PLC可编程控制器应用技术作业5Word格式文档下载.docx
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4.分配I/O通道，绘制I/O接线图
通过多用户输入、输出设备的分析、分类和整理，进行相应的I/O通导分配，并据此绘制I/O接线图。
至此，基本完成了PLC控制系统的硬件设计。
5.设计控制程序
一般采用梯形图语言设计系统的控制程序。
6.必要时设计非标准设备
在进行设备选形式，应尽量选用标准设备。
如无标准设备可选，还可能需要设计操作台、控制贵、模拟显示屏等非标准设备。
7.编程控制系统的技术软件
在设计任务完成后，要编制系统的技术文件。
技术文件一般应包括设计说明书、使用说明书、I/O接线图和控制程序（如梯形图）
三、可编程控制器控制系统设计的一般步骤（参考图5－1）
（一）评估控制任务
在设计前，因该首先把PLC控制与其他控制方式，主要是与继电器控制和微机控制加以比较，特别是从以下几个方面予以考虑。
1.控制规模
2.工艺复杂程度
3.可靠性要求
4.数据处理程度
（二）PLC的选型
1.I/O输入、输出处设备的数量和性质
在选择PLC时，首先应对系统要求的输入、输出有详细得了解，即输入量有多少，输出量有多少，哪些是开关（或数字）量，哪些是模拟量，对于数字型输出量还应了解负载的性质，以选择合适的输出形式（继电器型、晶体管型、双向晶闸管型）及决定选择整体式还是模块式的PLC.
以下图表例讲解：
典型电气传动设备及常用电气元件所需I、O点数
序号
电气设备、元件
输入点数
输出点数
I/O总数
1
单向运行的交流笼型电动机
4
5
2
可逆运行的交流笼型电动机
7
3
Y-D启动的交流笼型电动机
单向运行的变极电动机
8
可逆运行的变极电动机
6
10
单向运行的直流电动机
9
15
可逆运行的直流电动机
12
20
单线圈电磁阀
双线圈电磁阀
比例阀
11
按钮开关
光电管开关
13
信号灯
14
拨码开关
三挡波段开关
16
行程开关
17
接近开关
18
电磁抱闸
19
风机
位置开关
21
功能控制单元
20（16，32，48）
以可逆运行的交流笼型电动机为例：
输入信号需要有正向起动按钮、反向起动按钮、停止按钮以及需要正反向连锁的接触器反馈信号（将正、反向接触器的输出信号都反馈到PLC的输入端，这样可以提高系统控制的可靠性），需要占用PLC的5个输入点。
输出信号为正、反向接触器的线圈，需要占用PLC的2个输出点。
2.PLC的功能
要根据该系统的控制过程和控制规律，确定PLC机应具有的功能。
各个系列不同规格的PLC机所具有的功能并不完全相同。
如有些小型PLC只能有开关量的逻辑控制功能，而不具备数据处理和模拟处理功能。
3.用户程序存储器的容量
一般说来，用户程序存储器所需的内存容量与内存利用率、开关量I/O总点数、模拟量I/O总点数及设计者的编程水平有关。
（三）系统设计
可编程控制器的系统设计包括硬件设计和软件设计。
1.硬件设计
指PLC外部设备的设计。
在硬件设计中要进行输入设备的选择，执行元件（如接触器的线圈、电磁阀线圈、指示灯等）的选择，以及控制台、柜的设计。
此外还要对PLC做出I/O通道分配表，表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能，应尽量将相同类型的信号、相同电压等级的信号排在一起，以便于施工。
2.软件设计
可编程控制器的软件设计就是编写用户的控制程序。
这是PLC控制系统设计中工作量最大的工作。
软件设计的主要内容一般包括：
①存储器空间的分配；
②专用寄存器的确定；
③系统初始化程序的设计；
④各个功能块子程序的编制；
