電氣控制與PLC工程應(yīng)用電子課件-第8章

1、第8章PLC的工程應(yīng)用 8.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計簡介 8.2PLC控制系統(tǒng)硬件配置 8.3PLC與輸入/輸出設(shè)備的連接 8.4提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 8.5減少I/O點數(shù)的措施 8.6四工位組合機床的PLC控制系統(tǒng) 8.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計簡介 8.1.1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計原則 8.1.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟 在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： 充分發(fā)揮PLC功能，最大限度 地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計中最重要的一條原則 。設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料。同時要 注意和現(xiàn)場工程管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合，共 同解決重點問題和疑難問題。 保證PLC控制

2、系統(tǒng)能夠長期安全、 可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。 在滿足控制要求的前 提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也 要注意不斷地降低工程的成本。不宜盲目追求自動化和高 指標。 適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的 需要。 8.1.1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計原則 1)充分發(fā)揮PLC的控制功能，最大限度地滿足被控對象的控制 要求，是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要 的一條原則。 2)在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)經(jīng)濟、簡單，維 修方便。 3)保證控制系統(tǒng)安全可靠。 4)考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進，在選用PLC時，在I/O點數(shù)和 內(nèi)存容量上適當(dāng)留有余地。 5)編

3、制程序時要求程序結(jié)構(gòu)清楚、可讀性強，程序簡短，占用 內(nèi)存少，掃描周期短。 詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控 對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對PLC控制系 統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計任務(wù)書。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備 （如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸 出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器 等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC 的I/O點數(shù)。 PLC選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的 選擇 分配I/O點：畫出PLC的I/O點與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或 對應(yīng)關(guān)系表。 PLC外圍硬

4、件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包 括主電路和未進入PLC的控制電路等。 由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原 理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。 程序設(shè)計：1）控制程序；2）初始化程序；3）檢測、故 障診斷和顯示等程序；4）保護和連鎖程序。 模擬調(diào)試：根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬 件模擬法和軟件模擬法兩種形式。 設(shè)計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖； 設(shè)計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖； 根據(jù)施工圖紙進行現(xiàn)場接線，并進行詳細檢查。 由于程序設(shè)計與硬件實施可同時進行，因此PLC控制系統(tǒng) 的設(shè)計周期可大大縮短。 聯(lián)機調(diào)試是將通過模擬調(diào)試的

5、程序進一步進行在線統(tǒng)調(diào)。 聯(lián)機調(diào)試過程應(yīng)循序漸進，從PLC只連接輸入設(shè)備、再連 接輸出設(shè)備、再接上實際負載等逐步進行調(diào)試。如不符合 要求，則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即 可。 全部調(diào)試完畢后，交付試運行。經(jīng)過一段時間運行，如果 工作正常、程序不需要修改，應(yīng)將程序固化到EPROM中， 以防程序丟失。 技術(shù)文件包括設(shè)計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電 氣元件明細表、PLC程序以及使用說明書等。 8.2PLC控制系統(tǒng)硬件配置 8.2.1PLC選擇 8.2.2I/O模塊的選擇 8.2.3電源模塊及其他外設(shè)的選擇 PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護 方便的前提下，力

6、爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 安裝方式有集中式、遠程IO式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。 對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng) 便于備品備件的采購和管理；有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提 高，外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信。 在滿足控制要求的前提下力爭使用的IO點最少。 需要加上1015的裕量。 存儲容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，還與功能實現(xiàn)的方法、程 序編寫水平有關(guān)。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學(xué)者，在完成同一復(fù) 雜功能時，其程序量可能相差25之多。 在IO點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲容量后，再加

7、2030 的裕量。 存儲容量存儲容量(字節(jié)字節(jié))開關(guān)量開關(guān)量I/O點數(shù)點數(shù)10 模擬量模擬量I/O通道數(shù)通道數(shù)100 存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。 8.2.1PLC選擇 1.合理的結(jié)構(gòu)形式 2.安裝方式的選擇 3.相應(yīng)的功能要求 4.響應(yīng)速度要求 5.系統(tǒng)可靠性的要求 6.機型盡量統(tǒng)一 7.PLC容量的選擇 6.機型盡量統(tǒng)一 1)其模塊可互為各用，便于備品備件的采購和管理。 2)其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平 的提高。 3)其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算 機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。 1）輸入信號的類型及電壓等級）輸入信號的

