電氣控制與PLC-第7章ppt課件(全)

1、第七章 可編程控器的應用系統(tǒng)設計 7.1 應用系統(tǒng)設計步驟 7.2 PLC應用系統(tǒng)的硬件設計 7.3 節(jié)省PLC I/O點數(shù)的方法 7.4 應用實例 本章小結 習題與思考題 可編程控器由于具有高可靠性和應用的簡便性，目前已廣泛應用于機械制造、冶金、化工、水泥、汽車和輕工業(yè)。特別是在許多新建項目和設備的技術改造中，常常采用PLC作為控制裝置。 7.1 應用系統(tǒng)設計步驟 PLC應用系統(tǒng)設計的基本原則 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)生產(chǎn)設備或生產(chǎn)過程的控制要求和工藝需要，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，在設計PLC應用系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則： 1. 充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對象的控制

2、要求。 2. 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便。 3. 保證控制系統(tǒng)安全、可靠。 4. 考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇PLC的型號、I/O點數(shù)和內(nèi)存容量等內(nèi)容時，應適當?shù)亓粲杏嗔?，以滿足以后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝改進的需要。 712 PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟 設計PLC應用系統(tǒng)時，首先是進行PLC的應用系統(tǒng)的功能設計，即根據(jù)被控對象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件；然后進行PLC應用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結構形式，控制信號的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局；最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結果，具體確定PLC的機型和系統(tǒng)

3、的具體配置。 PLC控制系統(tǒng)設計可以按以下步驟進行： 1熟悉被控對象及制定方案 首先向有關工藝、機械設計人員和操作維修人員詳細了解被控設備的工作原理、工藝流程、機械結構和操作方法，了解工藝過程和機械運動與電氣執(zhí)行元件之間的關系和對控制系統(tǒng)的要求，了解設備運動要求、運動方式和步驟，在此基礎上確定被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求，畫出被控對象的工藝流程圖，歸納出電氣執(zhí)行元件的動作節(jié)拍表（工作步驟）。 2確定I/O設備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需要的輸入設備的數(shù)量及種類（如按鈕、開關和傳感器），明確各輸入信號的特點（如開關量、模擬量、直流、交流、電壓等級和信號幅度等），確定系統(tǒng)的輸出設備的數(shù)

4、量及種類（如接觸器、電磁閥和信號燈等），明確這些設備對控制信號的要求（如電壓和電流的大小、直流、交流、電壓等級、開關量和模 擬量等），據(jù)此確定PLC的I/O設備的類型及數(shù)量。 3選擇PLC 選擇時主要包括PLC機型、容量、I/0模塊、電源的選擇。 4分配PLC的I/O地址 根據(jù)已確定的I/0設備和選定的可編程控器，列出I/0設備與PLC I/0點的地址對照表，以便繪制PLC外部I/0接線圖和編制程序。 5設計軟件及硬件 進行PLC程序設計，進行控制柜（臺）等硬件的設計及現(xiàn)場施工。由于程序與硬件設計可同進行，因此PLC控制系統(tǒng)的設計周期可顯著縮短，而對于繼電器系統(tǒng)，必須先設計出全部的電氣控制線路

5、后才能進行施工設計。 其中，PLC程序設計的一般步驟如下： 1）較復雜系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)的順序控制功能圖；對于簡單的控制系統(tǒng)，可省去這一步。 2）設計梯形圖程序。 3）根據(jù)梯形圖編寫指令表程序清單。 4）對程序進行模擬調(diào)試及修改，直到滿足控制要求為止。在調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器或編程軟件的監(jiān)控功能。 其中，硬件設計及現(xiàn)場施工的步驟如下： 1）設計控制柜及操作面板電器布置圖及安裝接線圖。 2）設計控制系統(tǒng)各部分的電氣連接圖。 3）根據(jù)圖樣進行現(xiàn)場接線，并檢查。 6調(diào)試 調(diào)試包括模擬調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試。 1）模擬調(diào)試。根據(jù)I/O模塊指示燈的顯示，不帶輸出設備進行調(diào)試。首先要逐條進

6、行檢查和驗證，改正程序設計中的邏輯、語法、數(shù)據(jù)錯誤或輸入過程的按鍵及傳輸錯誤，觀察在可能的情況下各個輸入量、輸出量之間的變化關系是否符合設計要求。發(fā)現(xiàn)問題及時修改設計，直到完全滿足工作循環(huán)或狀態(tài)圖的要求。 2）聯(lián)機調(diào)試。分2步進行，首先連接電氣柜，先帶上輸出設備（如接觸器線圈和信號指示燈等），不帶負載（如電動機和電磁閥等），利用編程器或編程軟件的監(jiān)控功能，采用分段調(diào)試的方法進行，檢查各輸出設備的工作情況。待各部分調(diào)試正常后，再帶上負載運行進行調(diào)試。如不符合要求，則對硬件和程序進行調(diào)整，直到完全滿足設計要求為止。 全部調(diào)試完成后，還要經(jīng)過一段時間的試運行 ，以檢驗系統(tǒng)的可靠性。如果工作正常，程序

7、不需要修改，應將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。 7整理技術檔案 包括設計說明書、電器元器件明細表、電氣原理圖和接線圖及安裝圖、狀態(tài)表、梯形圖及軟件數(shù)據(jù)和使用說明書等。 7.2 PLC應用系統(tǒng)的硬件設計 隨著PLC技術的發(fā)展，PLC的應用領域越來越廣泛，PLC產(chǎn)品的種類越來越多，其結構、功能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法和價格等均不相同，適用的場所也各有側重。因此，合理選擇PLC控制系統(tǒng)的技術和性價比具有重要的意義。 下面從PLC的機型選擇、容量選擇、I/O模塊選擇和電源模塊選擇等方面分別加以介紹。 721 PLC的選型 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，具有最

