《可编程序控制器应用技术》6-PLC控制系统设计.ppt

1、第6章 PLC控制系统的设计福建工程学院福建工程学院电子信息与电气工程系电子信息与电气工程系李建兴李建兴（E-E-mailmail：）第6章 PLC控制系统的设计n在对PLC的基本工作原理和编程技术有了一定的了解之后，我们就可以用PLC来构成一个实际的控制系统。PLC控制系统的设计主要包括系统设计、程序设计、施工设计和安装调试等四方面的内容。本章主要介绍PLC控制系统的设计步骤和内容、设计与实施过程中应该注意的事项，使读者初步掌握PLC控制系统的设计方法。要达到能顺利地完成PLC控制系统的设计，更重要的是需要不断地实践。第6章 PLC控制系统的设计n6.1 PLC6.1 PLC控制系统设计的基

2、本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容n6.2 PLC6.2 PLC的选择的选择的选择的选择n6.3 PLC6.3 PLC与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接与输入输出设备的连接n6.4 6.4 减少减少减少减少I/OI/O点数的措施点数的措施点数的措施点数的措施 n6.5 PLC6.5 PLC在开关量控制系统中的应用在开关量控制系统中的应用在开关量控制系统中的应用在开关量控制系统中的应用 n6.6 PLC6.6 PLC在模拟量闭环控制中的应用在模拟量闭环控制中的应用在模拟量闭环控制中的应用在模拟量闭环控制中的应

3、用n6.7 6.7 提高提高提高提高PLCPLC控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施控制系统可靠性的措施n6.8 PLC6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断控制系统的维护和故障诊断控制系统的维护和故障诊断控制系统的维护和故障诊断 6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容 6.1.1 PLC控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则 在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：n最最最最大大大大限限限限度度度度地地地地满满满满足足足足控控控控制制制制要要要要求求求求 充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计中最重要的一

4、条原则。设计人员要深入现场进行调查研究，收集资料。同时要注意和现场工程管理和技术人员及操作人员紧密配合，共同解决重点问题和疑难问题。n保保保保证证证证系系系系统统统统的的的的安安安安全全全全可可可可靠靠靠靠 保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。n力力力力求求求求简简简简单单单单、经经经经济济济济、使使使使用用用用与与与与维维维维修修修修方方方方便便便便 在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。不宜盲目追求自动化和高指标。n适应发展的需要适应发展的需要适应发展的需要适应发展的需要 适当考虑到今后控制系统

5、发展和完善的需要。6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容 6.1.2 PLC控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤 n1 1）分析被控对象并提出控制要求）分析被控对象并提出控制要求）分析被控对象并提出控制要求）分析被控对象并提出控制要求 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。n2 2）确定输入输出设备）确定输入输出设备）确定输入输出设备）确定输入输出设备 根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：

6、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容 6.1.2 PLC控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤n3 3）选择）选择）选择）选择PLCPLC PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择n4 4）分配）分配）分配）分配I/OI/O点并设计点并设计点并设计点并设计PLCPLC外围硬件线路外围硬件线路外围硬件线路外围硬件线路n分配I/O点：画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表。nPLC外围硬件线路：画出系统其它部分的电气线路图

7、，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。n由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容 6.1.2 PLC控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤n5 5）程序设计）程序设计）程序设计）程序设计n程序设计：1）控制程序；2）初始化程序；3）检测、故障诊断和显示等程序；4）保护和连锁程序。n模拟调试：根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。n6 6）硬件实施）硬件实施）硬件实施）硬件实施n设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图；n设计

8、系统各部分之间的电气互连图；n根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。n由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容控制系统设计的基本原则与内容 6.1.2 PLC控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤n7 7）联机调试）联机调试）联机调试）联机调试n联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。n全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需

9、要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。n8 8）整理和编写技术文件）整理和编写技术文件）整理和编写技术文件）整理和编写技术文件n技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。6.2 PLC的选择的选择 n随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。nPLC的选择主要应从PLCPLC的机型、容量、的机型、容量、的机型、容量、的机型、容量、I/OI/O模块、电源模

10、模块、电源模模块、电源模模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力块、特殊功能模块、通信联网能力块、特殊功能模块、通信联网能力块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。6.2 PLC的选择的选择 6.2.1 PLC机型的选择机型的选择 PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：n n合理的结构型式合理的结构型式合理的结构型式合理的结构型式 PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。n n安装方式的选择安装方式的选择安装方式的选择安装方式的选择 安装方式有集中式、远程IO式以及多台PLC联网的分布式。n n相应的功能

11、要求相应的功能要求相应的功能要求相应的功能要求n n响应速度要求响应速度要求响应速度要求响应速度要求n n系统可靠性的要求系统可靠性的要求系统可靠性的要求系统可靠性的要求 对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统n n机型尽量统一机型尽量统一机型尽量统一机型尽量统一 便于备品备件的采购和管理；有利于技术力量的培训和技术水平的提高，外部设备通用，资源可共享，易于联网通信。6.2 PLC的选择的选择 6.2.2 PLC容量的选择容量的选择 nI IOO点数的选择点数的选择点数的选择点数的选择n在满足控制要求的前提下力争使用的IO点最少。n需要加上1015的裕量。n存储容量的选择存

12、储容量的选择存储容量的选择存储容量的选择n存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25之多。n在IO点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加2030的裕量。存储容量存储容量(字节字节)开关量开关量I/O点数点数10 模拟量模拟量I/O通道数通道数100n存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。6.2 PLC的选择的选择 6.2.3 IO模块的选择模块的选择 n开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择 1）输入信号的类型及电压等级）输入信号

13、的类型及电压等级 有直直直直流流流流输输输输入入入入、交交交交流流流流输输输输入入入入和和和和交交交交流流流流直直直直流流流流输输输输入入入入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直直直直流流流流输输输输入入入入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入交流输入交流输入交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境。开关量输入模块的电电电电压压压压等等等等级级级级有：直流5、12、24、48、60等；交流110、220等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑选择时主要根据

14、现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5、12、24用于传输距离较近场合，如5输入模块最远不得超过米。距离较远的应选用输入电压等级较高的。6.2 PLC的选择的选择 6.2.3 IO模块的选择模块的选择n开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择 2）输入接线方式）输入接线方式 主要有汇点式和分组式汇点式和分组式汇点式和分组式汇点式和分组式两种接线方式 6.2 PLC的选择的选择 6.2.3 IO模块的选择模块的选择n开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择

15、3）注意同时接通的输入点数量）注意同时接通的输入点数量 对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60。4）输入门槛电平）输入门槛电平 门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。6.2 PLC的选择的选择 6.2.3 IO模块的选择模块的选择n开关量输出模块的选择开关量输出模块的选择开关量输出模块的选择开关量输出模块的选择 1）输出方式）输出方式 开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式 继继继

16、继电电电电器器器器输输输输出出出出：价格便宜，可以驱动交、直流负载，适用的电压大小范围较宽、导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出晶闸管输出晶闸管输出晶闸管输出或晶体管输出晶体管输出晶体管输出晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。6.2 PLC的选择的选择 6.2.3 IO模块的选择模块的选择n开关量输出模块的选择开关量输出模块的选择开关量输出模块的选择开关量输出模块的选择 2）输出接线方式）输出接线方式 开关量输出模块主要有分组式和分隔式分组式和分隔式分组式和分隔式分组式和分隔式两种接线方式6.2 PLC的选择的选择 6.2.3 IO模块的选择模块的选择n开关量输出模块的选择开关量输出模块的选择开关量输出模块的选择开关量输出模块的选择 3）驱动能力）驱动能力 应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可可可可增增增增