第七章 PLC应用系统的设计.ppt

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1、第第7 7章章 可编程控制器应用系统的设计可编程控制器应用系统的设计 7.1 PLC应用系统的总体设计应用系统的总体设计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7.3 PLC应用系统的程序设计应用系统的程序设计7.4 控制系统设计举例控制系统设计举例思考与练习题思考与练习题第第7章章 可编程序控制器应用系统的设计可编程序控制器应用系统的设计 7.1 PLC应用系统的总体设计应用系统的总体设计 由于工作方式与工业控制计算机不完全一样，因此用可编由于工作方式与工业控制计算机不完全一样，因此用可编程控制器进行系统设计与用计算机进行系统的开发过程也不完全程控制器进行系统设计与用计

2、算机进行系统的开发过程也不完全相同。在实际应用中，需要根据可编程控制器本身的特点进行系相同。在实际应用中，需要根据可编程控制器本身的特点进行系统设计。第一章讲过统设计。第一章讲过PLC系统的软件和硬件可以分开进行设计，系统的软件和硬件可以分开进行设计，这是可编程控制器的一大特点。随着近年来这是可编程控制器的一大特点。随着近年来3C技术的突飞猛进，技术的突飞猛进，大中型大中型PLC的功能不断加强，它们常应用于控制要求复杂、系统的功能不断加强，它们常应用于控制要求复杂、系统I/O点数较多或对可靠性要求特别高，不宜采用继电器控制的工点数较多或对可靠性要求特别高，不宜采用继电器控制的工业场合。同时业场

3、合。同时PLC处理模拟量的能力也得到增强，特别是在处理模拟量的能力也得到增强，特别是在网络通信、数据处理等方面非常突出。网络通信、数据处理等方面非常突出。PLC已成为已成为CIMS（计（计算机集成制造系统）和算机集成制造系统）和SCADA（监控和数据采集）系统的重（监控和数据采集）系统的重要组成部分。要组成部分。一般来说，可编程控制器系统设计的一般来说，可编程控制器系统设计的总体原则总体原则是：是：最大限最大限度地满足被控对象的控制要求，并在此前提下，力求使控制系度地满足被控对象的控制要求，并在此前提下，力求使控制系统简单、经济，用户使用和维护方便，保证系统的安全性、可统简单、经济，用户使用和

4、维护方便，保证系统的安全性、可靠性，并使之具有一定的可扩展性。靠性，并使之具有一定的可扩展性。可编程控制器应用系统的设计步骤如可编程控制器应用系统的设计步骤如P261页图页图7.1.1所示。所示。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 首先要全面首先要全面详细的了解被控对象的特点和生产工艺流程，详细的了解被控对象的特点和生产工艺流程，归纳出工作循环图或状态流程图。归纳出工作循环图或状态流程图。如果控制对象是工业环境较如果控制对象是工业环境较差，对安全性、可靠性要求特别高，系统工艺流程较复杂、输差，对安全性、可靠性要求特别高，系统工艺流程较复杂、输入入/输出点数多，使用常规继电

5、器控制系统难以实现，或工艺流输出点数多，使用常规继电器控制系统难以实现，或工艺流程要经常变动的机械或现场，用可编程控制器进行控制是非常程要经常变动的机械或现场，用可编程控制器进行控制是非常合适不过的。对确定了的控制对象，还要合适不过的。对确定了的控制对象，还要明确控制任务和实际明确控制任务和实际要求要求，要深入了解工艺流程，明确机械运动与电气执行元件之，要深入了解工艺流程，明确机械运动与电气执行元件之间的顺序关系，了解间的顺序关系，了解PLC是否需要通信联网，了解系统对电控是否需要通信联网，了解系统对电控系统的控制要求和需要显示哪些物理量及显示方式。系统的控制要求和需要显示哪些物理量及显示方式

6、。2.制订控制方案，选择可编程控制器机型制订控制方案，选择可编程控制器机型 根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工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，是手动、半自动还是全自动，是单机运行还是联网运作方式，是手动、半自动还是全自动，是单机运行还是联网运行。通过研究工艺过程和机械运动的各个步骤和状态，确定各行。通过研究工艺过程和机械运动的各个步骤和状态，确定各种控制信号和检测反馈信号的相互转换关系，选择系统的外部种控制信号和检测反馈信号的相互转换关系，选择系统的外部电气元件，如系统输入元件：包括按钮、传感器、变送器、接电气元件，如系统输入元件：包括按钮、传感器、变