⑤主程序的编制及调试；
⑥故障应急措施；
⑦其他辅助程序的设计。
对于电气技术人员来说，编写用户的控制程序就是设计梯形图程序，可以采用逻辑设计法或经验设计法。
四、系统调试
（一）实验室模拟调试
在进行PLC控制系统的程序调试时，所需要的信息可分为三类：
●程序运算中产生的；
●操作人员输入的；
●现场实际状态返回的。
在控制程序的实验室联调阶段，前两类信息一般没有问题，只有第三类问题不容易解决。
模拟调试法的基本思想是：
模拟发生第三类信号，为程序的调试创造出最大限度逼近现场实际情况的环境。
模拟方法主要有下述两种。
1.硬件模拟法
这种方法通常用于PLC的I/O点数裕量不大，内存较为紧张的场合。
此时还需要一些设备，如用另一台PLC来模拟现场发生的信号，并将这些信号以硬连线的方式接到用于控制的PLC的输入模板中去。
2.软件模拟法
这种方法是用于PLC的点数和内存均有一定裕量的场合。
（二）现场联机统调
在统调时，一般应首先屏蔽外部输出，再利用编程器的监控功能，采用分段分级调试方法，通过运行检查外部输入量是否无误，然后再利用PLC的强迫置位/复位功能逐个运行输出部件。
1.做好调试准备
拔出全部模板，主机及所有各通道站的电源开关置于“OFF”位置，检查~220V/110V切换开关或跨接线是否正确。
2.主机系统通电
检查各个状态指示灯及风扇运行情况。
3.编程器联机调试
编程器与主机正确连接后通电，检查显示、风扇，以及装载磁带、磁盘的功能。
进行初始化操作，清内存，装入磁带或磁盘。
用编程器对主机进行起动、停止操作，然后进行编程操作试验。
4.PLC系统组态配置调整与投入
5.I/O模板调试
（1）数字量模板
测试输字量输入模板时，只要利用模板端子上的电源接线端，逐一短接各个输入端子，检查输入点LED指示并从编程器上观察该点状态即可。
测试数字量输出模板时，利用编程器强制各个输出点为ON，或编一段简单程序使各个输出点置位，检查各个输出点LED指示和输出电压。
（2）模拟量模板
测试模拟量输入模板时，用一个电压源或电流源作为信号，用电位器分压或分流，提供模拟量输入信号，用电压表或电流表测出输入端信号，然后与PLC内数字信号进行换算比较、检查精度。
测试模拟量输出模板时，用编程器给出0点、中点、满数字，实际测量输出电流和电压。
6.PLC系统与操作台、模拟屏、MCC盘的联调
7.PLC与现场输入设备和传动设备的联调
8.用调试程序进行系统静调
系统静调是在MCC系统和现场设备为投入或未完全投入的情况下，模拟整个生产过程的控制，主要是为了调试完善应用软件。
9.系统空操作调试
MCC盘上主电路不送电，而操作回路给电，在操作台上（包括就地操作台）进行手动、自动各种操作，检查继电器、接触器动作情况，这种调试称为空操作实验。
10.空载单机调试
逐台给单机主电路送电，进行就地手动试车。
11.空载联动试车
尽可能把全系统所有设备都纳入空载联调，这时应使用实际的应用程序，但某些在空载时无法得到的信号仍然需要模拟，如料斗装、放料信号等，料流信号等，可用时间程序产生。
12.实际热负载试车
热负载试车尽量采取间断方式，即试车—处理—再试车。
（三）程序存储及归档
第二节 节省I/O点数的几种方法
一、对输入信号的处理
1、合并输入扩展法
几个动断触点串联或动合触点并联时，用合并输入的方法与PLC相连，可以有效的减少占用PLC的输入点。
例：
一个两地控制的继电器－接触器控制线路如图5－2，如果输入点比较紧张时，可采取先在PLC外部将四个动断触点串联，两个动合触点并联后再接入PLC的输入端子的方法，只占用两个输入点，如图5－4所示。
图5-4采取常闭点、常开点合并输入措施
2、分频输入扩展法
