PLC第8章PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、8 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 8.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則、主要內(nèi)容和步驟8.1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則（1）在最大限度地滿足被控對(duì)象控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、安全可靠，使用維修方便。 （2）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)亓粲杏嗟亍?8.1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書（包括設(shè)計(jì)的技術(shù)條件），明確設(shè)計(jì)任務(wù)和要求。 （2）確定PLC的型號(hào)，容量，I/O模塊，電源模塊等，及對(duì)控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行配置（包括輸入，輸出設(shè)備等）。（3）編制PLC的輸入/輸出分配表及繪制輸入/輸出端子接線圖。（4）根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)

2、計(jì)要求編寫程序規(guī)格要求說明書，然后再用相應(yīng)的編程語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 （5）選擇所需的電器元件，設(shè)計(jì)操作臺(tái)，電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元件。 （6）編寫控制系統(tǒng)的技術(shù)文件，包括說明書，電氣原理圖，電氣元件明細(xì)表，控制軟件等。 8.1.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟（1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動(dòng)作（動(dòng)作時(shí)序，條件，必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等），操作（手動(dòng)，自動(dòng)，連續(xù)，間斷等）。 （2）在明確了控制任務(wù)和要求后，選擇電氣傳動(dòng)方式和確定系統(tǒng)所需的用戶輸入，輸出設(shè)備。（3）選擇合適的PLC類型。（包括機(jī)型的選擇，容量的選擇，I/O模塊的選擇等） 。（4）分配I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O端子接線圖（這一步也可

3、結(jié)合第2步進(jìn)行）。 （5）進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工。 （6）將編寫好的程序輸入PLC中去，并對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。 （7） 聯(lián)機(jī)調(diào)試。在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和控制臺(tái)、柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直到調(diào)試成功。 （8）編制技術(shù)文件（包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、PLC程序清單）。 （9）交付使用。 8.1.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟8.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 8.2.1 機(jī)型的選擇1. I/O點(diǎn)數(shù)的確定 2. 存儲(chǔ)器容量的確定 3. PLC運(yùn)行速度的確定 8.2.2

4、模塊的選擇1. I/O模塊的選擇 開關(guān)量I/O模塊 模擬量I/O模塊2.智能模塊的選擇 8.3 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 8.3.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法8.3.2 順序功能圖法（SFC） 采用順控指令（SCR、SCRT、SCRE） 順序控制系統(tǒng)，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有序地進(jìn)行操作的過程。在工業(yè)控制中，除過程控制系統(tǒng)外，絕大部分控制系統(tǒng)屬于順序控制系統(tǒng)。 順序功能圖(狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)圖、流程圖) 就是用編程元件（如狀態(tài)元件S）描述工步狀態(tài)的工藝流程圖，它是由步（狀態(tài)）、轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換條件、有向連線和動(dòng)作組成。 S0.0

5、 SCRQ0.0 S0.1 SCRT SCRE SCRQ0.1 SCRT SCREI0.1I0.21.順序功能圖 2. 順序功能圖 的主要類型1）單支流程S S0.1, 1SCRESCRE2）選擇性分支與合并2. 順序功能圖 的主要類型S S0.1, 1SCRESCRESCRE梯形圖2）選擇性分支與合并3）并行分支與合并2. 順序功能圖 的主要類型梯形圖S S0.1, 1SCRESCRE助記符梯形圖SCRES S0.5, 1R S0.2, 1R S0.4, 1SCRE助記符續(xù)梯形圖助記符續(xù)4）跳轉(zhuǎn)和循環(huán)2. 順序功能圖 的主要類型4）跳轉(zhuǎn)和循環(huán)（續(xù)）2. 順序功能圖 的主要類型3. 應(yīng)用舉例電

6、源指示中央噴水指示環(huán)狀噴水指示例1：噴水池自動(dòng)控制 控制要求：（1）連續(xù)動(dòng)作系統(tǒng)送電，電源指示燈亮。按下啟動(dòng)按鈕中央噴水顯示2s后中央噴水2s后環(huán)狀噴水顯示2s后環(huán)狀噴水2s后3. 應(yīng)用舉例電源指示中央噴水指示環(huán)狀噴水指示2s后例1：（2）單周期動(dòng)作系統(tǒng)送電，電源指示燈亮。按下啟動(dòng)按鈕中央噴水顯示2s后中央噴水2s后環(huán)狀噴水顯示2s后環(huán)狀噴水2s后2s后 控制要求： 確定控制點(diǎn)數(shù)：啟動(dòng)按鈕：轉(zhuǎn)換開關(guān)：電源信號(hào)顯示：中央噴水顯示：中央噴水：環(huán)狀噴水顯示：環(huán)狀噴水梯形圖梯形圖例2：電動(dòng)機(jī)順序啟動(dòng)，同時(shí)停止 控制要求：3臺(tái)電動(dòng)機(jī)（M1、M2、M3），按下起動(dòng)按鈕時(shí)，M1先起動(dòng)，運(yùn)行1min后，M2起

