数PLC制造厂商采用的语句描

22、述程序设计语言与BASIC语言、C语言等高级语言相类似。5结构化语句描述(Structured结构化程序设计语言具有下列特点：(1)采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；(2)常被用于其他语言(如功能模块图等)较难实现的一些控制功能的方案实施，例如自适应控制功能的实现。该方法也存在对编程人员的技能要求较高，普通电气人员无法完成，直观性和易操作性较差等缺点。结构化程序设计语言具有下列特点：7.3.2 可编程序控制器的应用程序设计方法可编程序控制器的应用程序设计方法 1经验设计法经验设计法利用各种典型控制环节和基本单元控制电路，依靠经验直接用PLC设计电气控制系统，来满足生产机械和工艺过

23、程的控制要求的设计方法称为经验设计法。使用该法设计用户程序时可以大致按下面几步来进行：（1）分析控制要求、选择控制原则；（2）设计主令元件和检测元件，确定输入/输出信号；（3）设计执行元件的控制程序；检查、修改和完善程序。7.3.2可编程序控制器的应用程序设计方法 在设计执行元件的控制程序时，一般又可分为以下几个步骤：（1）按所给的要求将生产机械的运动分成各自独立的简单运动，分别设计这些简单运动的基本控制程序；（2）根据制约关系，选择连锁触点，设计连锁程序；（3）根据运动状态选择控制原则，设计主令元件、监测元件及继电器等；（4）设置必要的保护措施。在设计执行元件的控制程序时，一般又可分为以下几

24、个步骤【例1】如图如图7.3.1所示，有一送料车自动循环送料。小车处所示，有一送料车自动循环送料。小车处于起始位置时，于起始位置时，CK0闭合；系统启动后，小车在起始位置装料，闭合；系统启动后，小车在起始位置装料，20秒后秒后向右向右运动，到运动，到CK1位置时，位置时，CK1闭合；小车下料后再返闭合；小车下料后再返回起始位置，再用回起始位置，再用20秒的时间装料，其后秒的时间装料，其后向右向右运动到运动到CK2位置，位置，此时此时CK2闭合；小车下料后返回起始位置。以后重复上述过程，闭合；小车下料后返回起始位置。以后重复上述过程，直至有复位信号输入。直至有复位信号输入。小车的工作循环过程如下

25、：小车的工作循环过程如下：启动装料第一次向右运动第一次返回第二次装料第二次向右运动第二次返回【例1】如图7.3.1所示，有一送料车自动图7.3.1送料小车工作示意图图7.3.1送料小车工作示意图根据小车的工作循环过程可以画出CK0、CK1、CK2及定时器的时间关系图。因为小车在第一次到达CK1时要改变运动方向，而第二次和第三次到达CK1时不改变运动方向，所以可以利用计数器的计数功能来决定到达CK1时是否要改变小车的运动方向。定时器用来记录装料时间。由经验设计法可知小车控制属于一种双向控制，非常适合采用PLC控制。其PLC控制的I/O分配如表7.3.1所示。根据小车的工作循环过程可以画出CK0、

26、CK1表7.3.1送料小车控制系统I/O分配表输输 入入输输 出出启动按钮启动按钮复位按钮复位按钮CK0CK1CK20000900010000000000100002小车右行小车右行小车左行小车左行0100001002定时器定时器计数器计数器TIM000，20 sCNT001表7.3.1送料小车控制系统I/O分配表输入输图7.3.2送料小车控制梯形图图7.3.2送料小车控制梯形图中间辅助继电器20000作为系统工作允许继电器，启动信号00009使20000置“ON”，复位信号00010使之置“OFF”。只有当20000为“ON”时，小车才能循环工作，当20000为“OFF”时，小车回到起始位置

27、后停止工作。小车位于CK0时，开始定时装料，20秒后定时器接通，小车右行即01000得电。当小车离开CK0时，定时器TIM000复位，但01000的自锁功能使之仍得电，小车仍右行。小车行至CK1时，计数器减一，由于CK1的常闭触点断开，使01000失电，小车停止右行。中间辅助继电器20000作为系统工作允许小车停止右行使中间继电器20001失电产生一个脉冲，使01002得电即小车左行。01002的自锁功能使得小车左行直至达到CK0位置。定时器重新定时，小车第二次装料，之后小车右行，均与第一次相同。但是当小车行至CK1时，计数器减一至零，使CNT001的常开触点接通，所以此时小车继续右行直至达到

