PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實例5

第7章

PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及實例

本章要點PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的步驟及常用的設(shè)計方法應(yīng)用舉例PLC的裝配、檢測和維護

7.1應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計概述

在了解了PLC的基本工作原理和指令系統(tǒng)之后，可以結(jié)合實際進行PLC的設(shè)計，PLC的設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分，PLC設(shè)計的基本原則是：1.充分發(fā)揮PLC的控制功能，最大限度地滿足被控制的生產(chǎn)機械或生產(chǎn)過程的控制要求。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)存容量上適當留有余地。5.軟件設(shè)計主要是指編寫程序，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。

7.2PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計

7.2.1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計步驟

1.PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容

2.設(shè)計步驟

1.PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容

（1）根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，進行工藝分析，并確定控制方案，它是設(shè)計的依據(jù)。（2）選擇輸入設(shè)備（如按鈕、開關(guān)、傳感器等）和輸出設(shè)備（如繼電器、接觸器、指示燈等執(zhí)行機構(gòu)）。（3）選定PLC的型號（包括機型、容量、I/O模塊和電源等）。（4）分配PLC的I/O點，繪制PLC的I/O硬件接線圖。（5）編寫程序并調(diào)試。（6）設(shè)計控制系統(tǒng)的操作臺、電氣控制柜等以及安裝接線圖。（7）編寫設(shè)計說明書和使用說明書。

2.設(shè)計步驟

（1）工藝分析

深入了解控制對象的工藝過程、工作特點、控制要求，并劃分控制的各個階段，歸納各個階段的特點，和各階段之間的轉(zhuǎn)換條件，畫出控制流程圖或功能流程圖。（2）選擇合適的PLC類型在選擇PLC機型時，主要考慮下面幾點：1、功能的選擇。2、I/O點數(shù)的確定。3、內(nèi)存的估算。+定時器/計數(shù)器數(shù)量×2+通信接口個數(shù)×300+備用量。（3）分配I/O點。（4）程序設(shè)計。（5）控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。（6）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試。（7）編制技術(shù)文件。

1.PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容（1）根據(jù)設(shè)計任務(wù)書確定，進行工藝分析，并確定控制方案，它是設(shè)計的依據(jù)。（2）選擇輸入設(shè)備（如按鈕、開關(guān)、傳感器等）和輸出設(shè)備（如繼電器、接觸器、指示燈等執(zhí)行機構(gòu)）。（3）選定PLC的型號（包括機型、容量、I/O模塊和電源等）。（4）分配PLC的I/O點，繪制PLC的I/O硬件接線圖。（5）編寫程序并調(diào)試。（6）設(shè)計控制系統(tǒng)的操作臺、電氣控制柜等以及安裝接線圖。（7）編寫設(shè)計說明書和使用說明書。2.設(shè)計步驟（1）工藝分析

