PLC控制系统的设计及故障诊断课件.pptx
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1、2023/5/101第五章第五章 PLC控制系统的设计与故障诊断控制系统的设计与故障诊断 第1页/共51页2022/9/261第五章 PLC控制系统的设计与故障诊断 2023/5/1025.6 组织块组织块OB及其应用及其应用 第五章第五章 PLC控制系统的设计与故障诊断控制系统的设计与故障诊断 5.4 PLC在顺序控制中的应用在顺序控制中的应用 5.5 PLC系统的现场调试系统的现场调试 5.2 PLC控制系统硬件设计方法控制系统硬件设计方法5.3 程序设计与调试程序设计与调试 5.1 PLC控制系统的设计控制系统的设计 5.7 故障特性及故障诊断故障特性及故障诊断 第2页/共51页2022
2、/9/2625.6 组织块OB及其应用 第五章 2023/5/1035.1 PLC5.1 PLC控制系统的设计控制系统的设计 5.1.1 可编程序控制器系统设计要求可编程序控制器系统设计要求1.满足被控对象的要求,拟定控制方案。满足被控对象的要求,拟定控制方案。2.简单、经济、维修方便、满足控制要求。简单、经济、维修方便、满足控制要求。3.选择可编程控制器的选择可编程控制器的CPU模块及模块及I/O模块时,应有余量。模块时,应有余量。第3页/共51页2022/9/2635.1 PLC控制系统的设计 5.12023/5/1045.1.2 PLC控制系统设计的基本内容控制系统设计的基本内容1.确定
3、系统运行方式与控制方式。确定系统运行方式与控制方式。2.选择用户输入设备。选择用户输入设备。3.PLC的选择。的选择。4.分配分配I/0点,绘制点,绘制I/0连接图。连接图。5.设计控制程序。设计控制程序。6.编制控制系统的技术文件。编制控制系统的技术文件。第4页/共51页2022/9/2645.1.2 PLC控制系统设计的基本内2023/5/1055.1.3 PLC控制系统的设计步骤控制系统的设计步骤 1.根据生产的工艺过程分析控制要求。根据生产的工艺过程分析控制要求。2.根据控制要求确定系统控制方案。根据控制要求确定系统控制方案。3.根据系统构成方案和工艺要求确定系统运行方式。根据系统构成
4、方案和工艺要求确定系统运行方式。4.根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。5.选择选择PLC。分配。分配PLC的的I/O点,设计点,设计I/O连接图。连接图。6.进行进行PLC的程序设计。的程序设计。7.联机调试。联机调试。8.编制技术文件。编制技术文件。第5页/共51页2022/9/2655.1.3 PLC控制系统的设计步骤 2023/5/106如图如图5-1是设计是设计PLC控制系统的一般步骤:控制系统的一般步骤:分析控制要求确定用户I/O设备确定系统机构方案确定控制和运行方案选择PLC分配I/O点、设计I/O连接图编辑流程图设计程序输入程序并
5、检查调试现场总线联机调试交付使用修改NNYN满足要求?编制技术文件Y满足要求?了解工艺过程控制台(柜)设计及现场施工设计控制台(柜)图图5-1 设计设计PLC控制控制 系统一般步骤系统一般步骤 返回目返回目录 第6页/共51页2022/9/266如图5-1是设计PLC控制系统的一般步骤2023/5/107 5.2 PLC 5.2 PLC控制系统硬件设计方法控制系统硬件设计方法 5.2.1 应用系统总体方案设计应用系统总体方案设计1.PLC控制系统类型控制系统类型 (1)由由PLC构成的单机控制系统。构成的单机控制系统。(2)由由PLC构成的集中控制系统。构成的集中控制系统。(3)由由PLC构成
6、的分布式控制系统。构成的分布式控制系统。(4)用用PLC构成远程构成远程I0控制系统。控制系统。2.系统的运行方式系统的运行方式 (1)手动运行方式。手动运行方式。(2)半自动运行方式。半自动运行方式。(3)自动运行方式。自动运行方式。第7页/共51页2022/9/267 5.2 PLC控制系统硬件设计方法2023/5/1085.2.2 系统硬件设计根据系统硬件设计根据1.工艺要求工艺要求 2.设备状况设备状况3.控制功能控制功能 4.I/0点数和种类点数和种类5.系统的先进性系统的先进性 第8页/共51页2022/9/2685.2.2 系统硬件设计根据1.工艺要2023/5/1095.2.3
7、 可编程序控制器的机型选择可编程序控制器的机型选择1.CPU的功能的功能 2.I/0点数点数 3.响应速度响应速度4.指令系统指令系统 5.机型选择的其他考虑机型选择的其他考虑第9页/共51页2022/9/2695.2.3 可编程序控制器的机型选择1.2023/5/10105.2.4 输入输入/输出模块的选择输出模块的选择1.数字量输入模块的选择数字量输入模块的选择 2.数字量输出模块的选择数字量输出模块的选择 3.模拟量模块的选择模拟量模块的选择4.智能智能I/0模块的应用选择模块的应用选择 5.2.5 系统硬件设计文件系统硬件设计文件1.系统硬件配置图系统硬件配置图 2.模块统计表模块统计