28、CK2位置，CK2的常闭触点断开，01000失电，小车停止右行，再次改变为左行。左行过程中经过CK1位置时使计数器复位，为下一次循环作准备。小车左行至CK0位置停止，等待下一次循环。小车停止右行使中间继电器20001失电产 2逻辑设计法逻辑设计法逻辑设计方法的基本含义是以逻辑组合的方法和形式设计电气控制系统。这种设计方法既有严密可循的规律性和明确可行的设计步骤，又具有简便、直观和十分规范的特点。布尔助记符程序设计语言常采用这类设计方法。从某种意义上说，PLC是与、或、非三种逻辑线路的组合体，而梯形图程序的基本形式也是与、或、非的逻辑组合。当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表示出来后，实现该逻

29、辑函数功能的线路也随之确定，并进一步由梯形图直接写出对应的指令语句程序。2逻辑设计法从某种意义上进行设计一般可分为下面几步：首先明确控制任务和控制要求，通过分析工艺过程绘制工作循环和检测元件分布图，取得电气执行元件功能表。详细地绘制电控系统状态转换表(通常由输出信号状态表、输入信号状态表、状态转换主令表和中间记忆装置状态表四部分组成)，状态转换表可全面、完整地展示电控系统各部分、各时刻的状态和状态之间的联系及转换，它是进行电控系统的分析和设计的有效工具。进行设计一般可分为下面几步：进行逻辑设计，列出中间记忆元件的逻辑函数表达式和执行元件的逻辑函数表达式，这两个函数表达式，既是生产机械或生产过程

30、内部逻辑关系和变化规律的表达形式，又是构成电控系统实现目标的具体程序。如果设计者需要使用梯形图程序作为一种过渡，或者选用的PLC编程器也具有图形输入的功能，则也可以首先由逻辑函数式转换为梯形图程序；完善和补充程序，包括手动调整工作方式的设计、手动工作方式的选择、自动工作循环、保护措施等。进行逻辑设计，列出中间记忆元件的逻辑函数 3状态流程图设计方法状态流程图设计方法状态流程图又叫SFC或状态转移图，它是完整的描述控制系统的工作过程、功能和特性的一种图形，是分析和设计电控程序的重要工具。所谓“状态”是指特定的功能，因此状态的转移实际上就是控制系统的功能的转移。SFC是适合于顺序控制的标准化语言是

31、适合于顺序控制的标准化语言，利用状态流程图进行程序设计就是顺序控制设计法。它具有简单、规范、通用的优点，使梯形图设计变得容易，大大节约设计时间，有一定的方法和步骤可遵循。状态流程图能清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。3状态流程图设计方法1)状态流程图的组成图7.3.3流程图1)状态流程图的组成图7.3.3流程图2)状态流程图的类型状态流程图从结构上来分，可分为以下几种：单序列结构。这种结构的功能表图没有分支，每个步后只有一个步，步与步之间只有一个转换条件。选择性序列结构；并发性序列结构；循环性结构；复合性结构。2)状态流程图的类型图7.3.4选择性序列结构的状态

32、流程图图7.3.4选择性序列结构的状态流程图图7.3.5并发性序列结构的状态流程图图7.3.5并发性序列结构的状态流程图状态流程图编程的步骤分为以下几步：把整个系统的工作过程划分为若干个清晰的阶段，每个阶段(称为步)完成一定任务的操作；确定各步之间的转换条件，它是系统由前一步转入下一步的基础，经常以PLC输入点或其他元件定义状态转换条件，当转换条件的实际内容不止一个时，每个具体内容定义一个PLC元件编号，并以逻辑组合的形式表现为有效转换条件；根据前两步画出系统的状态流程图。有了状态流程图，利用不同的指令就能设计出相应的梯形图，支持顺序控制指令的执行；写出程序清单，完成PLC控制系统应用程序的设

