可编程控制器的系统设计与应用.ppt
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第第8章章可编程序控制器系统设计与应用可编程序控制器系统设计与应用u了了解解可可编编程程序序控控制制器器系系统统设设计计的的一一般般原原则则与步骤与步骤u熟熟悉悉可可编编程程序序控控制制器器系系统统设设计计的的硬硬件件配配置置及软件设计及软件设计u掌握掌握软、硬件设计的基本环节及设计技巧软、硬件设计的基本环节及设计技巧学习目标：
学习目标：
教学内容：
教学内容：
8.1PLC控制系统设计控制系统设计8.2PLC控制系统硬件配置控制系统硬件配置8.3PLC控制系统软件设计控制系统软件设计8.4PLC应用程序的典型环节及设计技巧应用程序的典型环节及设计技巧8.5PLC在工业控制中的应用在工业控制中的应用8.6提高提高PLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施第第8章章可编程序控制器系统设计与应用可编程序控制器系统设计与应用8.1PLC控制系统设计控制系统设计返回返回u编程控制系统设计时应遵循以下原则：
编程控制系统设计时应遵循以下原则：
8.1.1PLC控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则最大限度的满足被控对象的要求；最大限度的满足被控对象的要求；在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、适用及维护方便；经济、适用及维护方便；保证系统的安全可靠；保证系统的安全可靠；考虑生产发展和工艺改进的要求，在选型时应留考虑生产发展和工艺改进的要求，在选型时应留有适当的余量。
有适当的余量。
8.1.2PLC控制系统设计的内容控制系统设计的内容uPLC控制系统设计的主要内容有：
控制系统设计的主要内容有：
分析控制对象，明确设计任务和要求；分析控制对象，明确设计任务和要求；选定选定PLC的型号，对控制系统的硬件进行配置；的型号，对控制系统的硬件进行配置；保证系统的安全可靠；保证系统的安全可靠；选择所需的输入选择所需的输入/输出模块，编制输出模块，编制PLC的输入的输入/输输出分配表和输入出分配表和输入/输出端子接线图输出端子接线图;根据系统设计要求编写程序规格要求说明书，再根据系统设计要求编写程序规格要求说明书，再用相应的编程语言进行程序设计；用相应的编程语言进行程序设计；设计操作台、电气柜、选择所需的电器元件；设计操作台、电气柜、选择所需的电器元件；编写设计说明书和操作使用说明书。
编写设计说明书和操作使用说明书。
8.1.3PLC控制系统设计的一般步骤控制系统设计的一般步骤uPLC的结构和工作方式与一般微机和继电器相比的结构和工作方式与一般微机和继电器相比各有特点，其具体设计步骤如下：
各有特点，其具体设计步骤如下：
详详细细了了解解被被控控对对象象的的生生产产工工艺艺过过程程，分分析析控控制制要要求。
求。
根据控制要求确定所需的用户输入根据控制要求确定所需的用户输入/输出设备。
输出设备。
选择选择PLC类型。
类型。
分配分配PLC的的I/O点，设计点，设计I/O连接图。
连接图。
PLC软软件件设设计计，同同时时可可进进行行控控制制台台的的设设计计和和现现场场施工。
施工。
系统调试，固化程序，交付使用。
系统调试，固化程序，交付使用。
8.2PLC控制系统硬件配置控制系统硬件配置u硬件系统设计主要包括硬件系统设计主要包括PLCPLC及外围线路的设计、及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等内容。
电气线路的设计和抗干扰措施的设计等内容。
u随着随着PLCPLC功能的不断提高和完善，功能的不断提高和完善，PLCPLC几乎可以完几乎可以完成工业控制领域的所有任务。
但成工业控制领域的所有任务。
但PLCPLC还是有它最还是有它最适合的应用场合，所以在接到一个控制任务后，适合的应用场合，所以在接到一个控制任务后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制装备控制装备（PLCPLC、单片机、单片机、DCSDCS或或IPCIPC）来完成该任来完成该任务最合适。
务最合适。
