部分PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試

1、承德石油高等?？茖W校電氣與電子系u plc控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟u plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 u plc控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 plc控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計 plc控制系統(tǒng)的調(diào)試控制系統(tǒng)的調(diào)試任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（生任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。和產(chǎn)品質(zhì)量。plc控制系統(tǒng)是將硬件和軟件分開，著力進行軟件控制系統(tǒng)是將硬件和軟件分開，著力進行軟件的編程設(shè)計。但是，不論什么控制系統(tǒng)，在設(shè)計

2、規(guī)的編程設(shè)計。但是，不論什么控制系統(tǒng)，在設(shè)計規(guī)劃時，必須符合電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則。劃時，必須符合電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則。u plc控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟plc系統(tǒng)設(shè)計的原則與內(nèi)容系統(tǒng)設(shè)計的原則與內(nèi)容在設(shè)計在設(shè)計plc控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： （1）最大限度地滿足生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝對電氣控制的要求，這些生最大限度地滿足生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝對電氣控制的要求，這些生產(chǎn)工藝要求是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。因此在設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進產(chǎn)工藝要求是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。因此在設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查，搜集資料，并與生產(chǎn)過程有關(guān)人員、

3、機械設(shè)計人員、實際操作行調(diào)查，搜集資料，并與生產(chǎn)過程有關(guān)人員、機械設(shè)計人員、實際操作者密切配合，明確控制要求，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中者密切配合，明確控制要求，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中的各種問題，使設(shè)計成果滿足生產(chǎn)工藝要求。的各種問題，使設(shè)計成果滿足生產(chǎn)工藝要求。（2）在滿足生產(chǎn)工藝要求前提下，設(shè)計方案力求簡單、經(jīng)濟、合理，在滿足生產(chǎn)工藝要求前提下，設(shè)計方案力求簡單、經(jīng)濟、合理，不要盲目追求自動化和高指標。力求控制系統(tǒng)操作簡單、使用及維修方不要盲目追求自動化和高指標。力求控制系統(tǒng)操作簡單、使用及維修方便。便。（3）正確、合理地選用電器元件，確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作，同

4、正確、合理地選用電器元件，確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作，同時考慮技術(shù)進步、造型美觀。時考慮技術(shù)進步、造型美觀。（4）為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇控制設(shè)備時，設(shè)備能力為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇控制設(shè)備時，設(shè)備能力留有適當余量。留有適當余量。 plc系統(tǒng)設(shè)計的原則與內(nèi)容系統(tǒng)設(shè)計的原則與內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計內(nèi)容：（1）擬訂控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計任務(wù)書的形）擬訂控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計任務(wù)書的形式來確定，它是整個設(shè)計的依據(jù)。式來確定，它是整個設(shè)計的依據(jù)。（2）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)。）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)。（

5、3）選定）選定plc的型號。的型號。（4）繪制電氣原理圖及）繪制電氣原理圖及plc的輸入的輸入/輸出分配表。輸出分配表。（5）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應(yīng)的編程）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應(yīng)的編程語言（常用梯形圖）進行程序設(shè)計。語言（常用梯形圖）進行程序設(shè)計。（6）了解并遵循用戶認知心理學，重視人機界面的設(shè)計。）了解并遵循用戶認知心理學，重視人機界面的設(shè)計。（7）設(shè)計操作臺、電氣柜。）設(shè)計操作臺、電氣柜。（8）編寫設(shè)計說明書和使用說明書。）編寫設(shè)計說明書和使用說明書。 根據(jù)具體任務(wù)，上述內(nèi)容可適當調(diào)整。根據(jù)具體任務(wù)，上述內(nèi)容可適當調(diào)整。 plc控制系

6、統(tǒng)設(shè)計的一般步驟控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟1熟悉控制對象設(shè)計工藝布置圖熟悉控制對象設(shè)計工藝布置圖 2plc選型及確定硬件配制選型及確定硬件配制3設(shè)計電氣原理圖并編制材料清單設(shè)計電氣原理圖并編制材料清單 4設(shè)計控制臺（柜）設(shè)計控制臺（柜）5設(shè)計安裝所需的圖紙設(shè)計安裝所需的圖紙6編制控制程序編制控制程序7程序調(diào)試程序調(diào)試 8編制技術(shù)文件編制技術(shù)文件plc的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各有不同，使用場合令系統(tǒng)、編程方法、價格等各有不同，使用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇也各有側(cè)重。因此，合理選擇plc對于提高對于提高plc控制系統(tǒng)的技