8、佳的性能價格比，并具有一定的先進性和良好的售后服務。 1結構合理 整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小，硬件配置不如模塊式靈活，所以一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴展靈活方便，I/O點數(shù)量、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)比例和I/O模塊的種類等方面，選擇余地較大，維修時只需更換模塊，判斷故障的范圍簡單，排除故障時間較短。因此，模塊式PLC一般適用于較復雜系統(tǒng)和環(huán)境差的場合。 2安裝方式 根據(jù)PLC的安裝方式，系統(tǒng)分為集中式、遠程I/O式和多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設置驅(qū)動遠程I/O硬件，系統(tǒng)反應快、成本低；大型系統(tǒng) 常采用遠程I

9、/O式，因為它們的裝置分布范圍很廣，遠程I/O可以分散安裝在I/O裝置附近，I/O連線比集中式的短，但需要增設驅(qū)動器和遠程I/O電源；多臺聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通信模塊。 3功能合理 對于只需要開關量控制的設備，一般選用具有邏輯運算、定時和計數(shù)等功能的小型（低檔）PLC。 對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用帶A/D和D/A單元，具有加減算術運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔PLC。 對于控制較復雜、控制功能要求高的項目，如要求實現(xiàn)PID運算、循環(huán)控制和通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔P

10、LC。 對于控制較復雜、控制功能要求高的項目，如要求實現(xiàn)PID運算、循環(huán)控制和通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價格較貴，一般大型機主要用于大規(guī)模過程控制、集散控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化控制等場合。 4響應速度 PLC輸入信號與相應的輸出信號之間由于掃描工作方式引起的延遲時間可達23個掃描周期。對于大多數(shù)以開關量控制為主的應用場合來說，PLC的響應速度一般都可以滿足要求，不必給予特殊的考慮。然而對于模擬量控制的系統(tǒng)，特別是具有較多循環(huán)控制的系統(tǒng)，則必須考慮PLC的響應速度。為了減少PLC的I/O響應的延遲時間，可選用掃描速度高的PLC，或選用

11、具有高速I/O處理功能指令的PLC，或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的PLC等。 5系統(tǒng)的可靠性 對于一般系統(tǒng)，PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)應考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 6機型統(tǒng)一 當企業(yè)使用PLC較多的時候，為了提高經(jīng)濟效益，合理利用有效資源和管理方便，應盡量做到PLC的機型統(tǒng)一。 1）同一機型的PLC，其編程方法相同，有利于技術力量的培訓、技術水準的和功能的開發(fā)。 2）同一機型的PLC，其模塊可互為備用，便于備品、備件的采購和管理。 3）同一機型的PLC，其外圍設備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成1個多級分布式控制系統(tǒng)，便于集中管理。

12、 722 PLC的容量確定 PLC的容量包括I/O點數(shù)和用戶存儲容量2個方面。 1I/O點數(shù) 由于PLC的I/O點的價格目前比較高，因此應該合理選用PLC的I/O點數(shù)，在滿足控制要求的前提下力爭使I/O點最少。根據(jù)被控制對象的I/O信號的實際需要，在實際統(tǒng)計出I/O點數(shù)的基礎上預留下10%15%的備用量，以便以后調(diào)整或擴充。 2存儲容量 內(nèi)存是存放程序和數(shù)據(jù)的地方，它應包括內(nèi)存的最大容量、可擴展性和內(nèi)存的種類（RAM、EPROM、E2PROM）。內(nèi)存擴展性和種類的多少體現(xiàn)了系統(tǒng)構成的方便性和靈活性。PLC的用戶程序內(nèi)存容量以步為單位。 一般可按下式估算，再按實際需要留適當?shù)男畔⒘浚?0%30%

13、）來選擇。 存儲容量=開關量I/O點總數(shù)10+模擬量通道數(shù)100 絕大部分PLC均能滿足上式要求。應當注意的是：當控制系統(tǒng)較復雜、數(shù)據(jù)處理量較大時，可能會出現(xiàn)內(nèi)存容量不夠的問題，這時應特殊對待。 723 I/O模塊的選擇 一般I/O模塊的價格占PLC價格的一半以上。不同的I/O模塊，其電路及功能也不同，直接影響PLC的應用范圍和價格。 下面主要以開關量I/O模塊的選擇作為重點進行介紹。 1開關量輸入模塊的選擇 PLC的輸入模塊是用來檢測接收現(xiàn)場輸入設備的信號，并將輸入的信號轉換為PLC內(nèi)部能夠接收的欠電壓信號。 1) 輸入信號的類型及電壓等級的選擇。常用的開關量輸入模塊的信號類型有直流輸入 、

14、交流輸入和交流/直流輸入3種。選擇時一般根據(jù)現(xiàn)場輸入信號及周圍環(huán)境來考慮。 交流輸入模塊接觸可靠，適用于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下；直流輸入模塊的延遲時間短，還可以直接與接近開關和光電開關等電子輸入設備連接。 PLC的開關輸入模塊按輸入信號的電壓大小分類有：DC5V、DC24V、DC48V和DC60V等；AC110V和AC220V等。選擇時應根據(jù)現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離考慮。 一般5V、12V、24V用于傳輸距離較近的場合，如5V的輸入模塊最遠不得超過10m。距離較遠的場合應選用電壓等級較高的模塊。圖7-1 輸入的接線方式a） 匯點式輸入 b）分組式輸入 匯點式輸入模塊的所有輸入點只共享

15、1個公共端，而分組式輸入模塊是將輸入點分成若干組，每組（幾個輸入點）共享1個公共端COM，各組之間是分隔的。分組式輸入的每點平均價格較高。如果輸入信號之間不需要分開，應選用匯式。 3) 同時接通的輸入點數(shù)。對于選用高密度的輸入模塊（如32點和96點等），應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%。 2開關量輸出模塊的選擇 輸出模塊是將PLC內(nèi)部欠電壓信號轉換為外部輸出設備所需的驅(qū)動信號。選擇時主要應考慮負載電壓的種類和大小，系統(tǒng)對延遲時間的要求和負載狀態(tài)變化是否頻繁等。 1) 輸出方式的選擇。開關量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出3種輸出方式。 繼電器輸出的價格便宜，既