8、表3.I/0硬件接口图及硬件接口图及I/0地址表地址表 第10页/共51页2022/9/26105.2.4 输入/输出模块的选择1.2023/5/10115.2.6 系统供电设计系统供电设计1.供电系统的保护措施供电系统的保护措施2.电源模块的选择电源模块的选择4.I/0模块供电电源设计模块供电电源设计5.系统接地设计系统接地设计6.可编程序控制器供电系统设计可编程序控制器供电系统设计7.电缆设计和敷设电缆设计和敷设 返回目返回目录 第11页/共51页2022/9/26115.2.6 系统供电设计1.供电系2023/5/10125.3 5.3 程序设计与调试程序设计与调试5.3.1 程序结构设
9、计程序结构设计 STEP 7有有3种设计程序的方法,即线性化编程、模块化编程和结种设计程序的方法,即线性化编程、模块化编程和结构化编程。构化编程。1.线性化编程线性化编程 整个用户程序放在循环控制组织块整个用户程序放在循环控制组织块OB1(主程序)中,循环扫描(主程序)中,循环扫描时不断地依次执行时不断地依次执行OB1中的全部指令。中的全部指令。程序结构简单,建议只是在为程序结构简单,建议只是在为S7-300编写简单的程序时使用。编写简单的程序时使用。第12页/共51页2022/9/26125.3 程序设计与调试5.3.1 2023/5/10132.模块化编程模块化编程 模块化编程程序被分为不
10、同的逻辑块,每个块包含完成某些任务模块化编程程序被分为不同的逻辑块,每个块包含完成某些任务的逻辑指令。组织块的逻辑指令。组织块OB1(即主程序)中的指令决定在什么情况下调(即主程序)中的指令决定在什么情况下调用哪一个块,功能和功能块(即子程序)用来完成不同的过程任务。用哪一个块,功能和功能块(即子程序)用来完成不同的过程任务。被调用的块执行完后,返回到被调用的块执行完后,返回到OB1中程序块的调用点,继续执行中程序块的调用点,继续执行OB1。模块化编程的程序被划分为若干个块,易于几个人同时对一个项模块化编程的程序被划分为若干个块,易于几个人同时对一个项目编程。目编程。第13页/共51页2022
11、/9/26132.模块化编程 模块化编2023/5/10143.结构化编程结构化编程 结构化编程将复杂的自动化任务分解为能够反映过程的工艺、功结构化编程将复杂的自动化任务分解为能够反映过程的工艺、功能或可以反复使用的小任务,这些任务由相应的程序块(或称逻辑能或可以反复使用的小任务,这些任务由相应的程序块(或称逻辑块)来表示,程序运行时所需的大量数据和变量存储在数据块中。块)来表示,程序运行时所需的大量数据和变量存储在数据块中。这些程序块是相对独立的,它们被这些程序块是相对独立的,它们被OB1或别的程序块调用。或别的程序块调用。第14页/共51页2022/9/26143.结构化编程 结构化编20
12、23/5/1015程序块调示例如图程序块调示例如图5-2所示:所示:图图5-2块调用的分层结构块调用的分层结构第15页/共51页2022/9/2615程序块调示例如图5-2所示:图5-2块2023/5/10165.3.2 符号表和符号化编程符号表和符号化编程 1符号地址符号地址 符号地址的优点:程序中可以用绝对地址访问变量,但是符号符号地址的优点:程序中可以用绝对地址访问变量,但是符号地址使程序更容易阅读和理解。地址使程序更容易阅读和理解。2生成与编辑符号表生成与编辑符号表 点击管理器中的点击管理器中的“Symbols”图标,即可进入符号表窗口,如图图标,即可进入符号表窗口,如图5-3所示。所
13、示。第16页/共51页2022/9/26165.3.2 符号表和符号化编程 2023/5/1017图图5-3 符号表符号表第17页/共51页2022/9/2617图5-3 符号表第17页/共51页2023/5/10185.3.3 功能块与功能的生成与调用举例功能块与功能的生成与调用举例 下面以发动机控制系统的用户程序为例,介绍生成和调用功能块下面以发动机控制系统的用户程序为例,介绍生成和调用功能块和功能的方法。和功能的方法。1项目的创建项目的创建 项目的名称为项目的名称为“发动机控制发动机控制”。2用户程序结构用户程序结构 如图图如图图5-4所示,组织块所示,组织块OB1是,用一个名为是,用一
14、个名为“发动机控制发动机控制”的功的功能块能块FB1来分别控制汽油机和柴油机,控制参数在背景数据块来分别控制汽油机和柴油机,控制参数在背景数据块DB1和和DB2中。此外控制汽油机和柴油机时还用不同的实参分别调用名为中。此外控制汽油机和柴油机时还用不同的实参分别调用名为“风扇控制风扇控制”的功能的功能FC1。第18页/共51页2022/9/26185.3.3 功能块与功能的生成与调用2023/5/1019图图5-4 程序结构程序结构第19页/共51页2022/9/2619图5-4 程序结构第19页/共51页2023/5/1020程序设计好后程序设计好后SIMATIC管理器中的块(见图管理器中的块