8、類型及電壓等級 有三種類型。選擇時主要根 據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。 模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān) 等電子輸入設(shè)備連接； 模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境。 開關(guān)量輸入模塊的有：直流5、12、24、48、60 等；交流110、220等。 。 一般5、12、24用于傳輸距離較近場合，如5輸入模塊最遠 不得超過米。距離較遠的應(yīng)選用輸入電壓等級較高的。 2）輸入接線方式）輸入接線方式 主要有兩種接線方式 3）注意同時接通的輸入點數(shù)量）注意同時接通的輸入點數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應(yīng)考慮 該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60。

9、 4）輸入門檻電平）輸入門檻電平 門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠， 具體可參閱PLC說明書。 8.2.2I/O模塊的選擇 1.開關(guān)量I/O模塊的選擇 2.模擬量I/O模塊的選擇 1）輸出方式）輸出方式 開關(guān)量輸出模塊有三種方式 ：價格便宜，可以驅(qū)動交、直流負載，適用的電壓大 小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但 動作速度較慢（驅(qū)動感性負載時，觸點動作頻率不超過1HZ）、壽命 較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。 對于頻繁通斷的負載，應(yīng)該選用或，它們 屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只 能用于直流負載。 2）輸出接線方式）

10、輸出接線方式 開關(guān)量輸出模塊主要有 兩種接線方式 1.開關(guān)量I/O模塊的選擇 (1)開關(guān)量輸入模塊的選擇 (2)開關(guān)量輸出模塊的選擇 3）驅(qū)動能力）驅(qū)動能力 應(yīng)根據(jù)實際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸 出電流。如果實際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無法直 接驅(qū)動，。 4）注意同時接通的輸出點數(shù)量）注意同時接通的輸出點數(shù)量 一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點 數(shù)的60 5）輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān)）輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān) 與不同的負載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流 。晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際 使用中也應(yīng)注意。

11、(1)開關(guān)量輸入模塊的選擇 1)輸入信號的類型及電壓等級。 2)輸入接線方式。 3)注意同時接通的輸入點數(shù)量。 4)輸入門檻電平。 圖8-2開關(guān)量輸入模塊的接線方式 a)匯點式輸入b)分組式輸入 (2)開關(guān)量輸出模塊的選擇 1)輸出方式。 2)輸出接線方式。 3)驅(qū)動能力。 4)注意同時接通的輸出點數(shù)量。 5)輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān)。 圖8-3開關(guān)量輸出模塊的接線方式 a)分組式輸出b)分隔式輸出 2.模擬量I/O模塊的選擇 (1)模擬量輸入模塊選擇 (2)模擬量輸出模塊選擇 （A/D）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn) 生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量； (

12、D/A)模塊是將PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模 擬量信號輸出。 典型模擬量I/O模塊的量程為 等，可根據(jù)實際需要選用，同時還應(yīng)考慮其 等因素。 一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來 直接接收低電平信號（如RTD、熱電偶等信號） (1)模擬量輸入模塊選擇 1)模擬量值的輸入范圍。 2)模擬量輸入模塊的參數(shù)指標。 3)抗干擾措施。 8.2.3電源模塊及其他外設(shè)的選擇 1.智能功能I/O模塊的選擇 2.電源模塊的選擇 3.編程器的選擇 4.寫入器的選擇 8.3PLC與輸入/輸出設(shè)備的連接 8.3.1PLC與常用輸入設(shè)備的連接 8.3.2PLC與常用輸出設(shè)備的連接 8.3.1PLC與常用輸入

13、設(shè)備的連接 1. PLC與主令電器類設(shè)備的連接 2. PLC與撥碼開關(guān)的連接 3. PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器的連接 4. PLC與傳感器類設(shè)備的連接 圖8-4PLC與輸入設(shè)備的連接 圖8-5一位撥碼開關(guān)的示意圖 圖8-64位撥碼開關(guān)與PLC的連接 圖8-7旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC的連接 圖8-8PLC與兩線式傳感器的連接 8.3.2PLC與常用輸出設(shè)備的連接 1.PLC與輸出設(shè)備的一般連接方法 2. PLC與感性輸出設(shè)備的連接 3. PLC與七段LED顯示器的連接 4. PLC與輸出設(shè)備連接的其他注意事項 圖8-9PLC與輸出設(shè)備的連接 圖8-10PLC與感性輸出設(shè)備的連接 圖8-11PLC與兩位七段LE