7、術(shù)經(jīng)濟指標起著重要作用?？刂葡到y(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標起著重要作用。u plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 plc機型的選擇機型的選擇plc機型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可機型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護使用方便以及最佳的性能價格比。具體應(yīng)考慮靠、維護使用方便以及最佳的性能價格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面：以下幾方面： 1性能與任務(wù)相適應(yīng)性能與任務(wù)相適應(yīng)2結(jié)構(gòu)上合理、安裝要方便、機型上應(yīng)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)上合理、安裝要方便、機型上應(yīng)統(tǒng)一 3編程設(shè)備的選擇編程設(shè)備的選擇4是否滿足響應(yīng)時間的要求是否滿足響應(yīng)時間的要求 5對聯(lián)網(wǎng)通信功能的要求對聯(lián)網(wǎng)通信功能的要求6其他特殊要求其他特

8、殊要求plc容量估算容量估算i/o點數(shù)的確定：點數(shù)的確定：plc的的i/o點數(shù)的確定以系統(tǒng)實際的輸入輸出點數(shù)為基礎(chǔ)點數(shù)的確定以系統(tǒng)實際的輸入輸出點數(shù)為基礎(chǔ)確定。在確定。在i/o點數(shù)的確定時，應(yīng)留有適當余量。通常點數(shù)的確定時，應(yīng)留有適當余量。通常i/o點數(shù)可按實際需要的點數(shù)可按實際需要的1015%考慮余量；當考慮余量；當i/o模塊較多模塊較多時，一般按上述比例留出備用模塊。時，一般按上述比例留出備用模塊。存儲器容量的確定：存儲器容量的確定：用戶程序占用多少存儲容量與許多因素有關(guān)，如用戶程序占用多少存儲容量與許多因素有關(guān)，如i/o點數(shù)、點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序編制控制要求

9、、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序編制前只能粗略的估算。前只能粗略的估算。 i/o模塊的選擇模塊的選擇 對對plcplc來講，信號形式可分為四類：來講，信號形式可分為四類：（1 1）數(shù)字量輸入信號）數(shù)字量輸入信號 （2 2）數(shù)字量輸出信號）數(shù)字量輸出信號 （3 3）模擬量輸入信號）模擬量輸入信號 （4 4）模擬量輸出信號）模擬量輸出信號 不同的不同的i/oi/o模塊，其電路和性能不同，它直接影響模塊，其電路和性能不同，它直接影響著著plcplc的應(yīng)用范圍和價格，應(yīng)該根據(jù)實際情況合理選擇。的應(yīng)用范圍和價格，應(yīng)該根據(jù)實際情況合理選擇。 i/o模塊的選擇模塊的選擇 數(shù)字量輸入模塊的選擇數(shù)字量輸入模

10、塊的選擇選擇數(shù)字輸入模塊應(yīng)注意以下幾個方面：選擇數(shù)字輸入模塊應(yīng)注意以下幾個方面：（1）電壓的選擇）電壓的選擇（2）漏型和源型的選擇）漏型和源型的選擇 （3）同時接通的點數(shù)）同時接通的點數(shù)數(shù)字量輸出模塊的選擇數(shù)字量輸出模塊的選擇選擇數(shù)字輸出模塊應(yīng)注意以下幾個方面：選擇數(shù)字輸出模塊應(yīng)注意以下幾個方面：（1）輸出方式）輸出方式 （2）驅(qū)動能力）驅(qū)動能力（3）同時接通的點數(shù)）同時接通的點數(shù)模擬量輸入模擬量輸入/ /輸出模塊的選擇輸出模塊的選擇（1）典型模擬量模塊的量程為：）典型模擬量模塊的量程為： 10v+10v 0+10v 420ma（2）分辨率）分辨率（3）轉(zhuǎn)換精度）轉(zhuǎn)換精度（4）一些）一些plc

11、制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用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（如熱電阻來直接接收低電平信號（如熱電阻rtd、熱電偶等信號）。、熱電偶等信號）。電源模塊的選擇電源模塊的選擇電源模塊的選擇比較簡單，只需考慮輸出電流。電源模電源模塊的選擇比較簡單，只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于塊的額定輸出電流必須大于cpu模塊、模塊、i/o模塊、專用模塊、專用模塊等消耗電流的總和。模塊等消耗電流的總和。輸入輸入/ /輸出點的分配輸出點的分配plc機型及機型及輸輸入入/輸輸出（出（i/o）模）模塊選擇塊選擇完完畢畢后后:1. 設(shè)計設(shè)計plc系統(tǒng)總體配置圖。系統(tǒng)總體