（2）選擇合適的PLC類型

（3）分配I/O點

（4）程序設(shè)計

（5）控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工

（6）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試

（7）編制技術(shù)文件

鏈接文件夾第七章\001.doc7.2.2PLC的硬硬件件設(shè)設(shè)計計和和軟軟件件設(shè)設(shè)計計及及調(diào)調(diào)試試1.PLC的硬硬件件設(shè)設(shè)計計PLC硬件件設(shè)設(shè)計計包包括括：：PLC及外外圍圍線線路路的的設(shè)設(shè)計計、、電電氣氣線線路路的的設(shè)設(shè)計計和和抗抗干干擾擾措措施施的的設(shè)設(shè)計計等等。。選定定PLC的機機型型和和分分配配I/O點后后，，硬硬件件設(shè)設(shè)計計的的主主要要內(nèi)內(nèi)容容就就是是電電氣氣控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的原原理理圖圖的的設(shè)設(shè)計計，，電電氣氣控控制制元元器器件件的的選選擇擇和和控控制制柜柜的的設(shè)設(shè)計計。。電電氣氣控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的原原理理圖圖包包括括主主電電路路和和控控制制電電路路。?？乜刂浦齐婋娐仿分兄邪ɡ≒LC的I/O接線線和和自自動動、、手手動動部部分分的的詳詳細細連連接接等等。。電電器器元元件件的的選選擇擇主主要要是是根根據(jù)據(jù)控控制制要要求求選選擇擇按按鈕鈕、、開開關(guān)關(guān)、、傳傳感感器器、、保保護護電電器器、、接接觸觸器器、、指指示示燈燈、、電電磁磁閥閥等等。。2.PLC的軟軟件件設(shè)設(shè)計計軟件件設(shè)設(shè)計計包包括括系系統(tǒng)統(tǒng)初初始始化化程程序序、、主主程程序序、、子子程程序序、、中中斷斷程程序序、、故故障障應(yīng)應(yīng)急急措措施施和和輔輔助助程程序序的的設(shè)設(shè)計計，，小小型型開開關(guān)關(guān)量量控控制制一一般般只只有有主主程程序序。。首首先先應(yīng)應(yīng)根根據(jù)據(jù)總總體體要要求求和和控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的具具體體情情況況，，確確定定程程序序的的基基本本結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，畫畫出出控控制制流流程程圖圖或或功功能能流流程程圖圖，，簡簡單單的的可可以以用用經(jīng)經(jīng)驗驗法法設(shè)設(shè)計計，，復復雜雜的的系系統(tǒng)統(tǒng)一一般般用用順順序序控控制制設(shè)設(shè)計計法法設(shè)設(shè)計計。。3.軟件件硬硬件件的的調(diào)調(diào)試試調(diào)試試分分模模擬擬調(diào)調(diào)試試和和聯(lián)聯(lián)機機調(diào)調(diào)試試。。軟件件設(shè)設(shè)計計好好后后一一般般先先作作模模擬擬調(diào)調(diào)試試。。模模擬擬調(diào)調(diào)試試可可以以通通過過仿仿真真軟軟件件來來代代替替PLC硬件件在在計計算算機機上上調(diào)調(diào)試試程程序序。。用用編編程程軟軟件件將將輸輸出出點點強強制制ON/OFF，觀察察對對應(yīng)應(yīng)的的控控制制柜柜內(nèi)內(nèi)PLC負載載（（指指示示燈燈、、接接觸觸器器等等））的的動動作作是是否否正正常常，，或或?qū)?yīng)應(yīng)的的接接線線端端子子上上的的輸輸出出信信號號的的狀狀態(tài)態(tài)變變化化是是否否正正確確。。聯(lián)機機調(diào)調(diào)試試時時，，把把編編制制好好的的程程序序下下載載到到現(xiàn)現(xiàn)場場的的PLC中。。調(diào)調(diào)試試時時，，主主電電路路一一定定要要斷斷電電，，只只對對控控制制電電路路進進行行聯(lián)聯(lián)機機調(diào)調(diào)試試。。通通過過現(xiàn)現(xiàn)場場的的聯(lián)聯(lián)機機調(diào)調(diào)試試，，還還會會發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)新新的的問問題題或或?qū)δ衬承┬┛乜刂浦乒δ苣艿牡母母倪M進。。7.2.3PLC程序序設(shè)設(shè)計計常常用用的的方方法法PLC程序序設(shè)設(shè)計計常常用用的的方方法法主主要要有有經(jīng)經(jīng)驗驗設(shè)設(shè)計計法法、、繼繼電電器器控控制制電電路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為梯梯形形圖圖法法、、邏邏輯輯設(shè)設(shè)計計法法、、順順序序控控制制設(shè)設(shè)計計法法等等。。1.經(jīng)驗驗設(shè)設(shè)計計法法鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\005.doc。2.繼電電器器控控制制電電路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為梯梯形形圖圖法法鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\006.doc。3.邏輯輯設(shè)設(shè)計計法法鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\007.doc。4.順序序控控制制設(shè)設(shè)計計法法鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\008.doc。