16、可以用于驅(qū)動交流負載，又可用于驅(qū)動直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強。繼電器屬于有觸點元器件，其動作速度較慢、壽命短、可靠性較差，因此只能適用于不頻繁通斷的場合。當用于驅(qū)動感性負載時，其觸點動作頻率不超過1Hz。 對于頻繁通斷的負載，應該選用雙向晶閘管輸出或晶體管輸出。雙向晶閘管和晶體管屬于無觸點元器件，雙向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) 輸出接線方式的選擇。按PLC的輸出接線方式的不同，一般有分組式輸出和分隔式輸出2種，如圖7-2所示。圖7-2 輸出的接線方式a）分組式輸出 b）分隔式輸出 分組式輸出是幾個

17、輸出點為1組，共享1個輸出端，各組之間是分隔的，可分別使用不同的電源；分隔式輸出的每個輸出點有1個公共端，各輸出點之間相互隔離，每個輸出點可使用不同的電源。輸出接線方式主要應根據(jù)系統(tǒng)負載的電源種類的胸少而定，一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。 3) 輸出電流的選擇。輸出模塊的輸出電流（驅(qū)動能力）必須大于負載的額定電流。用戶應根據(jù)實際負載電流的大小選擇模塊的輸出電流。如果實際負載電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。 4) 同時接通的輸出點數(shù)量。選擇輸出模塊時，還應考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值。如1個220V/2

18、A的確10點輸出模塊，每個輸出點可以通過2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流不是20A（102A），通常要比此值小得多。一般來說，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) 輸出的最大負載電流。輸出的最大負載電流與負載類型和環(huán)境溫度等因素有關，表7-1為FX系列PLC的輸出技術指標，它與不同的負載密切相關。另外，雙向晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度的升高會降低，在實際使用中也應注意。 3模擬量輸入模塊的選擇 模擬量輸入模塊的選擇主要考慮模擬量值的輸入范圍、轉換精度、采樣時間、輸入信號的連接方式和抗干擾能力等。 4模擬量輸出模塊的選擇 模擬量輸出模塊的選擇主要考慮模擬量輸出范圍、輸

19、出形式（電流、電壓）和對負載的要求等。 5通信模塊的選擇 通信模塊的選擇主要考慮通信協(xié)議、通信速率、通信模塊所能連接的設備、系統(tǒng)的自診斷能力和應用軟件編制方法等。 其它各模塊可根據(jù)系統(tǒng)需要翻閱手冊，查找相應的參數(shù)和要求。 7.3 節(jié)省PLC I/O點數(shù)的方法 在實際應用中，PLC經(jīng)常會遇到2個問題：一是PLC的I/O點數(shù)不夠，需要擴展，然而PLC的每個I/O點平均價格在數(shù)十元以上，增加擴展單元將提高成本；二是選定的PLC可擴展輸入或輸出點數(shù)有限，無法再增加。因此，在滿足系統(tǒng)控制要求的前提下，合理使用I/O點數(shù)，盡量減少所需的I/O點數(shù)是很有意義的，不僅可以降低系統(tǒng)硬件成本，而且還可以解決已使用

20、的PLC進行再擴展時I/O點數(shù)不夠的問題。 減少輸入點數(shù)的方法 從表面上看，PLC的輸入點數(shù)是按系統(tǒng)的輸入設備或輸入信號的數(shù)量來確定的，但實際應用中，經(jīng)常通過以下方法，可達到減少PLC輸入點數(shù)的目的。 1分時分組輸入 一般控制系統(tǒng)都存在多種工作方式，但各種工作方式又不可能同時運行。所以，可將這幾種工作方式分別使用的輸入信號分成若干組，PLC運行時只會用到其中的1組信號。因此，各組輸入可共享PLC的輸入點，這樣就使所需的PLC輸入點數(shù)減少。 如圖7-3所示，系統(tǒng)有“自動”和“手動”2種工作方式。將2種工作方式分別使用的輸入信號分成2組：“自動”信號S1S8、“手動”輸入信號Q1Q8。2組輸入信號

21、共享PLC輸入點X0X7（如S1與Q1共享PLC輸入點X0）。用“工作方式”選擇開關SA來切換“自動”和“手動”信號輸入電路，并通過X10讓PLC識別是“自動”信號，還是“手動”信號，從而執(zhí)行“自動”程序或“手動”程序。 圖中的二極管是為了防止出現(xiàn)寄生電路，產(chǎn)生錯誤輸入信號而設置的。假設圖中沒有這些二極管，當系統(tǒng)處于“自動”狀態(tài)時，若S1閉合，S2斷開，雖然Q1、Q2閉合，本應該是X0有輸入，而X1沒有輸入，但由于沒有二極管隔離，電流從X0流出，經(jīng)Q2、Q1、S1、COM形成寄生回路，使輸入繼電器X1錯誤地接通。因此，必須串入二極管切斷寄生回路，避免錯誤輸入信號的產(chǎn)生。 2輸入觸點的合并 將某

22、些功能相同的開關量輸入設備合并輸入。如果是常閉觸點則串聯(lián)輸入，如果是常開觸點則并聯(lián)輸入，這樣就只占用PLC的1個輸入點。一些保護電路和報警電路就常常采用這種輸入方法。 例如，某負載可在多處啟動和停止，可以將3個啟動信號并聯(lián)，將3個停止信號串聯(lián)，分別送給PLC的2個輸入點，如圖7-4所示。與每個啟動信號和停止信號占用1個輸入點的方法相比，不僅節(jié)省了輸入點，還簡化了梯形圖電路。圖7-3 分時分組輸入 圖7-4 輸入觸點合并 3將信號設置在PLC之外 系統(tǒng)中的某些輸入信號功能簡單、涉及面很窄，如手動操作按鈕和電動機保護的熱繼電器觸點等，有時就沒有必要作為PLC輸入，將它們放在外部電路中同樣可以滿足要