14、D 顯示器的連接 4. PLC與輸出設(shè)備連接的其他注意事項 1)除了PLC輸入和輸出共用同一電源外，輸入公共端與輸出公 共端一般不能接在一起。 2)PLC的晶體管和晶閘管型輸出都有較大的漏電流，尤其是晶 閘管輸出，將可能會出現(xiàn)輸出設(shè)備的誤動作。 8.4提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 8.4.1輸入端的抗干擾措施 8.4.2輸出端的抗干擾措施 8.4.3電源的抗干擾措施 8.4.4系統(tǒng)接地的抗干擾措施 8.4.5外部配線的抗干擾措施 8.4.6PLC的安裝環(huán)境 8.4.1輸入端的抗干擾措施 1.防輸入信號干擾的措施 2.防感應(yīng)電壓的措施 3.光耦保護 圖8-12輸入信號抗干擾措施 a)交流輸入b

15、)直流輸入 2.防感應(yīng)電壓的措施 1)輸入信號線間的寄生電容CS1； 2)輸入信號線與其他線間的寄生電容CS2； 3)與其他線，特別是大電流線的電氣耦合M。 圖8-13感應(yīng)電壓的產(chǎn)生 圖8-14防輸入感應(yīng)電壓干擾的措施 圖8-15光耦保護電路 8.4.2輸出端的抗干擾措施 1)在感性負載的場合，PLC輸出端的抗干擾措施如圖8-10所示。 2)在開關(guān)量輸出的場合，不管是交流負載還是直流負載，可采 取圖8-16所示的抗干擾措施。 3)用旁路電阻防錯。 圖8-16開關(guān)負載的抗干擾措施 a)交流的場合b)直流的場合 圖8-17增加AC-SSR的抗干擾措施 圖8-18用旁路電阻防錯 8.4.3電源的抗干

16、擾措施 1)在PLC電源的輸入端加接隔離變壓器，由隔離變壓器的輸出 端直接向PLC供電，這樣可抑制來自電網(wǎng)的干擾。 2)在PLC電源的輸入端加接低通濾波器，可濾去來自電網(wǎng)的高 頻干擾和諧波。 圖8-19電源濾波電路 8.4.4系統(tǒng)接地的抗干擾措施 1)PLC的接地極離PLC越近越好，即接地線越短越好。 2)PLC輸入、輸出信號線采用屏蔽電纜時，其屏蔽層應(yīng)采用一 點接地，接地點應(yīng)靠近PLC這一端，另一端不接地，如圖8-21 所示。 3)接地線截面積應(yīng)大于2mm2，長度一般不超過20m，接地電阻 一般應(yīng)小于4。 4)接地線應(yīng)盡量避開強電回路和主回路的電線，不能避開時， 應(yīng)垂直相交，應(yīng)盡量縮短走線長

17、度。 圖8-20接地方法 a)專用接地b)共用接地c)共通接地(錯誤) 圖8-21屏蔽電纜的接地 8.4.5外部配線的抗干擾措施 1)開關(guān)量信號不易受外界干擾，可用普通單根導(dǎo)線傳輸。 2)數(shù)字脈沖信號頻率較高，傳輸過程中易受外界干擾，應(yīng)選用 屏蔽電纜傳輸。 3)模擬量信號是連續(xù)變化的信號，外界的各種干擾信號都會疊 加在模擬信號上面造成干擾，因此要選用屏蔽電纜或帶防護的 雙絞線。 4) 輸入、輸出信號線要與動力線分開。 5)應(yīng)盡量減小動力線與信號線平行敷設(shè)的長度，否則應(yīng)增大兩 者的距離。 6)PLC的輸入、輸出線最好單獨敷設(shè)在封閉的電纜槽架內(nèi)(線槽 外殼良好接地)。 7)對于輸入、輸出信號在30