返回返回8.2.1PLC的选型的选型u当确定由当确定由PLCPLC来完成控制后，设计者接下来要解来完成控制后，设计者接下来要解决两个主要问题：
决两个主要问题：
PLC容容量量的的选选择择：
首首先先要要对对控控制制任任务务进进行行详详细细的的分分析析，把把所所有有的的I/O点点找找出出来来，包包括括开开关关量量I/O和和模拟量模拟量I/O以及这些以及这些I/O点的性质。
点的性质。
PLC机机型型的的选选择择：
由由于于生生产产PLC的的厂厂家家众众多多，实实现现的的功功能能虽虽基基本本相相同同，但但性性能能、价价格格和和编编程程语语言言却却有有较较大大差差别别，一一般般应应从从功功能能方方面面、价价格格方方面面和和售后服务等几个方面考虑。
售后服务等几个方面考虑。
8.2.2I/O地址分配地址分配u输入输出信号在输入输出信号在PLCPLC接线端子上的地址分配是接线端子上的地址分配是进行进行PLCPLC控制系统设计的基础。
对软件设计来说，控制系统设计的基础。
对软件设计来说，I/OI/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLCPLC的外围接线来说，只有的外围接线来说，只有I/OI/O地址确定以后，才可地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。
路图和安装图安装控制柜。
u在进行在进行I/O地址分配时最好把地址分配时最好把I/O点的名称、代码点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。
和地址以表格的形式列写出来。
8.2.3响应时间响应时间u对于过程控制，扫描周期和响应时间必须认真考对于过程控制，扫描周期和响应时间必须认真考虑。
虑。
PLCPLC顺序扫描的工作方式，使它不能可靠地顺序扫描的工作方式，使它不能可靠地接收持续时间小于扫描周期的输入信号。
接收持续时间小于扫描周期的输入信号。
u选定选定PLCPLC及其扩展模块及其扩展模块（如需要的话如需要的话）和分配完和分配完I/OI/O地址后，硬件设计的主要内容就是完成电气地址后，硬件设计的主要内容就是完成电气控制系统原理图的设计、电气控制元器件的选择控制系统原理图的设计、电气控制元器件的选择和控制柜的设计。
和控制柜的设计。
8.3PLC控制系统软件设计控制系统软件设计u在一些典型的控制环节和电路的基础上，根据被在一些典型的控制环节和电路的基础上，根据被控制对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选控制对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。
有时为了得到一个满意的设计结果，择、组合。
有时为了得到一个满意的设计结果，需要进行多次反复地调试和修改，增加一些辅助需要进行多次反复地调试和修改，增加一些辅助触点和中间编程元件。
触点和中间编程元件。
u经验设计法对于一些比较简单的控制系统的设计经验设计法对于一些比较简单的控制系统的设计是比较奏效的，可以收到快速、简单的效果。
但是比较奏效的，可以收到快速、简单的效果。
但是，由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进是，由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进行设计，所以对设计人员的要求也比较高，特别行设计，所以对设计人员的要求也比较高，特别是要求设计者有一定的实践经验。
是要求设计者有一定的实践经验。
8.3.1经验设计法经验设计法返回返回8.3.2逻辑设计法逻辑设计法u工业电气控制线路中，有不少都是通过继电器等工业电气控制线路中，有不少都是通过继电器等电器元件来实现，因此，用电器元件来实现，因此，用“0”“0”和和“1”“1”两种取两种取值的逻辑代数设计电器控制线路是完全可以的，值的逻辑代数设计电器控制线路是完全可以的，用逻辑设计法设计用逻辑设计法设计PLC应用程序的一般步骤如下：
应用程序的一般步骤如下：
列出执行元件动作节拍表；列出执行元件动作节拍表；绘制电气控制系统的状态转移图；绘制电气控制系统的状态转移图；进行系统的逻辑设计；进行系统的逻辑设计；编写程序；编写程序；对程序检测、修改和完善。