7、動(dòng)，再運(yùn)行1min后，M3起動(dòng)。起動(dòng)完畢，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，直到按下停止按鈕，3臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)停止運(yùn)行。 梯形圖1SSS梯形圖2梯形圖3簡化 WXOR指令（邏輯異或運(yùn)算）： 當(dāng)EN=1時(shí)，IN1和IN2按位異或，結(jié)果送入OUT中。例：0001 1111 0110 1101AC11101 0011 1110 0110AC01100 1100 1000 1011AC0XOR_W SHRB指令（自定義位移位指令）： 位數(shù)據(jù)DATA填入移位寄存器的最低（高）位（S_BIT），移位寄存器的長度為N的絕對(duì)值，移位方向?yàn)镹的符號(hào)。每次移一位，第N位溢出到中。例：第一次移位前VB100：0101MSBLSB第一

8、次移位后VB100：1011I0.3(1)0溢出（）第二次移位后VB100：0110I0.3(0)1溢出（）主程序MAIN子程序SBR_04.順序功能圖設(shè)計(jì)步驟（1）確定I/O點(diǎn)數(shù)、種類，選擇PLC機(jī)型，并繪制I/O端子接線圖。（2）根據(jù)工作確定步。 （3）畫出順序功能圖。 （4）用SCR指令、S/R指令、SHRB指令等編寫相應(yīng)的程序。 （5）將編寫好的程序進(jìn)行整理和修改。 （6）聯(lián)機(jī)調(diào)試程序。 8.4 PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用舉例 8.4.1 PLC在智力競賽搶答裝置中的應(yīng)用1. 控制要求（1）主持人一個(gè)開關(guān)控制三個(gè)搶答桌。主持人說出題目后，誰先按按鈕，誰的桌子上的燈即亮。只有當(dāng)主持人按按鈕后燈

9、才熄滅，否則一直亮著。（2）共有三組參加競賽的隊(duì)員，每組2個(gè)人，每桌上有兩個(gè)按鈕，是并聯(lián)形式，無論按哪一只，桌上的燈都亮； （3）當(dāng)主持人將轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合時(shí)，15s之內(nèi)若有人搶答按按鈕，電鈴響。 I/O分配表輸入信號(hào)第一組隊(duì)員按鈕開關(guān)1：S1I0.0第一組隊(duì)員按鈕開關(guān)2：S2I0.1第二組隊(duì)員按鈕開關(guān)1：S3I0.2第二組隊(duì)員按鈕開關(guān)2：S4I0.3第三組隊(duì)員按鈕開關(guān)1：S5I0.4第三組隊(duì)員按鈕開關(guān)2：S6I0.5主持人按鈕開關(guān)：S7I0.6轉(zhuǎn)換開關(guān)：SAI0.7輸出信號(hào)第一組指示燈：HL1Q0.0第二組指示燈：HL2Q0.1第三組指示燈：HL3Q0.2電鈴BQ0.3 PLC接線圖（簡圖）PL

10、C接線圖PLC程序串聯(lián)去掉 三組搶答，第一組用于兒童組，桌上兩個(gè)按鈕，無論按哪一個(gè)，桌上燈都亮；第二組用于學(xué)生組，桌上一個(gè)按鈕，按下燈即亮；第三組用于成人組，桌上兩個(gè)按鈕，只有兩個(gè)按鈕都按下燈才亮。試修改以上程序。思考？8.4.2 PLC在混料罐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用YV1YV2YV3L1（H）L2（M）L3（L）M輸入信號(hào)起動(dòng)按鈕：SB1I0.0停止按鈕：SB2I0.1急停按鈕：SB3I0.2高液位信號(hào)H：L1I0.3中液位信號(hào)M：L2I0.4低液位信號(hào)L：L3I0.5輸出信號(hào)加A液體電磁閥：YV1Q0.1加B液體電磁閥：YV2Q0.2放混合液體C電磁閥：YV3Q0.3攪拌電機(jī)MQ0.4 I/O分