23、求。如果外部硬件聯(lián)鎖電路過于復雜，則應考慮仍將有關信號送入PLC中，用梯形圖實現(xiàn)聯(lián)鎖，如圖7-5所示。圖7-5 輸入信號在PLC外部 圖7-6 矩陣輸出 732 減少輸出點數(shù)的方法 1矩陣輸出 圖7-6中采用8個輸出組成44矩陣，可接16個輸出設備。要使某個負載接通工作，只要控制它所在行與列對應的輸出繼電器接通即可。要使負載KM1得電，必須控制Y0和Y4輸出接通。因此，在程序中要使某一負載工作，均要使其對應的行與列輸出繼電器都要接通。這樣用8個輸出點就可控制16個不同控制要求的負載。 應該特別注意：當只有某一行對應的輸出繼電器接通，各列對應的輸出繼電器才可任意接通，或者當只有某一列對應的輸出繼

24、電器接通，各得對應的輸出繼電器才可任意接通，否則將會出現(xiàn)錯誤接通負載。因此，采用矩陣輸出時，必須要將同一時間段接通的負載安排在同一行或同一列中，否則無法控制。 2分組輸出 當2組負載不會同時工作時，可通過外部轉換開關或通過受PLC控制的電器觸點進行切換，這樣PLC的每個輸出點可以控制2個不同時工作的負載，如圖7-7所示。KM1、KM3、KM5與KM2、KM4、KM6這2個組不會同時接通，可用外部轉換開關SA進行切換。 3并聯(lián)輸出 當2個負載的通斷狀態(tài)完全相同時，可并聯(lián)后共享PLC的1個輸出點。但要注意，當PLC輸出點同時驅(qū)動多個負載時，應考慮PLC點數(shù)是否有足夠的驅(qū)動能力。圖7-7 分組輸出

25、4留有余量 在設計中對I/O點的安排應有一定的余量。當現(xiàn)場生產(chǎn)過程需要修改控制方案時，可使用備用的I/O點。當I/O模塊中某1點損壞時，也可使用備用點，并在程序中進行相應修改。 5負載多功能化 負載多功能化是指用1個負載實現(xiàn)多種用途。例如，在傳統(tǒng)的繼電器電路中，1個指示燈只指示1種狀態(tài)。而在PLC系統(tǒng)中，利用PLC編程功能，很容易實現(xiàn)用1個輸出點控制指示燈的常亮和閃爍，這樣1個指示燈就可表示2種不同的信息，從而節(jié)省了輸出點數(shù)。 733 PLC應用中的問題 1對PLC的某些輸入信號的處理圖7-8 兩線式傳感器輸入的處理 圖7-9 感性輸入/輸出的 a）支流感性負載 b）容性負載 1）當PLC輸入

26、設備采用兩線式傳感器（如接近開關等）時，它們的漏電流較大，可能會出現(xiàn)錯誤的輸入信號，為了避免這種現(xiàn)象，可在輸入端并聯(lián)旁路電阻R，如圖7-8所示。 2）如果PLC輸入信號由晶體管提供，則要求晶體管的截止電阻應大于10k，導通電阻應小于800。 2PLC的安全保護 1) 短路保護。當PLC輸出控制的負載短路時，為了避免PLC內(nèi)部的輸出元器件損壞，應該在PLC輸出的負載回路中加裝熔斷器，進行短路保護。 2) 感性輸入/輸出的處理。PLC的輸入端輸出端常接有感性元器件。如果是直流電感性負載，應在電感性負載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管；若是交流電感性負載，則應在其兩端并聯(lián)阻容吸收回路，從而抑制電路斷開時產(chǎn)生的電弧

27、對PLC內(nèi)部I/O元器件的影響，如圖7-9所示。圖中的電阻值可取50120；電容值可取0.10.47uF，電容的額定電壓應大于電源的峰值電壓；續(xù)流二極管可選用額定電流為1A、額定電壓大于電源電壓的23倍。 3) 供電系統(tǒng)的保護?？删幊炭仄饕话愣际褂檬须姡?20V，50Hz），電網(wǎng)的沖擊頻率的波動將直接影響到實時控制系統(tǒng)的精度和可靠性。電網(wǎng)的瞬間變化可產(chǎn)生一定的干擾，并傳播到可編程控器系統(tǒng)中，電網(wǎng)的沖擊甚至會給整個系統(tǒng)帶來毀滅性的破壞。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能，在可編程控器供電系統(tǒng)中一般可采取隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、UPS電源和晶體管開關電源等措施。 (1）隔離變壓器的一次（側）和二次（

28、側）之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或銅等非導磁材料繞成。一次（側）和二次（側）間的靜電屏蔽層與一次（側）和二次（側）間的零電位線相接，再用電容耦合接地?？删幊炭仄鞴╇娤到y(tǒng)采用隔離變壓器后，可以隔離掉供電電源中的各種干擾信號，從而提高系統(tǒng)的抗干擾性能。 (2）為了抑制電網(wǎng)電壓的起伏，可編程控器系統(tǒng)中設置有交流穩(wěn)壓器。在選擇交流穩(wěn)壓器時，其容量要留有余量，余量一般可按實際最大需求容量的30%計算。這樣，一方面可充分保證交流穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓特性，另一方面有助于其可靠工作。在實際應用中，有些可編程控制器對電源電壓的波動具有較強的適應性，此時為了減少開支，也可不采用交流穩(wěn)壓器。 (3）在一些實時控制中，系統(tǒng)的