33、计。状态流程图编程的步骤分为以下几步：【例例2】某台自动清洗机，该机的动作如下：某台自动清洗机，该机的动作如下：按下启动按钮时，打开喷淋阀门，同时清洗机开始移动；按下启动按钮时，打开喷淋阀门，同时清洗机开始移动；当检测到物体到达清洗机时，启动旋转刷子开始清洗汽车；当当检测到物体到达清洗机时，启动旋转刷子开始清洗汽车；当检测到物体离开清洗机时，停止清洗机移动，停止刷子旋转并检测到物体离开清洗机时，停止清洗机移动，停止刷子旋转并关闭阀门；当按下停止开关时，任何时候都可以停止所有的动关闭阀门；当按下停止开关时，任何时候都可以停止所有的动作。作。【例2】某台自动清洗机，该机的动作如下：表表7.3.2

34、自动清洗机的自动清洗机的I/O分配表分配表输入输出I/O位名称01000第0步00000启动按钮01001第1步00001检测开关01002第2步00003停止按钮01003第3步01004清洗机01005喷淋阀门01006刷子表7.3.2自动清洗机的I/O分配表输入输出I/O位名图7.3.6自动清洗机的SFC图图7.3.6自动清洗机的SFC图图7.3.7自动清洗机的梯形图图7.3.7自动清洗机的梯形图 4计算机辅助编程设计法计算机辅助编程设计法利用计算机及软件编程可以把梯形图直接译成指令形式，可进行在线编程、远程编程和离线编程，有些还具备网络监控等功能。因此，计算机辅助编程设计法代表着可编程

35、序控制器的应用程序设计方法今后的发展方向。目前各大PLC生产厂商都很重视这方面的开发，都有性能各异的计算机辅助编程应用软件推出，如SIMENS的STEP7、WinCC等，三菱公司的FX-PLCS/AT-EESFC、FXMING等，OMRON公司的CX-Programmer、CPT等。4计算机辅助编程设计法7.4.1机械手控制系统设计1.动作要求：将一工件从A位置搬运到B位置。机械手由电磁液压缸驱动。电磁液压缸的某个线圈得电，就产生相应的动作，直到线圈失电，动作结束。2.动作顺序：假设机械手初始位置为原点，完成工件搬运的动作是：向右向下抓紧工件向上向左向下放松工件向上（回到原点）。3.电气元器件

36、配置：（1）上、下、左、右、抓紧和放松各设置一个微动行程开关，控制动作到位。（2）设置一停止按钮，可以在任何一步停止步的执行，回到第0步。（3）设置6个手动操作按钮，允许手工操作机械手的动作，形成开关可以在手工操作到位时停止机械手的动作。7.4控制系统应用设计举例7.4.1机械手控制系统设计7.4控制系统应用设计举例设计过程1.动作周期：原点（上到位，左到位）向右右到位向下下到位抓紧工件抓到位向上上到位向左左到位向下下到位放松松到位向上上到位原点。2.确定输入/输出开关量及地址（I/O点数确定）列出I/O表如后页表7-4-1选用内部继电器00200、00201、00202、00203、0020

37、4、00205、00206、00207、00208作为中间继电器表示工步状态。设计过程选用内部继电器00200、00201、00202、0输输 入入输输 出出工工 步步开关量开关量操作数操作数开关量开关量操作数操作数步序步序操作数操作数右行程开关右行程开关00000向右线圈向右线圈01000第第0步步00200左行程开关左行程开关00001向左线圈向左线圈01001第第1步步00201上行程开关上行程开关00003向下线圈向下线圈01002第第2步步00202下行程开关下行程开关00004向上线圈向上线圈01003第第3步步00203抓紧行程开关抓紧行程开关00005抓紧线圈抓紧线圈01004