11、配表 控制過程分析 接通，輔助繼電線圈接通并自鎖，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)上升沿使微分輸出，使接通并自鎖，加入A液體；當(dāng)接通，接通并自鎖，同時(shí)斷開，A液體停止加入，開始加入B液體； 控制過程分析（續(xù)） 當(dāng)接通時(shí)，T37開始計(jì)時(shí)， 接通，攪拌機(jī)開始工作，延時(shí)30S后，輔助繼電器線圈接通，同時(shí)定時(shí)器T37斷開，斷開，接通。 控制過程分析（續(xù)） 如果接通，也使接通，混合液體C放出；當(dāng)接通，定時(shí)器T39工作，延時(shí)10S后，接通，斷開，接通，開始下一循環(huán)。 8.4.3 PLC在在燃油鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1.控制要求（1）按下起動(dòng)按鈕，燃油首先通過燃油預(yù)熱器預(yù)熱，1min后，接通點(diǎn)火變壓器，打開瓦斯閥門，同時(shí)由鼓風(fēng)機(jī)

12、送風(fēng)，持續(xù)3s后，噴油泵噴油，持續(xù)3s后，點(diǎn)火變壓器和瓦斯閥門同時(shí)關(guān)閉。 （2）按下停止按鈕，燃油預(yù)熱器關(guān)閉，噴油泵關(guān)閉，鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)送風(fēng)持續(xù)15s后送風(fēng)停止。 （3）鍋爐燃燒過程中，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)（即蒸氣壓力超過允許值或水位通過上限或低于下限），燃油預(yù)熱器關(guān)閉，噴油泵關(guān)閉，鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)送風(fēng)持續(xù)15s后送風(fēng)停止；異常情況消失后，又能自動(dòng)接起燃燒程序重新點(diǎn)火燃燒。 （4）鍋爐水位控制，鍋爐工作起動(dòng)后，當(dāng)水位低于下限時(shí)，進(jìn)水閥打開，排水閥關(guān)閉，當(dāng)水位高于上限時(shí)，排水閥打開，進(jìn)水閥關(guān)閉。 輸入信號(hào)起動(dòng)按鈕：SB1I0.0停止按鈕：SB2I0.1蒸汽壓力開關(guān)：SB3I0.2水位上限開關(guān)：SB4I0.3水

13、位下限開關(guān)：SB5I0.4輸出信號(hào)燃油預(yù)熱器接觸器：KM1Q0.0鼓風(fēng)機(jī)接觸器：KM2Q0.1點(diǎn)火變壓器：KM3Q0.2瓦斯閥：YV1Q0.3噴油泵接觸器：KM4Q0.4進(jìn)水閥：YV2Q0.5排水閥：YV3Q0.6 I/O分配表 I/O接線簡圖 程序設(shè)計(jì)4. 控制過程分析起動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕即接通,輔助繼電器線圈接通并自保。在正常情況下，當(dāng)、的常閉觸點(diǎn)閉合（即蒸氣壓力在允許值范圍內(nèi)，水位在上、下限之間）時(shí)，接通，接通，燃油預(yù)熱器工作，燃油預(yù)熱；定時(shí)器T37開始計(jì)時(shí)，1min后，T37的常開觸點(diǎn)閉合，接通，、接通，開始送風(fēng)、點(diǎn)火變壓器接通、瓦斯閥打開；定時(shí)器T39開始計(jì)時(shí)，3S后，T39的常開觸

14、點(diǎn)閉合，接通，噴油燃燒；同時(shí)定時(shí)器T40開始計(jì)時(shí)，3S后，T40的常閉觸點(diǎn)斷開，、斷開，點(diǎn)火變壓器和瓦斯閥關(guān)閉，繼續(xù)送風(fēng)，燃油繼續(xù)燃燒。停止時(shí)，按下停止按鈕即的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，M1、斷開，斷開，燃油預(yù)熱停止；的常開觸點(diǎn)閉合，接通并自保，定時(shí)器T41開始計(jì)時(shí)。同時(shí)的常閉觸點(diǎn)斷開，定時(shí)器T39斷開，斷開，停止噴油；的常開觸點(diǎn)閉合，繼續(xù)接通，進(jìn)行送風(fēng)清爐。定時(shí)器T41計(jì)時(shí)到15S后，T41的常閉觸點(diǎn)斷開，斷開斷開，停止送風(fēng)，清爐完畢。在出現(xiàn)異常情況時(shí)，當(dāng)、的常閉觸點(diǎn)斷開（即蒸氣壓力超過允許值、水位低于下限或水位高于上限時(shí)），斷開，接通，定時(shí)器T41開始計(jì)時(shí)，T37、斷開，點(diǎn)火變壓器、瓦斯