29、突然斷電會造成較嚴重的后果，此時就要在供電系統(tǒng)中加入UPS電源供電，可編程控器的應用軟件可進行一定的斷電處理，使生產(chǎn)設備處于安全狀態(tài)。在選擇UPS電源時，也要注意所需的功率容量。 4）晶體管開關電源用調(diào)節(jié)脈沖寬度的辦法調(diào)整直流電壓。這種開關電源在電網(wǎng)或其它外加電源電壓變化很大時，對其輸出電壓并沒有多大影響，從而提高了系統(tǒng)抗干擾能力。 3PLC系統(tǒng)的接地要求 如果接地方式不好，就會形成環(huán)路，造成噪聲耦合。接地設計有2個基本目的：消除各電路電流流經(jīng)公共地線阻抗所產(chǎn)生的噪聲電壓和避免磁場與電位差的影響，使其不形成地環(huán)路。在實際控制系統(tǒng)中，接地是抑制干擾的主要方法。在設計過程中，如能把接地和屏蔽正確地

30、結合使用，可以解決大部分干擾問題。 1) 接地的要求。為保證接地質(zhì)量，接地應達到如下要求： (1)接地應在要求的范圍內(nèi)。對于可編程控器組成的控制系統(tǒng)，接地電阻一般應小于4。 (2)要保證足夠的機械強度。 (3)要采取防腐蝕措施，進行防腐處理。 (4)在整個工廠中，可編程控器組成的控制系統(tǒng)要單獨設計接地。 (2) 接地的種類。在可編程控制器組成的控制系統(tǒng)中，大致有以下幾種地線： （1）數(shù)字地。這種地也叫邏輯地，是各種開關量（數(shù)字量）信號的零電位。 (2)模擬地。這種地是各種模擬量信號的零電位。 (3)信號地。這種地通常是指傳感器的地。 (4)交流地。這種地是交流供電電源的地線。 (5)直流地。這

31、種地是直流供電電源的地線。 (6)屏蔽地（也叫機殼地）。這種地是為防止靜電感應而設。 如何處理以上這些地線是可編程控制器系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試中的1個重要問題。 3) 接地的處理方法。正確接地是重要而又復雜的問題，理想的情況是1個系統(tǒng)的所有接地點與大地之間阻抗為零，但這是難以做到的。在實際接地中，總存在著連接阻抗和分散電容，所以如果地線不佳或接地點不當，都會影響接地質(zhì)量。 PLC一般最好單獨接地，與其他設備分別使用各自的接地裝置（見圖7-10a），也可以采用公共接地（見圖7-10b），但禁止使用串聯(lián)接地方式（見圖7-10c）。另外，PLC的接地線應盡量短，使接地點盡量靠近PLC。同時，接地線的截

32、面應大于2mm2。圖7-10 PLC接地a）分別接地 b）公共接地 c）串聯(lián)接地 7.4應用實例 可編程控器因其具有可靠性高和應用復合等特點而在國內(nèi)外迅速普及和應用。復雜設備的電氣控制柜正在被可編程控器所替代，PLC從替代繼電器的局部范圍進入到過程控制、位置控制和通信網(wǎng)路等領域。 本節(jié)將結合典型的實例來介紹PLC在邏輯系統(tǒng)中的應用。 在工業(yè)自動生產(chǎn)線中的應用 1.輸送機分檢大小球的PLC控制裝置 1）控制要求。圖7-11所示為大、小球自動分檢裝置示意圖。其工作過程如下：圖7-11 大、小球自動分檢裝置示意圖 (1)當輸送機處于起始位置時，上限位SQ3開關和左限位SQ1被壓下，極限SQ斷開。 (

33、2)起動裝置后，操作桿下行，一直到極限開關SQ閉合。此時，操作桿下端的吸盤若碰到的是大球，則下限位開關SQ2仍為斷開狀態(tài)，若碰到的是小球，則下限位開關SQ2為閉合狀態(tài)。 (3)接通控制吸盤電磁閥Y1的線圈。 (4)假設吸盤吸起小球，則操作桿向上行，碰到上限位開關SQ3后，操作桿向右行，碰到右限位開關SQ4（小球的右限位開關）后，再向下行，碰到下限位開關SQ2后，將小球釋放到小球箱里，然后返回到原位。 (5)如果起動裝置后，操作桿下行一直到SQ閉合后，下限位開關SQ2仍為斷開狀態(tài)，則吸起的是大球，操作桿右行碰到右限位開關SQ5（大球的右限位開關）后，將大球釋放到大球箱里，然后返回到原位。圖7-1

34、2 I/O地址分配圖 3）順序控制功能圖的設計。自動分檢控制STL順序控制功能圖如圖7-13所示。人檢裝置自動控制過程如下：圖中M8002產(chǎn)生初始脈沖，使狀態(tài)繼電器S20S30均復位，再將初始狀態(tài)繼電器S0置位。此時，操作桿在最上端上限位開關SQ3（X3）接通，最左端左限位開關SQ1（X1）接通，并且吸盤電磁閥Y1的線圈斷開。狀態(tài)由S0轉移到S20，下行繼電器Y0通電，使操作桿向下移動，直至極限開關SQ（X0）閉合上，進入選擇順序2個分支電路。 此時，吸盤吸起的是大球，則下限位開關SQ2（X2）的常開觸點仍為斷開狀態(tài)，而常閉觸點閉合，S20狀態(tài)轉移到S24；如果吸盤吸起的是小球，則下限位開關S