12、配置圖。2. 依據(jù)工藝布置圖，參照具體的依據(jù)工藝布置圖，參照具體的plc相關(guān)說明書或手冊將相關(guān)說明書或手冊將輸入信號與輸入點、輸出控制信號與輸出點一一對應(yīng)畫出輸入信號與輸入點、輸出控制信號與輸出點一一對應(yīng)畫出i/o接線圖。接線圖。3. plc機型選擇完后輸入機型選擇完后輸入/輸出點數(shù)的多少是決定控制系統(tǒng)輸出點數(shù)的多少是決定控制系統(tǒng)價格及設(shè)計合理性的重要因素，因此在完成同樣控制功能價格及設(shè)計合理性的重要因素，因此在完成同樣控制功能的情況下可通過合理設(shè)計以簡化輸入的情況下可通過合理設(shè)計以簡化輸入/輸出點數(shù)。輸出點數(shù)。輸入輸入/ /輸出點的分配輸出點的分配輸入點的簡化輸入點的簡化1. 合并輸入合并輸

13、入 2. 分時分組輸入分時分組輸入 3. 采用撥碼開關(guān)采用撥碼開關(guān) 4. 減少多余信號的輸入減少多余信號的輸入 5. 沒有必要輸入沒有必要輸入plc的信號，可以不進入的信號，可以不進入輸入輸入/ /輸出點的分配輸出點的分配輸出點的簡化輸出點的簡化1. 負載的并聯(lián)使用負載的并聯(lián)使用 2. 接觸器輔助觸點的使用接觸器輔助觸點的使用 3. 用閃爍的方法擴展指示燈的功能用閃爍的方法擴展指示燈的功能 4. 用數(shù)碼顯示器或文本顯示器代替指示燈用數(shù)碼顯示器或文本顯示器代替指示燈 注意：注意： 不要過份去減少不要過份去減少plc的的i/0點數(shù)，而使外部點數(shù)，而使外部附加電路變得復雜，從而影響系統(tǒng)的可靠附加電路

14、變得復雜，從而影響系統(tǒng)的可靠性性 輸出點的保護輸出點的保護直流晶體管輸出的保護直流晶體管輸出的保護 : :直流晶體管輸出的普通二極管保護直流晶體管輸出的普通二極管保護直流晶體管輸出的齊納二極管保護直流晶體管輸出的齊納二極管保護輸出點的保護輸出點的保護繼電器輸出控制直流負載的保護繼電器輸出控制直流負載的保護 繼電器輸出驅(qū)動直流負載跨接電阻電容網(wǎng)絡(luò)的保護電路繼電器輸出驅(qū)動直流負載跨接電阻電容網(wǎng)絡(luò)的保護電路 輸出點的保護輸出點的保護繼電器和交流輸出控制交流電源的保護繼電器和交流輸出控制交流電源的保護繼電器或交流輸出跨接電阻電容網(wǎng)絡(luò)保護電路繼電器或交流輸出跨接電阻電容網(wǎng)絡(luò)保護電路 安全回路設(shè)計安全回路

15、設(shè)計（1）短路保護）短路保護（2）互鎖與聯(lián)鎖措施）互鎖與聯(lián)鎖措施 （3）失壓保護與緊急停車措施）失壓保護與緊急停車措施（4）極限保護）極限保護plc應(yīng)用軟件設(shè)計的內(nèi)容應(yīng)用軟件設(shè)計的內(nèi)容 1. 確定程序結(jié)構(gòu)確定程序結(jié)構(gòu)2. 定義輸入定義輸入/輸出、中間標志、定時器、計數(shù)器和數(shù)據(jù)區(qū)輸出、中間標志、定時器、計數(shù)器和數(shù)據(jù)區(qū)等參數(shù)表等參數(shù)表3. 編制程序編制程序4. 編寫程序說明書編寫程序說明書5. 文本顯示器或觸摸屏等人機界面（文本顯示器或觸摸屏等人機界面（hmi）設(shè)備及其它）設(shè)備及其它特殊功能模塊的組態(tài)。特殊功能模塊的組態(tài)。u plc控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 plc控制系統(tǒng)軟件設(shè)計步驟控

16、制系統(tǒng)軟件設(shè)計步驟 1. 熟悉被控制對象、制定設(shè)備運行方案熟悉被控制對象、制定設(shè)備運行方案 2. 熟悉編程語言和編程器熟悉編程語言和編程器 3. 定義參數(shù)表定義參數(shù)表4. 編寫程序編寫程序5. 測試程序測試程序6. 編寫程序說明書編寫程序說明書 常用基本環(huán)節(jié)編程常用基本環(huán)節(jié)編程 啟動、保持、停止控制啟動、保持、停止控制 : :常規(guī)啟保停梯形圖常規(guī)啟保停梯形圖setset、resetreset分分開開控制的控制的啟啟保停梯形保停梯形圖圖set-resetset-reset啟啟保停梯形保停梯形圖圖 常用基本環(huán)節(jié)編程常用基本環(huán)節(jié)編程 互鎖控制互鎖控制單重互鎖梯形圖單重互鎖梯形圖互鎖控制互鎖控制雙重互