15、閥關(guān)閉以及停止噴油，繼續(xù)送風(fēng)清爐。定時(shí)器T41計(jì)時(shí)到15S后，斷開，清爐結(jié)束。異常情況排除后，又接通，又從燃油預(yù)熱開始按照起燃順序進(jìn)行工作。鍋爐工作起動(dòng)后，當(dāng)水位低于下限值時(shí)，的常開觸點(diǎn)斷開，的常閉觸點(diǎn)閉合，的常閉觸點(diǎn)閉合，常開觸點(diǎn)斷開，斷開，接通，排水閥關(guān)閉，進(jìn)水閥打開。當(dāng)水位高于上限值時(shí)，的常閉觸點(diǎn)閉合，常開觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，的常閉觸點(diǎn)斷開，接通，斷開，排水閥打開，進(jìn)水閥關(guān)閉。 8.4.4 PLC在機(jī)床控制中的應(yīng)用 用PLC控制系統(tǒng)取代CA6140普通車床的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。 1.控制要求（1）按起動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，主電動(dòng)機(jī)M1運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)加工工件到達(dá)指定位置時(shí)，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M

16、3采用點(diǎn)動(dòng)控制且只有M1起動(dòng)后，才能起動(dòng)快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3；當(dāng)加工工件需要冷卻時(shí)，用轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2。 （2）停止時(shí)，按下停止按鈕，電動(dòng)機(jī)M1、M2停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 （3）照明燈由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2控制。 繼電接觸控制系統(tǒng)輸入信號(hào)停止按鈕：SB1I0.0起動(dòng)按鈕：SB2I0.1點(diǎn)動(dòng)按鈕：SB3I0.2電動(dòng)機(jī)M1過載保護(hù)：FR1I0.3電動(dòng)機(jī)M2過載保護(hù)：FR2I0.4電動(dòng)機(jī)M2過載保護(hù)：FR3I0.5冷卻泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)開關(guān)：SA1I0.6照明燈起動(dòng)開關(guān)：SA2I0.7輸出信號(hào)接觸器：KM1Q0.0接觸器：KM2Q0.1接觸器：KM3Q0.2照明燈：ELQ0.3 I/O分配表 I/O接線簡

17、圖 程序設(shè)計(jì)PLC工藝訓(xùn)練升降機(jī)密碼控制系統(tǒng)控制要求（1）控制升降機(jī)上升/下降；轎箱（2）控制轎箱門打開/關(guān)閉；電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)；電磁閥控制；升降機(jī)動(dòng)作過程PLC工藝訓(xùn)練升降機(jī)動(dòng)作過程PLC工藝訓(xùn)練升降機(jī)動(dòng)作過程PLC工藝訓(xùn)練升降機(jī)動(dòng)作過程PLC工藝訓(xùn)練升降機(jī)動(dòng)作過程PLC工藝訓(xùn)練升降機(jī)動(dòng)作過程PLC工藝訓(xùn)練升降機(jī)動(dòng)作過程PLC工藝訓(xùn)練升降機(jī)動(dòng)作過程PLC工藝訓(xùn)練升降機(jī)動(dòng)作過程PLC工藝訓(xùn)練升降機(jī)動(dòng)作過程PLC工藝訓(xùn)練升降機(jī)動(dòng)作過程PLC工藝訓(xùn)練 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 確認(rèn)正確錯(cuò)誤報(bào)警下降開門上升PLC工藝訓(xùn)練 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 確認(rèn)正確錯(cuò)誤報(bào)警下降開門上升控制要求（3）輸入正確密碼，密碼正確指示燈亮，允許升降機(jī)運(yùn)行；PLC工藝訓(xùn)練 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 確認(rèn)正確錯(cuò)誤報(bào)警下降開門上升控制要求（4）輸入錯(cuò)誤密碼，密碼錯(cuò)誤指示燈亮，不允許升降機(jī)運(yùn)行；PLC工藝訓(xùn)練 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 確認(rèn)正確錯(cuò)誤報(bào)警下降開門上升控制要求（5）連續(xù)輸入3次錯(cuò)誤密碼，系統(tǒng)報(bào)警；PLC工藝訓(xùn)練 7 8 9 4 5 6 1 2 3 0 確認(rèn)正確錯(cuò)誤報(bào)警下降開門上升控制要求（6）按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)恢復(fù)原始狀態(tài)。PLC工藝訓(xùn)