35、Q2（X2）的常開觸點閉合，S20狀態(tài)轉移到S21。圖7-13 自動分檢控制STL順序控制功能圖 當狀態(tài)轉移到S21后，吸盤電磁閥Y1被置位，其線圈通電吸起小球，并同時啟動時間繼電器T0；延時1s后，狀態(tài)轉移到S22，使上行繼電器Y2通電，操作桿上行，直到壓下上限位開關SQ3（X3），狀態(tài)轉移到S23，右行繼電器Y3通電，使操作桿右行，直到壓下小球右限位開關SQ4（X4），狀態(tài)轉移到S27，使下行繼電器Y0通電，操作桿下行，直到壓下下限位開關SQ2（X2），狀態(tài)轉移到S28，使得吸盤電磁閥Y1復位，將小球釋放在小球箱內(nèi)，其動作時間由T1控制；延時1s后，狀態(tài)轉移到S29，使得上行繼電器Y2通電

36、，使操作桿上行，壓下上限位開關SQ3（X3）后，狀態(tài)轉移到S30，使左行繼電器Y4通電，操作桿左行，直到壓下左限位開關SQ1（X1）后，操作桿返回到初始狀態(tài)S0。系統(tǒng)中大球的檢出過程和小球的檢出過程相同。圖7-14 大、小球分檢控制系統(tǒng)梯形圖5）編寫指令語句表程序。大、小球分檢控制系統(tǒng)的指令語句表見表7-2。 4）梯形圖設計。圖7-14所示為大、小球分檢控制系統(tǒng)梯形圖。圖7-15 某原料帶式運輸機示意圖 2帶式運輸機的PLC控制 帶式運輸機廣泛地用于冶金、化工、機械、煤礦和建材等工業(yè)生產(chǎn)中。圖7-15所示為某原村料帶式運輸機的示意圖。原材料從料斗經(jīng)過1號、2號2臺運輸帶送出，電磁閥M0控制從料

37、斗向1號運輸帶供料，1號運輸帶和2號運輸帶分別由電動機M1和M2控制。 1）控制要求 (1)初始狀態(tài)。料斗、1號運輸帶和2號運輸帶全部處于關閉狀態(tài)。 (2)起動操作。起動時為了避免在前段運輸帶上造成物料堆積，要求逆運料方向按一定的時間間隔順序起動。其操作步驟如下：2號運輸帶延時5s1號運輸帶延時5s料斗 (3)停止操作。停止時為了使運輸帶上不留剩余的物料，要求順物料流動的方向按一定的時間間隔順序停止。其停止的順序如下：料斗延時10s1號運輸帶延時10s2號運輸帶 (4)故障停止。在帶式運輸機的運行中，若1號運輸帶超載，應把料斗和1號運輸帶同時關閉，2號運輸帶應在1號運輸帶停止10s后停止；若2

38、號運輸帶載載，應把1號運輸帶、2號運輸帶和料斗都關閉。 (5)要求采用FX系列PLC實現(xiàn)控制。 2）I/O地址分配。I/O地址分配見表7-3。 3）程序設計 和步進指令根據(jù)帶式運輸機控制要求設計的順序控制功能圖如圖7-16所示。圖7-16 帶式運輸機的PLC順序控制功能圖圖7-17 帶式運輸機的PLC梯形圖 (2)PLC梯形圖如圖7-17所示。 4）編寫指令語句表程序。帶式運輸機PLC控制的指令語句表見表7-4。在交通信號系統(tǒng)中的應用 十字路口交通指揮信號燈是按時間順序動作的控制系統(tǒng)，在工業(yè)控制系統(tǒng)中這類系統(tǒng)也比較多。通過對其控制系統(tǒng)的設計，可以掌握時序控制環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的設計方法。 1.十字路口

39、交通指揮信號燈控制要求 1） 正常情況下，信號燈系統(tǒng)開始工作時，先南北方向紅燈亮30s，東西方向綠燈常亮25 s、閃亮3s（1s內(nèi)通0.5s、斷0.5s），然后東西方向黃燈亮2s，30s后東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮和黃燈停，即周期時間為60s，南北和東西采取對稱接法（有些路口根據(jù)流量的不同采取非對稱接法，即同一方向的通行時間和停止時間不對稱）。 3）東西方向出現(xiàn)緊急情況時，東西方向綠燈常亮，而南北方向紅燈常亮。 4）夜間情況下，東西與南北方向均只有黃燈閃亮（1s內(nèi)通0.5s、斷0.5s）。 2I/O電路設計 在對其控制程序進行設計之前，必須先對PLC的I/O電路進行設計。根據(jù)系統(tǒng)的情況，I

40、/O電路如圖7-18所示。 3利用經(jīng)驗設計法進行梯形圖設計 1）繪制正常運行時Y0Y5的通斷規(guī)律（波形）圖。根據(jù)控制要求，可畫出正常運行情況下Y0Y5的通斷關系，如圖7-19所示。圖7-18 I/O電路圖 圖7-19 Y0Y5的通斷規(guī)律 2）正常運行梯形圖設計。先設計出如圖7-20所示的延時環(huán)節(jié)梯形圖，圖中M100代表正常運行狀態(tài)；T0為60s脈沖，每60s接通1次后立即斷開；T1T5也都是60s脈沖，但通斷的時間各不相同；T6為1s時鐘脈沖。對圖7-20分析后，可畫出T0T5的波形，如圖7-21所示。圖7-20 延時環(huán)節(jié)梯形圖 圖7-21 T0T5波形圖 不難看出，T3的波形正好與Y0相反，

41、與Y3相同，則用T3接通Y3 、接通Y0即可實現(xiàn)東西和南北方向紅燈的控制。同理，根據(jù)圖7-21所示的波形圖，用接通Y4可以實現(xiàn)東西綠燈的常亮；將T1和觸點串聯(lián)，Y4得到3s連續(xù)閃亮時間，再與T6（1s時鐘脈沖）觸點串聯(lián)，接通Y4可以實現(xiàn)東西綠燈的閃亮。將T3和觸點串聯(lián)，接通Y1可以實現(xiàn)南北綠燈的常亮，T4和 、 、T6 觸點串聯(lián)，接通Y1可以實現(xiàn)南北綠燈的閃亮。將T2和觸點串聯(lián)，接通Y5可以實現(xiàn)東西黃燈的常亮。用T5接通Y2可以實現(xiàn)南北黃燈的常亮。將上述分析結果繪制成梯形圖，得到驅(qū)動環(huán)節(jié)梯形圖如圖7-22所示。將圖7-20和圖7-22的梯形圖串聯(lián)起來，即可得到正常運行時的梯形圖。圖7-22 驅(qū)