15、(见图5-5)。)。图图5-5 SIMATIC管理器管理器第20页/共51页2022/9/2620程序设计好后SIMATIC管理器中的块2023/5/10213符号表与变量声明表符号表与变量声明表(1)符号表(见表符号表(见表5-1)表表5-1 符号表符号表NameAddressNameAddress主程序主程序OB1关闭柴油机关闭柴油机I1.5发动机控制发动机控制FB1柴油机故障柴油机故障I1.6风扇控制风扇控制FC1自动模式自动模式Q4.2汽油机数据汽油机数据DB1汽油机运行汽油机运行Q5.0柴油机数据柴油机数据DB2汽油机到达设置转速汽油机到达设置转速Q5.1共享数据共享数据DB3汽油机
16、风扇运行汽油机风扇运行Q5.2自动按钮自动按钮I0.5柴油机到达设置转速柴油机到达设置转速Q5.5手动按钮手动按钮I0.6柴油机风扇运行柴油机风扇运行Q5.6起动汽油机起动汽油机I1.0汽油机风扇运行汽油机风扇运行T1关闭汽油机关闭汽油机I1.1柴油机风扇延时柴油机风扇延时T2汽油机故障汽油机故障I1.2汽油机转速汽油机转速MW2起动柴油机起动柴油机I1.4柴油机转速柴油机转速MW4第21页/共51页2022/9/26213符号表与变量声明表(1)符号表(2023/5/1022 (2)变量声明表及变量的类型)变量声明表及变量的类型 局域变量:用户在变量声明表中声明本块中专用的变量。局域变量:用
17、户在变量声明表中声明本块中专用的变量。局域变量包括块的形参和参数的属性,局域变量只是在它所在的局域变量包括块的形参和参数的属性,局域变量只是在它所在的块中有效。声明后在局域数据堆栈中为临时变量(块中有效。声明后在局域数据堆栈中为临时变量(TEMP)保存有效)保存有效的存储空间。的存储空间。对于功能块,还要为配合使用的背景数据块的静态变量(对于功能块,还要为配合使用的背景数据块的静态变量(STAT)保留空间。通过设置保留空间。通过设置IN(输入)、(输入)、OUT(输出)和(输出)和IN_OUT(输入(输入/输输出)类型变量。出)类型变量。第22页/共51页2022/9/2622 (2)变量声明
18、表及变量的类2023/5/10234功能块与功能功能块与功能(1)功能块)功能块FB1中的局域变量(见表中的局域变量(见表5-2)表表5-2 FB1的变量声明表的变量声明表NameData TypeAddressDeclareInitial ValueCommentSwitch_OnBool0.0INFALSE起动按钮起动按钮Switch_OffBool0.1INFALSE停车按钮停车按钮FailureBool0.2INFALSE故障信号故障信号Actual_SpeedInt2.0IN0实际转速实际转速Engine_OnBool4.0OUTFALSE控制发动机的输控制发动机的输出信号出信号Pr
19、eset_Speed_ReachedBool4.1OUTFALSE达到预置转速达到预置转速Preset_SpeedInt6.0STAT1500预置转速预置转速第23页/共51页2022/9/26234功能块与功能(1)功能块FB1中的2023/5/1024(2)功能块)功能块FB1的程序(见图的程序(见图5-6)图图5-6 FB1的梯形图程序的梯形图程序第24页/共51页2022/9/2624(2)功能块FB1的程序(见图5-6)2023/5/1025(3)功能)功能FC1的生成与编辑(见表的生成与编辑(见表5-3)表表5-3 FC1的变量声明表的变量声明表NameData TypeDecla
20、reCommentEngine_OnBoolIN输入信号,发动机输入信号,发动机运行运行Timer_FunctionTimerIN停机延时的定时器停机延时的定时器功能功能Fan_OnBoolOUT控制风扇的输出信控制风扇的输出信号号第25页/共51页2022/9/2625(3)功能FC1的生成与编辑(见表5-2023/5/1026(2)功能块)功能块FC1的程序(见图的程序(见图5-7)图图5-7功能功能FC1梯形图梯形图第26页/共51页2022/9/2626(2)功能块FC1的程序(见图5-7)2023/5/1027 5.功能块与功能的调用功能块与功能的调用 在发动机控制程序中,在发动机控
21、制程序中,OB1用来实现自动用来实现自动/手动工作模式的切换,手动工作模式的切换,通过两次调用通过两次调用FB1和和FC1实现对汽油机和柴油机的控制。(见图实现对汽油机和柴油机的控制。(见图5-8)第27页/共51页2022/9/2627 5.功能块与功能的调2023/5/1028图图5-8 主程序主程序OB1 返回目返回目录 第28页/共51页2022/9/2628图5-8 主程序OB1 返回目录 第2023/5/10294.4 PLC4.4 PLC在顺序控制中的应用在顺序控制中的应用4.4.1 顺序控制的含义顺序控制的含义 顺序控制:就是按照生产工艺预先规定的顺序,在各个输入信顺序控制:就
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