38、第第4步步00204放松行程开关放松行程开关00006放松线圈放松线圈01005第第5步步00205停止按钮停止按钮00007第第6步步00206启动按钮启动按钮00008第第7步步00207连续连续/不连续切不连续切换开关换开关00009第第8步步00208手动向左手动向左00010手动向右手动向右00011手动向上手动向上00012手动向下手动向下00013手动抓紧手动抓紧00014手动放松手动放松00015点数：点数：15点数：点数：6表7-4-1I/O分配表输入输出工步开关量操作数开关量操作数3.PLC机型选择：由上表知：输入为15点，输出为6点，总点数21点。留出20%的余量：总点数

39、为21+4=25点。选择30点的CPM2A-30CDR继电器触点输出型的CPU单元，有18点输入，12点输出。程序容量：825=200字（普通系统K=8）。4.做出机械手控制的SFC图：3.PLC机型选择：由上表知：输入为15点，输出为6点，总点01245678向右向下抓紧向上向左向下放松向上启动右到位下到位紧到位上到位左到位下到位松到位上到位“与”不连续运行上到位“与”连续运行3SFC图01245678向右向下抓紧向上向左向下放松向上启动右到位下5.绘制梯形图002010020200203002040020500206002070020800001 002000000300208000090

40、02080020000009000030022100222000080020100201002010020200000002030000700202002030020400205002060020600205000010020700007000070000700007002020020300004002040020300204000050020500204002050000300206机械手的控制主流程梯形图5.绘制梯形图002010020200203002040020020600004002080000700207002070020700208000060020100007002000020

41、80100001001010020100301004010050020000200002000020000200002000020500010010010000100201000110100000000000130100300004002020020600204002080001201002000030020300014010040000500207000150100500006放松抓紧向上向下向右向左机械手的输出/手动梯形图0020600004002080000700207002077.4.2 植物灌溉的植物灌溉的PLC控制系统控制系统根据不同植物生长的特点和要求，对灌溉系统提出以下控制功能

42、要求：A区有两小块采用喷雾，每喷2分钟，停5分钟，工作时间要求每天7点开始，17点停止；B区采用旋转式喷头进行喷灌，分为两组喷灌工作，每组每工作5分钟，停20分钟，每天9点开始，14点停止；C区也分为两组，交替工作，每隔2天灌溉一天。考虑到系统的可靠性和经济性，要求系统有手动控制和自动控制功能。如果遇到阴雨天会自动停止对沙床苗圃和盆栽花卉的灌溉。温室滴灌不仅要受时间控制，而且要求具有温度、湿度测控功能，即温度、湿度达到某一控制点就报警并改变程序的运行方式。系统在自动(或手动)工作方式时，能自动(或手动)控制供水水泵的运行与停止和各电磁阀的开关。7.4.2植物灌溉的PLC控制系统根据上述控制对象

43、的工作过程，在A区、B区、C区分别设4个、2个、2个电磁阀，分别控制不同作物的灌溉，用1个继电器控制供水的水泵。为了避免意外事故或故障的发生，系统设有声光报警系统。本系统只有数字开关量的输入而无模拟量的输入，凭可编程控制器本身的抗干扰能力已能满足要求。因此该植物灌溉控制属于一个典型的PLC控制系统。为了系统能正常运行，特设计报警灯和报警器试验按钮，系统每次运行前可进行检查。系统的具体设计过程如下：根据上述控制对象的工作过程，在A区、B区、1)I/O点数的估算系统输入信号：自动/手动选择开关，需要1个输入端；报警器和报警灯试验有一个按钮，占有一个输入端；自动工作方式时，总开、总停按钮需要2个输入

44、端；故障报警消音按钮，需要1个输入端；1个雨量传感器，需要1个输入端；4只湿度传感器，需要4个输入端；4只温度传感器，需要4个输入端。1)I/O点数的估算以上共需14个输入信号点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留出15%的备用点，即1415%=2.1，取3个点，这样共需用17个输入点。系统输出信号：A、B、C三个灌溉区共有8个电磁阀，需用8个输出端；一台水泵，需用1个控制输出端；系统自动和手动指示、水泵运行指示，需要三个输出端；温度、湿度报警和报警器分别占用一个输出端。以上共需要15个输出点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留出15%的备用点，即1515%=2.3，取3个