42、動環(huán)節(jié)梯形圖圖7-23 東西緊急狀態(tài)梯形圖 3）緊急與夜間運行梯形圖設計。用M101、M102、M103分別代表東西緊急、南北緊急和夜間運行狀態(tài)，3種情況的梯形圖分別如圖7-237-25所示。 圖7-24 南北緊急狀態(tài)梯形圖圖7-25 夜間運行狀態(tài)梯形圖 4）各部分梯形圖的組合。將上述用正常運行狀態(tài)梯形圖和緊急與夜間運行狀態(tài)梯形圖連接在一起，即可形成十字路口交通指揮信號燈控制總梯形圖。但這樣在各部分程序較長時會延長PLC的周期時間。為此，可利用跳轉指令將各部分梯形圖連接在一起，如圖7-26所示。圖7-26 十字路口交通指揮信號燈控制梯形圖的總體構成 7.4.3 PLC在機床中的應用 1.T68

43、鏜床控制系統(tǒng) 1）電氣控制要求。在T68鏜床的電氣控制系統(tǒng)中，已知雙速電動機M1作為主軸及進給的驅(qū)動，電動機M2為進給快速移動的驅(qū)動。對M1的具體控制要求如下： (1)正反轉點動控制及反接制動。 (2)正反轉連續(xù)運轉及反接制動。 (3)高/低速的轉換控制。 2）I/O點的分配。I/O設備和PLC的I/O端子分配見表7-5，I/O設備與PLC的接線如圖7-27所示。圖7-27 I/O設備與PLC的接線 3）繪制梯形圖 (1)電動機M1正反轉控制梯形圖。用PLC來完成對電動機M1的正反轉控制，需要PLC內(nèi)部繼電器M101和M102作為正反轉控制的輔助繼電器，為了保證正反轉可靠地切換，要用定時器T1

44、和T2來完成0.5s的轉換延時，圖7-28所示為電動機M1正反轉控制梯形圖。 (2)電動機M1反轉制動梯形圖。速度繼電器KV有2對獨立的常開觸點KV1和KV2。 當電動機M1正轉時KV1閉合，而反轉時KV2閉合。KV1串接在反轉電路中，KV2串接在正轉電路中。當電動機正轉時，通過自鎖使反轉電路通電，進行反接制動。當速度低到速度繼電器觸點KV1斷開時，反轉電路斷電，制動結束。電動機M1反接制動梯形圖如圖7-29所示。圖7-28 電動機M1正反轉控制梯形圖 圖7-29 電動機M1反接制動梯形圖 (3)高/低速轉換控制的梯形圖。SQ為高/低選擇開關，當將操作手柄推向高速位置時，SQ被壓下，X5接通，

45、經(jīng)過定時器T4延時后，其常閉觸點將低速接觸器KM6斷電，其常開觸點將高速接觸器KM7、KM8通電，此時電動機M1繞組為YY聯(lián)結，進入高速運行。電動機M1高/低速轉換控制梯形圖如圖7-30所示。圖7-30電動機M1高/低速轉換控制梯形圖 在上述梯形圖的基礎上進行合并整理，適當增加一些程序，并去掉多余的程序，最后設計出T68普通鏜床PLC控制梯形圖，如圖7-31所示。圖7-31 T68普通鏜床PLC控制梯形圖 2.Z3040型搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng) 1）電氣控制要求。Z3040型搖臂鉆床是1個多臺電動機拖動系統(tǒng)，采用PLC控制時，也必須實現(xiàn)如下控制要求： (1)主軸電動機M1的正反轉運動（如加工螺

46、紋要求電動機正反轉）。 (2)搖臂升降電動機M2正反轉運動。 (3)搖臂夾緊、放松液壓泵電動機M3的正反轉運動。 (4)完成各種操作之間的互鎖控制及延時控制。冷卻根據(jù)加工任務來選用，冷卻泵電動機控制簡單，故采用手動控制。 2）I/O點的分配。I/O設備和PLC I/O端子分配見表7-6，I/O設備與PLC聯(lián)機如圖7-32所示。圖7-32 I/O設備與PLC接線圖 3）繪制梯形圖。Z3040型搖臂鉆床主要是電動機正反轉控制和限位控制，相對比較簡單。根據(jù)控制要球，并參考電氣控制線路圖，可直接畫出PLC控制的梯形圖。在I/O設計中要考慮PLC控制與繼電接觸器控制的不同，主要注意以下幾點： (1)在繼

47、電接觸器控制系統(tǒng)中，停止按鈕與熱繼電器均用常閉觸點，為了與繼電接觸器控制電路一致，在PLC梯形圖中同樣也要用常閉觸點，這樣一來，與輸入端子相接的停止按鈕和熱繼電器觸點，就必須用常開觸點。 (2)根據(jù)PLC的工作原理可知，當輸入端接常閉觸點，若輸入端的常閉未動作，相對應的輸入繼電器得電。若此輸入繼電器的常閉觸點與輸出繼電器線圈串聯(lián)，則輸出繼電器不能得電。 (3）對同一臺電動機進行正反轉切換控制，必須采用PLC內(nèi)部的時間繼電器進行延時控制，否則會造成正反轉接觸器同時接通引起電源短路，這是因為PLC執(zhí)行程序的速度要比接觸器動作速度快得多。Z3040型搖臂鉆床的PLC控制梯形圖如圖7-33所示。圖7-