18、0m以上的長距離場合，建議用中間 繼電器轉(zhuǎn)換信號或使用遠程I/O控制。 8.4.6PLC的安裝環(huán)境 1.環(huán)境條件對PLC的影響 2.改善環(huán)境的措施 1.環(huán)境條件對PLC的影響 (1)溫度的影響 (2)濕度的影響 (3)振動和沖擊的影響 (4)周圍空氣的影響 2.改善環(huán)境的措施 (1)防高溫的措施 (2)防低溫的措施 (3)濕度的措施 (4)防振動和沖擊的措施 (5)防周圍環(huán)境空氣不潔的措施 8.5減少I/O點數(shù)的措施 8.5.1減少輸入點數(shù)的措施 8.5.2減少輸出點數(shù)的措施 8.5.1減少輸入點數(shù)的措施 1.分組輸入 2.矩陣輸入 3.組合輸入 4.合并輸入 5.某些輸入信號可設(shè)在PLC外部

19、 將某些功能相同的開關(guān)量輸入設(shè)備合并輸入。如果是 幾個常閉觸點，則串聯(lián)輸入；如果是幾個常開觸點，則并 聯(lián)輸入。 有些輸入信號功能簡單、 涉及面很窄，有時就沒有必要 作為PLC的輸入，將它們放在 外部電路中同樣可以滿足要求。 圖8-22分組輸入 圖8-23矩陣輸入 圖8-24組合輸入 a)硬件連接圖b)梯形圖程序 圖8-25輸入信號設(shè)在PLC外部 8.5.2減少輸出點數(shù)的措施 1.矩陣輸出 2.分組輸出 3.并聯(lián)輸出 4.輸出設(shè)備多功能化 5.某些輸出設(shè)備可不進PLC 圖8-26矩陣輸出 圖8-27分組輸出 6.5 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施 PLC具有很高的可靠性，并且有很強的抗干擾能力，

20、 但在過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當(dāng)?shù)惹闆r下，都有可能 引起PLC內(nèi)部信息的破壞而導(dǎo)致控制混亂，甚至造成內(nèi)部 元件損壞。 為了提高PLC系統(tǒng)運行的可靠性，應(yīng)注意以下問題： 通常PLC允許的環(huán)境溫度約在055C。安裝時不要把 發(fā)熱量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足夠的通 風(fēng)散熱空間；不要把PLC安裝在陽光直接照射或離暖氣、 加熱器、大功率電源等發(fā)熱器件很近的場所；安裝PLC的 控制柜最好有通風(fēng)的百葉窗，如果控制柜溫度太高，應(yīng)該 在柜內(nèi)安裝風(fēng)扇強迫通風(fēng)。 PLC工作環(huán)境的空氣相對濕度一般要求小于85，以保證 PLC的絕緣性能。濕度太大也會影響模擬量輸入/輸出裝置 的精度。因此，不能將PLC

21、安裝在結(jié)露、雨淋的場所 不宜把PLC安裝在有大量污染物（如灰塵、油煙、鐵粉 等）、腐燭性氣體和可燃性氣體的場所，尤其是有腐蝕性 氣體的地方，易造成元件及印刷線路板的腐蝕。 遠離有強烈振動和沖擊場所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動 。必要時可以采取相應(yīng)措施來減輕振動和沖擊的影響。 PLC應(yīng)遠離強干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設(shè) 備和大型動力設(shè)備等，同時PLC還應(yīng)該遠離強電磁場和強 放射源，以及易產(chǎn)生強靜電的地方。 PLC的IO電路都具有濾波、隔離功能，所以對外部電源 要求不高 內(nèi)部電源的性能好壞直接影響到PLC的可靠性，對其要求 較高 在干擾較強或可靠性要求較高的場合，應(yīng)該用 ，對PLC系統(tǒng)供電。還可

22、以在隔離變壓器 二次側(cè)。同時，在安裝時還應(yīng)注意以下問 題： 1） 隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線連 接，以抑制串模干擾； 2）系統(tǒng)的動力線應(yīng)足夠粗，以降低大容量設(shè)備起動時 引起的線路壓降； 3） PLC輸入電路用外接直流電源時，最好采用穩(wěn)壓電 源，以保證正確的輸入信號。否則可能使PLC接收到錯誤 的信號。 PLC不能在高壓電器和高壓電源線附近安裝，更不能與高壓電器安 裝在同一個控制柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠離高壓電源線，二者間距離應(yīng) 大于200mm。 1) I/O線、動力線及控制線應(yīng)分開走線，盡量不要在同一線槽中。 2) 交流線與直流線、輸入線與輸出線最好分開走線。 3) 開關(guān)量與模擬量的/線最好分開走線