17、鎖梯形圖雙重互鎖梯形圖 時間控制時間控制長延時定時器方案一長延時定時器方案一 :思想十分簡單，就是將多個定時器思想十分簡單，就是將多個定時器聯(lián)合起來使用。聯(lián)合起來使用。輸入輸入i0.0i0.0接通接通后后t37t37、t38t38各各計時半小時，計時半小時，總延時時間一總延時時間一小時為兩個定小時為兩個定時器設(shè)定值之時器設(shè)定值之和。和。長延時定時器方案一梯形圖長延時定時器方案一梯形圖 時間控制時間控制長延時定時器方案二長延時定時器方案二 :基本思想是將秒脈沖與計數(shù)器聯(lián)合基本思想是將秒脈沖與計數(shù)器聯(lián)合使用。使用。 只要設(shè)備運行，標志只要設(shè)備運行，標志m0.0就接通，計數(shù)器就接通，計數(shù)器c100每

18、秒計數(shù)每秒計數(shù)1次，次，每每60秒使分鐘計數(shù)器秒使分鐘計數(shù)器c101加加1，計數(shù)器，計數(shù)器c100自身復位，每自身復位，每60分鐘使小時計數(shù)器分鐘使小時計數(shù)器c102加加1，計數(shù)器，計數(shù)器c101自身復位，每小時自身復位，每小時使千小時計數(shù)器使千小時計數(shù)器c103加加1，計數(shù)器，計數(shù)器c102自身復位。自身復位。時間控制時間控制設(shè)備運行時間追蹤梯形圖設(shè)備運行時間追蹤梯形圖邊沿信號的檢測邊沿信號的檢測指令檢測法指令檢測法 :例如例如|p|、|n|、difu、difd程序檢測法程序檢測法 ： 抗電源干擾的措施抗電源干擾的措施 ：1. 采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾采用性能優(yōu)良的電源，抑制電

19、網(wǎng)引入的干擾 2. 硬件濾波措施硬件濾波措施 3. 正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)濾波器和隔離變壓器同時使用濾波器和隔離變壓器同時使用 plc控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計控制系統(tǒng)的接地設(shè)計控制系統(tǒng)的接地設(shè)計在設(shè)計在設(shè)計plc系統(tǒng)接地時，應(yīng)注意以下幾點：系統(tǒng)接地時，應(yīng)注意以下幾點： 1. 接地線應(yīng)盡量粗，一般用大于接地線應(yīng)盡量粗，一般用大于1.5mm2的接地線；的接地線； 2. 接地點應(yīng)盡量靠近控制器，一般不大于接地點應(yīng)盡量靠近控制器，一般不大于50米；米； 3. 接地線應(yīng)盡量避開強電回路和主回路，不能避開時，接地線應(yīng)盡量避開強電回路和主回路，不能避開時

20、，應(yīng)垂直相交。應(yīng)垂直相交。 抗抗i/oi/o干擾設(shè)計干擾設(shè)計 1從抗干擾角度選擇從抗干擾角度選擇i/o模塊模塊 i/o模塊的選擇一般要模塊的選擇一般要考慮以下因素：考慮以下因素：（1）輸入輸出信號與內(nèi)部回路隔離的模塊比非隔離）輸入輸出信號與內(nèi)部回路隔離的模塊比非隔離的模塊抗干擾性能好；的模塊抗干擾性能好；（2）晶體管等無觸點輸出的模塊比有觸點輸出的模）晶體管等無觸點輸出的模塊比有觸點輸出的模塊在控制器側(cè)產(chǎn)生的干擾小；塊在控制器側(cè)產(chǎn)生的干擾小；（3）輸入模塊允許的輸入信號）輸入模塊允許的輸入信號on/off電壓差大，電壓差大，抗干擾性能好；抗干擾性能好；off電壓高，對抗感應(yīng)電壓干擾是有電壓高，

21、對抗感應(yīng)電壓干擾是有利的；利的；（4）輸入信號響應(yīng)慢的輸入模塊抗干擾性能好。）輸入信號響應(yīng)慢的輸入模塊抗干擾性能好。2安裝與布線時注意：安裝與布線時注意：（1）動力線、控制線以及plc的電源線和i/o線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與plc和i/o之間應(yīng)采用雙絞線連接。將plc的i/o線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內(nèi)，可加隔板，分槽走線最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，并能將干擾降到最低限度。（2）plc應(yīng)遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)plc應(yīng)遠離動力線（二者之間距離應(yīng)大于200mm）。與plc裝在同一個柜子內(nèi)的電感性負載

22、，如功率較大的繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)rc電路。（3）plc的輸入與輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。（4）交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠離高壓線和動力線，避免并行。 3考慮考慮i/o端的接線：端的接線：（1）輸入接線一般不要太長，但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。 輸入/輸出線要分開。盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。但急停、限位保護等情況例外。（2）輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出，在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。