48、33 Z3040 型搖臂鉆床的PLC控制梯形圖7.4.3 PLC在水塔供水系統(tǒng)控制中的應用 1. 控制要求 某高層建筑住宅屋頂上設有高4.2m的生活水箱,由設在地下設備層中的2臺水泵為其供水水泵電動機功率為33kW，額定電壓為380V。水塔正常水位變化3.5m，由安裝在水箱內(nèi)的上、下液位開關SU和SD分別對水箱的上限和下限水位進行控制。 對水泵機的控制要求如下： 1）為了減小啟動時的啟動電流，2臺電機均采用Y/型降壓啟動，降壓啟動至全壓運行的轉換時間為t1秒。并且2臺電機均設有超載保護。 2）設手動/自動方式轉換開關SA，在手動方式工作時，可由操作者分別啟動每臺水泵，水泵之間不進行聯(lián)動；在自動

49、方式下工作時，由上、下液位開關對水泵的起、停自動控制，且啟動時要聯(lián)動。 3）2臺電機在正常情況下要求一開一備，當運行中任一臺機組出現(xiàn)故障，備用機組應立即投入運行。為了防止備用泵長期閑置銹蝕，要求備用機組可在操作臺上用按鈕任意切換。 4）在控制右上應有2臺水泵的備用狀態(tài)，運行、故障及上、下液位等信號指示。 2系統(tǒng)設計 1）主電路設計 圖7-34 主電路控制線路 2臺水泵電機均Y/型啟動方式，主電路控制線路如圖734所示。圖中M1，M2為水泵電動機，每臺電動機用3個接觸器分別控制電源、Y型啟動和型運行。各電機均設有超載保護FR1和FR2。為了反映各機組工作是否正常，在每臺水泵的壓力出口處設置壓力繼

50、電器SP1和SP2，將其常開觸點輸入PLC中。 2）PLC選擇及I/O分配 根據(jù)上述控制要求，可統(tǒng)計出現(xiàn)場輸入信號共14個，輸出信號共12個，故選用FX2N-32MR，它可實現(xiàn)16點輸入，16點輸出的控制，因此在本系統(tǒng)使用尚有余量，可供備用。其I/O分配如表7-7。 3）PLC接線圖設計圖7-35是所設計的PLC系統(tǒng)外部接線圖。圖中各接觸器采用220V電源，信號指示部分采用24V交流電源。需要說明的有兩點：一是輸入PLC的開關量信號可以為常開，也可以為常閉，但相應的梯形圖中有關軟觸點PLC的狀態(tài)應隨之變化。本例采用常開形式輸入PLC；二是在編制I/O分配表和繪制PLC接線圖時，應事先通過PLC

51、手冊或?qū)嵨锪私馔獠慷俗拥奈恢眉熬幪?。圖7-35 PLC接線原理示意圖 3梯形圖設計及分析 圖7-36是實現(xiàn)上述控制任務的梯形圖，以下分幾方面對其進行分析。圖7-36 水泵站控制梯形圖 1）備用選擇 控制臺上的2個備用選擇按鈕SRES1和SRES2分別與梯形圖輸入點X1和X2相對應。按下任一個按鈕時，可以選擇1#和2#中的任一臺電動機作備用，備用機組可用上述按鈕任意切換。 為表達簡便，用記號“”表示“ON”狀態(tài)，用“”表示“OFF”狀態(tài)，設選擇2#機組備用，按下SRES2，則X2，輸出繼電器Y7，控制臺2#備用指示燈亮。同時Y7的軟觸點在梯形圖內(nèi)部起控制作用。若將備用機組改為1#，則需按下SRE

52、S1，X1使輸出繼電器Y6，給出1#備用指示，同時Y6常閉觸點使Y7，清除2#電動機的以前的備用記憶。 2）上、下液位指示 安裝在水箱內(nèi)的上、下液位開關SU/SD均為常開型，與輸入點X7/X10相對應。設水位上升到上限位置，則X7，在其前沿產(chǎn) 產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖信號M0，該脈沖使輸出繼電器Y10，發(fā)出上限位指示，使電動機停止工作。若水位下降到下限位置，由于觸點SD要斷開，使X10，故用PLF指令在SD斷開時產(chǎn)生脈沖信號M1，從而使輸出點Y11，發(fā)出下限位指示。上、下液位狀態(tài)由脈沖信號M0和M1復位。 3）機組的自動啟動方式 在“自動”工作方式下，X6，選擇2#機組備用，由上面分析可知Y7。

53、當水位下降到下限位時，由上述可知Y11，于是在Y11上升沿產(chǎn)生微分脈沖M4。M4就是用來使1#機組首先啟動的信號，具體啟動過程在下面敘述。 4）機組的啟動及聯(lián)動 每臺水泵電機啟動時接觸器的動作順序為電源接觸器Y型連接接觸器型連接接觸器，梯形圖中，Y0，Y3分別控制2臺電機的電源；Y1，Y4分別控制2個Y 型接觸器；Y2，Y5分別控制2個型接觸器；軟件定時器T0，T1分別控制每臺電機Y/轉換時間t（假設為10s）。 設“自動”方式下選擇2#機組備用。當水位到下限時，由上面分析可知M4，于是有如下過程： M4 Y0（電源引入） Y1(Y型連接) T0啟動定時，延時10s后，T0 Y2 Y1(1#電機Y/轉換完成) 5）機組的故障檢修 當任何一臺運行機組出現(xiàn)故障應當立即停止該機組運行，并使備用機組自動投入運行。為此應把發(fā)生故障時的狀態(tài)在梯形圖中反應出來。 水泵機組可能出現(xiàn)的故障很多，為了盡是全面而又簡單地表示故障的發(fā)生，可以把出現(xiàn)以下兩種情況之一確定為出現(xiàn)故障的條件： (1)某機在進入正常運行后，水泵出水壓力仍然很低。例如將裝設在該機出水管讓處的壓力繼電器S