7、送器、接近开关、限位开关等；输出元件：包括电动阀、接触器、指示近开关、限位开关等；输出元件：包括电动阀、接触器、指示灯等设备，具体的选择方法可参阅电气类有关的资料。还要确灯等设备，具体的选择方法可参阅电气类有关的资料。还要确定哪些信号需要输入定哪些信号需要输入PLC，哪些信号要，哪些信号要PLC输出或者哪些负载输出或者哪些负载要由要由PLC驱动，分门别类地统计出各输入驱动，分门别类地统计出各输入/输出量的性质及参数，输出量的性质及参数，即它们是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压即它们是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级等，然后根据所得结果，选择合适的的大小等级

8、等，然后根据所得结果，选择合适的PLC型号和功型号和功能模块，并确定框架或基板的型号，选择所需模块的种类、型能模块，并确定框架或基板的型号，选择所需模块的种类、型号及数量。号及数量。3.系统硬件设计和软件编程系统硬件设计和软件编程 PLC选型和选型和I/O点配置是硬件设计的重要内容。根据被控对点配置是硬件设计的重要内容。根据被控对象的特点，以及象的特点，以及PLC的的I/O类型和数量，合理地对类型和数量，合理地对PLC的输入、的输入、输出的地址进行编号。同时，设计出现规范的输出的地址进行编号。同时，设计出现规范的PLC外部接线图外部接线图也是一个重要部分，这对也是一个重要部分，这对PLC系统的

9、硬件设计、软件编程和系系统的硬件设计、软件编程和系统调整带来诸多方便。输入、输出地址编号确定后，硬件设计统调整带来诸多方便。输入、输出地址编号确定后，硬件设计和软件工作可平行进行。有些系统还要设计必要的控制柜、显和软件工作可平行进行。有些系统还要设计必要的控制柜、显示盘等，有些系统还要进行部分外围电路设计工作，这些都属示盘等，有些系统还要进行部分外围电路设计工作，这些都属于硬件设计方面的内容。于硬件设计方面的内容。而软件设计即用户程序的编写一般包括画出梯形图，写出而软件设计即用户程序的编写一般包括画出梯形图，写出语句指令表或用计算机辅助软件编写程序等。在程序设计和模语句指令表或用计算机辅助软件

10、编写程序等。在程序设计和模拟调试时，可平行地进行电控系统其他部分的设计。拟调试时，可平行地进行电控系统其他部分的设计。4.模拟调试模拟调试 将设计好的程序键入将设计好的程序键入PLC后应仔细检查与验证，改正程序设后应仔细检查与验证，改正程序设计的语法错误。然后在实验室里进行用户程序的模拟运行和调试，计的语法错误。然后在实验室里进行用户程序的模拟运行和调试，即在离线的方式下运行所编制的程序，观察各输入量、输出量之即在离线的方式下运行所编制的程序，观察各输入量、输出量之间的变化关系，检查逻辑状态是否符合设计要求。若条件许可，间的变化关系，检查逻辑状态是否符合设计要求。若条件许可，可带模拟的负载做些

11、必要的试验，例如用电流或电压信号代替压可带模拟的负载做些必要的试验，例如用电流或电压信号代替压力变化，观察系统的运行状态是否正常，是否符合设计要求。力变化，观察系统的运行状态是否正常，是否符合设计要求。5.现场运行调试现场运行调试 将模拟调试好的程序传送现场使用的将模拟调试好的程序传送现场使用的PLC存储器中，接入存储器中，接入PLC的输入接线和负载。进行现场调试的前提是的输入接线和负载。进行现场调试的前提是PLC的外部接线的外部接线一定是准确无误的。经过调试、修改后，如程序能达到用户控一定是准确无误的。经过调试、修改后，如程序能达到用户控制设计要求指标，可将程序用写入器固化在制设计要求指标，