电动机起、停控制只能通过一个按钮来实现，既节省了PLC点数，又减少外部按钮及接线。
3、机外设置输入扩展法
对某些功能简单，与其他设备没有连锁的输入信号，在PLC的输入点紧张时，可设置在PLC外部的输出电路中，如图5－6所示。
图5-6将无联锁输入设置在PLC外部
a）分组输入扩展法
当具有自动、手动两种操作方式时，可将这两种不同操作方式的输入信
号，按自动和手动分成两组，用分组输入的方法有自动/手动转换开关进行切换，并通过外部输入点（图5-7中的0000）控制程序的转换。
见图5-7。
图5-7分组输入
5、矩阵式输入扩展法
矩阵是输入扩展法可以显著的减少所需的输入点数。
这种方法是将m个输入点作为行线，将n个输出点作为列线，组成m×
n矩阵。
这种接法类似于计算机键盘扫描电路，只要在n个输出点依次输出编码，而在m个输入点读入各个开关的状态，就可以判别是哪个（或哪些）开关动作。
6、编码输入扩展法：
PLC的存储器和内部辅助继电器有大量多余，只缺少几个输入点时，可采用此法。
即将按钮或开关信号作编码处理，并在梯形图中设计译码程序，这样可以利用PLC软件来扩展输入点。
图5-10编码输入电路
特点：
●双动合按钮的两对动合触点串联后接到PLC的内部24V电源，以免两个动合触点在闭合过程中的静态信号输入到PLC内部。
●按钮的动合触点的闭合过程一般小于0.1S，因此，在PLC内部的译码程序中，操作信号都通过0.2S的定时器（TIM00）输出，使电路实用可靠。
●不采用代码为111的信号，以简化按钮的互锁接线。
7、利用跳转指令输入扩展法
二、对输出信号的处理
1、共用输出点扩展法：
如果通、断状态完全相同的两个或多个负载并联时，可共用一个输出点，如图5—12，PLC同时带动多个并联的负载时，应注意校验PLC的带负载能力。
图5-12外部负载并联
2、机外设置输出扩展法：
对某些控制逻辑简单，而又不参与工作循环的设
备，或者在工作循环开始之前必须预先启动的设备，可用不通过PLC控制。
例如液压设备的油泵电动机的起动、停止控制就可以不由PLC来承担。
3、矩阵式输出扩展法：
如图5—13所示。
在此例中，有8个输出点驱动16个负载，在梯形图编程再，需要用编程的方法确定每个负载，每个负载由行线和列线所在的输出继电器共同承担。
图5-13矩阵式输出
第三节 可编程控制器实际应用时的注意事项
一、电源电压的选择和接线
●PLC的工作电压一般分为直流24V、交流100~120V、交流200~240V三种。
●而输入接口的输入电源一般为直流5V、12V、24V、48V和交流的110V、220V。
●对模拟量的输入或数字量的输入以及按钮开关、微动开关、水银开关、光电开关、干簧开关和各种无触点开关，都适合于直流电源，可用较低电压。
●对于强电开关、大的行程开关则适合于交流电源，可用较高电压。
二、接地
●PLC一般应与其他设备分别采用各自独立的接地装置
●也可采用公共接地方式，可与其他它弱电设备共用一个接地装置
●禁止使用串联接地的方式，也不要把接地端子接到一个建筑物的大型金属框架上。
三、输出形式和适用的负载
●继电器输出
●晶体管输出
●双向输出
表5-2PLC的开关量输出形式和适用的负载
输出形式
适用负载
继电器
一般触点可承受交流250V2A；
直流24V2A
干簧继电器、小型继电器、固态继电器、小容量的氖灯、
发光管、白炽灯、电磁接触器、电磁铁、小容量的感性负载、电磁装置、电磁阀等
晶体管
一般承受直流24V0.5A环境温度在55℃以下
继电器、指示灯等小容量装置。
主要用于数控装置、计算机数据传输、控制循环传输等快速反应的场合
双向晶闸管
一般承受交流120～240V1A
环境温度在55℃以下
大容量的感性负载，如大接触器、电磁装置、小电机、大容量白炽灯