45、点，这样共需用18个输出点。以上共需14个输入信号点，考虑到以后可能会对2)用户应用程序占用内存大小的估算用户应用程序占用多少内存与I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等因素有关，因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，此应用程序占用内存的大小可作如下估算：开关量输入：1510=150字节；开关量输出：188=144字节；定时器/计数器：(103+23)2=72字节。共计366字节，再加上程序存储空间和备用存储空间，初步估计共需1K字节。2)用户应用程序占用内存大小的估算3)PLC型号的选择因为本系统是对开关量进行控制的应用系统，而且对控制速度要求也不高，所以可选用完全能满足该控制要

46、求的、由日本OMRON公司生产的CPM2A系列40点编程控制器。3)PLC型号的选择4)系统I/O点的分配表7.4.2CPM2AI/O分配表输入00002总开00003总停00004阴雨传感器输入触点00005、00006、00007、00008均为温度传感器输入触点00100、00101、00102、00103均为湿度传感器输入触点00010灯报警器试验开关00011泵试验开关00104消音按钮输出01000、01001、01002、01003、01004、01005、01006、01007分别为1号电动阀到8号电动阀输出01101自动指示灯01102手动指示灯01103温度报警灯01104

47、湿度报警灯01105水泵运行指示灯01106报警器输出01100水泵输出内部继电器04000、02000、03000、22000、21000、20600等定时器/计数器T1M001TIM012CNT0210224)系统I/O点的分配表7.4.2CPM2AI/O分图7.4.2输入/输出端子接线图(a)输入端子接线图；(b)输出端子接线图图7.4.2输入/输出端子接线图图7.4.3输入/输出端子接线图(a)输入端子接线图；(b)输出端子接线图图7.4.3输入/输出端子接线图5)系统软件的设计该系统软件可以按各区功能编制不同的模块进行设计，主要包括主程序、A区、B区、C区和报警区模块。可以先设计系统

48、逻辑梯形图，然后编写程序，并进行系统模拟调试，没有错误后再投入现场试运行，最终使系统设计满足用户的控制要求。要注意，在利用CPT进行编程时，须将PLC的型号设置为CQM1-CPU43，但这时SYNC、TIML、TMHH三条指令不被系统支持。5)系统软件的设计图7.4.4系统梯形图图7.4.4系统梯形图图7.4.4(续图)图7.4.4(续图)7.4.3 PLC控制网络系统控制网络系统近年来，PLC控制网络在电力工业、汽车工业、冶金工业、物流管理等诸多方面的应用非常广泛。本节是对PLC控制系统在水处理厂的应用作的一个简单说明。做水处理系统历来是OMRON公司的强项。典型水处理厂采用Controll

49、erLink构筑了一个完整的PLC控制网络，该网络连接多个泵站、加药站、沉淀池，并能通过上位机进行实时监控，实现水处理的各个环节的全自动控制，如芬兰坦培雷给排水厂的Viinikalahti污水处理厂就是一个典型的例子。该厂覆盖郊区，跨越湖泊，控制区域大。按照集中化要求，管理人员通过无线通信和报警系统等手段，对所属区域内的67个泵站进行远程监控、诊断、控制和运行。7.4.3PLC控制网络系统该厂的设计能力为：预沉淀：120000立方米/日；生物处理：67000立方米/日；总抽水率：3.3立方米/秒。污水由雨污合流水管经37个无线控制的泵站汇集而来，这些控制由一个CV1000，两个C1000H和四

50、个CQM1PLC来完成。该厂的设计能力为：污水由雨污合流水管经37个无线控制的泵站汇集而来，这些控制由一个CV1000，两个C1000H和四个CQM1PLC来完成。该系统采用了42个无线和数十个有线(电缆)调制解调器对所有泵站进行监测和诊断，实现了泵站管理的全面自动化。采用了56个C20H，1个C40H，1个C60H和两个C200HPLC，由OMRON公司设计完成。该PLC控制网络系统如图7.4.3所示。污水由雨污合流水管经37个无线控制的泵站汇集图7.4.5Viinikalahti污水处理厂PLC控制网络系统图图7.4.5Viinikalahti污水处理厂PLC控制PLC的典型控制程序1、起