对程序检测、修改和完善。
8.3.3顺序功能图法顺序功能图法u顺序功能图法是首先根据系统的工艺流程设计顺顺序功能图法是首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图，然后再依据顺序功能图设计顺序控制序功能图，然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。
在顺序功能图中，实现转换时使前级步的程序。
在顺序功能图中，实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始，步之间没有重活动结束而使后续步的活动开始，步之间没有重叠。
叠。
u顺序控制继电器（顺序控制继电器（SCR）指令是基于顺序功能图指令是基于顺序功能图（SFC）的编程方式，专门用于编制顺序控制程的编程方式，专门用于编制顺序控制程序。
使用它必须依据顺序功能图进行编程。
序。
使用它必须依据顺序功能图进行编程。
8.4PLC应用程序的典型环节及设计技巧应用程序的典型环节及设计技巧u复杂的控制程序一般都是由一些典型的基本环节复杂的控制程序一般都是由一些典型的基本环节有机地组合而成的，因此，掌握这些基本环节尤有机地组合而成的，因此，掌握这些基本环节尤为重要。
它有助于程序设计水平的提高。
为重要。
它有助于程序设计水平的提高。
u几个常用的典型环节：
几个常用的典型环节：
8.4.1应用程序的典型环节应用程序的典型环节电动机的起动与停止控制程序；电动机的起动与停止控制程序；具有点动功能电动机起动、停止控制程序；具有点动功能电动机起动、停止控制程序；电动机的正、反转控制程序；电动机的正、反转控制程序；返回返回u几个常用的典型环节几个常用的典型环节：
8.4.1应用程序的典型环节应用程序的典型环节通电禁止输出程序；通电禁止输出程序；闪烁电路；闪烁电路；报警电路；报警电路；高精度时钟程序；高精度时钟程序；脉冲宽度可控制电路；脉冲宽度可控制电路；分频电路分频电路。
8.4.2PLC控制程序设计技巧控制程序设计技巧u在工艺要求改变后，常常要改变程序，有时会出在工艺要求改变后，常常要改变程序，有时会出现现I/O点数不够又不想增加点数不够又不想增加PLC扩展单元，此时扩展单元，此时可采用一些方法来减少输入点和输出点。
可采用一些方法来减少输入点和输出点。
u减少输入点的方法：
减少输入点的方法：
用二极管隔离的分组输入法用二极管隔离的分组输入法；触点合并式输入方法触点合并式输入方法；单按钮起、停控制程序单按钮起、停控制程序。
u减少输出点的方法：
对于两个通断状态完全相同的减少输出点的方法：
对于两个通断状态完全相同的负载，可将它们并联后共用一个负载，可将它们并联后共用一个PLC的输出点的输出点。
8.5PLC在工业控制中的应用在工业控制中的应用u现有四台电动机现有四台电动机M1、M2、M3、M4，要求四台电要求四台电动机顺序启动和顺序停车。
顺序启动的时间间隔动机顺序启动和顺序停车。
顺序启动的时间间隔为为30s，顺序停车的时间间隔为顺序停车的时间间隔为10s。
u可选用可选用S7-200（CPU224）进行控制。
对电动机进行控制。
对电动机顺序启、停控制有很多种方法，可根据编程习惯顺序启、停控制有很多种方法，可根据编程习惯选择。
本题给出两种方法：
选择。
本题给出两种方法：
8.5.1四台电动机的顺序启、停控制四台电动机的顺序启、停控制利用顺序控制继电器指令设计程序；利用顺序控制继电器指令设计程序；利用移位寄存器指令设计程序。
利用移位寄存器指令设计程序。
返回返回u现有四台电动机现有四台电动机M1、M2、M3、M4，要求四台电要求四台电动机顺序启动和顺序停车。
启、停的顺序均为动机顺序启动和顺序停车。
启、停的顺序均为M1M2M3M4。
顺序启动时的时间间隔为顺序启动时的时间间隔为30s，顺序停车的时间间隔为顺序停车的时间间隔为10s。
u输入输出分配表如表输入输出分配表如表8-5所示。
所示。
uPLC的的I/O接线图如图接线图如图8-23所示。
所示。
u四台电动机顺序启、停利用顺序控制继电器设计四台电动机顺序启、停利用顺序控制继电器设计梯形图，如图梯形图，如图8-24所示。
所示。
1.利
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