12、可将程序用写入器固化在EPROM中。中。6.编制系统的技术文件编制系统的技术文件 在系统交付用户使用后，有时还要进行必要的技术培训，在系统交付用户使用后，有时还要进行必要的技术培训，并为用户整理出完整的技术文件，如并为用户整理出完整的技术文件，如PLC控制系统的说明书、控制系统的说明书、外部接线图、其他电气图纸及元件明细表等，以利于日后系统外部接线图、其他电气图纸及元件明细表等，以利于日后系统的维护和改进。的维护和改进。最后，再强调一下最后，再强调一下PLC控制应用系统的设计内容中还包括控制应用系统的设计内容中还包括的几个方面：的几个方面：（1）可靠性设计）可靠性设计 它是整体设计的重要组成部

13、分，其中包括系统硬件和软件它是整体设计的重要组成部分，其中包括系统硬件和软件可靠性设计。系统任何部分的故障都会使系统不能正常运行，可靠性设计。系统任何部分的故障都会使系统不能正常运行，因此在系统设计时必须遵循可靠性分配原则。冗余设计、系统因此在系统设计时必须遵循可靠性分配原则。冗余设计、系统安装的工作环境设计等就属于可靠性设计的内容，其中冗余设安装的工作环境设计等就属于可靠性设计的内容，其中冗余设计常采用热后备或冷后备方式。对计常采用热后备或冷后备方式。对PLC来说，冗余系统的范围来说，冗余系统的范围主要包括主要包括CPU、存储单元、电源系统和通信单元等，系统工作、存储单元、电源系统和通信单元

14、等，系统工作环境要能够满足温度、湿度、振动和冲击等条件的要求。环境要能够满足温度、湿度、振动和冲击等条件的要求。（2）安全性设计）安全性设计 主要指系统在紧急异常状况下能处于安全状态。因此在主要指系统在紧急异常状况下能处于安全状态。因此在系统设计过程中要求系统具有及时处理事故或故障的功能，可系统设计过程中要求系统具有及时处理事故或故障的功能，可在主要设备和回路中设置紧急停车按钮或事故按钮，或者设计在主要设备和回路中设置紧急停车按钮或事故按钮，或者设计安全回路。这里所指的安全回路可由非半导体的机电元件以硬安全回路。这里所指的安全回路可由非半导体的机电元件以硬接线的方式构成，它能够独立与接线的方式

15、构成，它能够独立与PLC工作，并起到保护现场工工作，并起到保护现场工作人员和设备的作用。设计任何控制系统时，安全性是头等大作人员和设备的作用。设计任何控制系统时，安全性是头等大事，这一点希望能引起每个工程设计者足够的重视。事，这一点希望能引起每个工程设计者足够的重视。（3）标准化设计）标准化设计 在系统硬件和软件设计中，选用符合国际标准的元件和应在系统硬件和软件设计中，选用符合国际标准的元件和应用软件系统将有利于控制系统的日常维护及系统将来的升级、用软件系统将有利于控制系统的日常维护及系统将来的升级、规模的扩展等，可以减少不必要的冲突，增强系统的兼容性。规模的扩展等，可以减少不必要的冲突，增强

16、系统的兼容性。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 在在PLC的工业设计中，硬件选型是十分重要的工作，工艺的工业设计中，硬件选型是十分重要的工作，工艺流程的特点和用户应用的要求是设计选型的流程的特点和用户应用的要求是设计选型的主要依据主要依据。由于。由于PLC产品的种类和数量繁多，其结构形式、容量、指令系统、产品的种类和数量繁多，其结构形式、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，国内外近千种编程方法、价格等各不相同，国内外近千种PLC的性能指标、的性能指标、适用场合也各有侧重，因此合理地选择适用场合也各有侧重，因此合理地选择PLC，使其具备较高的，使其具备较高的性能价格比显得非常重要。性能价格比显得非常重要。PLC的选型和硬件设计应从以下的的选型和硬件设计应从以下的七个方面加以考虑。七个方面加以考虑。1.控制结构和方式的选择控制结构和方式的选择 由由PLC构成控制系统有以下几种方式：构成控制系统有以下几种方式：（1）单机控制系统）单机控制系统 单机控制系统是指用一台单机控制系统是指用一台PLC控制一台设备或多台设备，控制一台设备或多台设备，控制的输入控制的