四、输入接口应注意的事项
1、当输入电源为交流电时，如果输入元件为感性器件，或者输入线过长（超过30m），由于感应电动势的干扰，即使没有输入信号，也可能引起误动作，因此要在输入点K两端并联RC电路，如图5-16所示，以降低异常感应电动势。
图5-16交流输入保护
2、当输入电流为直流时，输入触点是行程开关、微动开关、按钮等开关元件K，但为了显示，并联有发光二极管和相应的电阻，所以在K断开时，也会有电流，当这个电流超过可编程控制器的额定输入工作电流阀值时，就会引起误动作。
因次要并联旁路电阻R，通过分流使输入电流减小，就可避免误动作。
图5-17并联发光二极管的直流输入
3.当输入电源为直流，触点K与发光二极管串联时（如带氖管的极限开关），为了使发光二极管能够点亮，也应增加一个并联电阻R
五、输出接口应注意的事项
1.PLC的输出为晶体管输出方式时，可在负载两端并联电阻R，把漏电流I减小为I1，如图5-20所示。
图5-20避免晶体管阻断时的漏电流
2.PLC的输出为继电器输出方式时，为减小火花放电对触点的侵害，可在PLC的输出继电器的触点两端并联RC吸收电路。
3.当感性负载连接到PLC输出端时，同样需要加浪涌抑制器或二极管，以吸收负载产生的反电动势。
PLC继电器或双向晶闸管输出
4.
PLC继电器或晶体管输出
对于晶体管或双向晶闸管输出型的PLC，当负载是一个允许较高的冲击电流通过的设备时（如白炽灯），要确保晶体管或双向晶闸管的安全，应使起动电流不要超过10倍的额定电流。
●对于易造成事故伤害的负载，除了在PLC的控制程序中加以考虑之外，还应在PLC之外设计紧急停车电路，设置事故开关、紧急停机装置等，使得一旦发生故障时，能及时切断引起伤害事故的负载电源。
六、控制系统的抗干扰措施
在可编程控制器控制系统安装和配线时，对这些可能产生的干扰，必须采取相应的抗干扰措施。
1.供给可编程控制器的交流电源要加隔离变压器
2.电源电压的影响
一般可编程控制器允许电源电压的范围是±
15%~﹣10%，若电源电压变动太大，应有监测元件检出波动信号，必要时停止PLC的运行。
3.电源线的横截面积应足够大，以免产生过大的电压降
4.可编程控制器的输入设备主要有传感器、光电开关、操作按钮、转换开关等，输出设备主是接触器线圈、电磁阀线圈等，要采取抗干扰措施。
5.可在信号线的终端并联一个约（0.1~0.47）μF/25V的电容。
6.引至PLC控制柜的电缆要尽量远离那些会产生电磁干扰的装置。
7.一般要将PLC安装在专门的控制柜中，在安装PLC控制柜的四周，要留出200mm的净空间，保持良好的通风环境，且远离金属粉尘，有腐蚀性气体，高湿度、高温的场合，且要远离高电压、大电流的设备。
小结：
本章主要介绍了可编程控制器应用中一些实际注意的问题，并简要介绍了可编程控制系统设计的基本原则和步骤，在实际应用中注意以下问题：
1、可编程控制器的设计步骤包括评估控制任务、PLC的选型、系统设计。
2、PLC的选型应考虑PLC的型号、I、O输入、输出设备的数量和性质、PLC的功能、用户程序存储器的容量等方面。
3、系统设计包括硬件设计和软件设计,系统调试分为模拟调试和联机调试。
4、对可编程控制器应用时特别注意它的电源与接地的接线方式：
为防止干扰经电源或输入端口窜入可编程控制器内部，应与其他设备分别接地，而不能共同接在一起后接地，应注意外部设备所使用的电源电压与可编程控制器机型和输入端电压等级一致，输出端接线应考虑到若是感性负载，应并联保护二极管，防止交流电源供电产生的噪声，应并联RC滤波器等。
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