1.經(jīng)驗驗設(shè)設(shè)計計法法經(jīng)驗驗設(shè)設(shè)計計法法即即在在一一些些典典型型的的控控制制電電路路程程序序的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上，，根根據(jù)據(jù)被被控控制制對對象象的的具具體體要要求求，，進進行行選選擇擇組組合合，，并并多多次次反反復復調(diào)調(diào)試試和和修修改改梯梯形形圖圖，，有有時時需需增增加加一一些些輔輔助助觸觸點點和和中中間間編編程程環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)，，才才能能達達到到控控制制要要求求。。這這種種方方法法沒沒有有規(guī)規(guī)律律可可遵遵循循，，設(shè)設(shè)計計所所用用的的時時間間和和設(shè)設(shè)計計質(zhì)質(zhì)量量與與設(shè)設(shè)計計者者的的經(jīng)經(jīng)驗驗有有很很大大的的關(guān)關(guān)系系，，所所以以稱稱為為經(jīng)經(jīng)驗驗設(shè)設(shè)計計法法。。經(jīng)經(jīng)驗驗設(shè)設(shè)計計法法用用于于較較簡簡單單的的梯梯形形圖圖設(shè)設(shè)計計。。應(yīng)應(yīng)用用經(jīng)經(jīng)驗驗設(shè)設(shè)計計法法必必須須熟熟記記一一些些典典型型的的控控制制電電路路，，如如起起保保停停電電路路、、脈脈沖沖發(fā)發(fā)生生電電路路等等，，這這些些電電路路在在前前面面的的章章節(jié)節(jié)中中已已經(jīng)經(jīng)介介紹紹過過。。2.繼電電器器控控制制電電路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為梯梯形形圖圖法法（1）熟熟悉悉現(xiàn)現(xiàn)有有的的繼繼電電器器控控制制線線路路。。（2）對對照照PLC的I/O端子子接接線線圖圖，，將將繼繼電電器器電電路路圖圖上上的的被被控控器器件件（（如如接接觸觸器器線線圈圈、、指指示示燈燈、、電電磁磁閥閥等等））換換成成接接線線圖圖上上對對應(yīng)應(yīng)的的輸輸出出點點的的編編號號，，將將電電路路圖圖上上的的輸輸入入裝裝置置（（如如傳傳感感器器、、按按鈕鈕開開關(guān)關(guān)、、行行程程開開關(guān)關(guān)等等））觸觸點點都都換換成成對對應(yīng)應(yīng)的的輸輸入入點點的的編編號號。。（3）將將繼繼電電器器電電路路圖圖中中的的中中間間繼繼電電器器、、定定時時器器，，用用PLC的輔助助繼電電器、、定時時器來來代替替。（4）畫出出全部部梯形形圖，，并予予以簡簡化和和修改改。鏈接文文件夾夾第七七章\006.doc3.邏邏輯輯設(shè)計計法邏輯設(shè)設(shè)計法法是以以布爾爾代數(shù)數(shù)為理理論基基礎(chǔ)，，根據(jù)據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)過程程中各各工步步之間間的各各個檢檢測元元件（（如行行程開開關(guān)、、傳感感器等等）狀狀態(tài)的的變化化，列列出檢檢測元元件的的狀態(tài)態(tài)表，，確定定所需需的中中間記記憶元元件，，再列列出各各執(zhí)行行元件件的工工序表表，然然后寫寫出檢檢測元元件、、中間間記憶憶元件件和執(zhí)執(zhí)行元元件的的邏輯輯表達達式，，再轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成梯形形圖。。該方方法在在單一一的條條件控控制系系統(tǒng)中中，非非常好好用，，相當當于組組合邏邏輯電電路，，但和和時間間有關(guān)關(guān)的控控制系系統(tǒng)中中，就就很復復雜。。鏈接文文件夾夾第七七章\007.doc4.順順序序控制制設(shè)計計法根據(jù)功功能流流程圖圖，以以步為為核心心，從從起始始步開開始一一步一一步地地設(shè)計計下去去，直直至完完成。。此法法的關(guān)關(guān)鍵是是畫出出功能能流程程圖。。首先先將被被控制制對象象的工工作過過程按按輸出出狀態(tài)態(tài)的變變化分分為若若干步步，并并指出出工步步之間間的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換條條件和和每個個工步步的控控制對對象。。（1）單流流程及及編程程方法法功能流流程圖圖的單單流程程結(jié)構(gòu)構(gòu)形式式簡單單，如如圖7-7所示，，鏈接文文件夾夾第七七章\33.doc其特點點是：：每一一步后后面只只有一一個轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，，每個個轉(zhuǎn)換換后面面只有有一步步。各各個工工步按按順序序執(zhí)行行，上上一工工步執(zhí)執(zhí)行結(jié)結(jié)束，，轉(zhuǎn)換換條件件成立立，立立即開開通下下一工工步，，同時時關(guān)斷斷上一一工步步。用用順序序控制制指令令來實實現(xiàn)功功能流流程圖圖的編編程方方法，，在前前面的的章節(jié)節(jié)已經(jīng)經(jīng)介紹紹過了了，在在這里里將重重點介介紹用用中間間繼電電器M來記憶憶工步步的編編程方方法。。1使用起起保停停電路路模式式的編編程方方法在梯形形圖中中，為為了實實現(xiàn)前前級步步為活活動步步且轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換條條件成成立時時，才才能進進行步步的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，，總是是將代代表前前級步步的中中間繼繼電器器的常常開接接點與與轉(zhuǎn)換換條件件對應(yīng)應(yīng)的接接點串串聯(lián)，，作為為代表表后續(xù)續(xù)步的的中間間繼電電器得得電的的條件件。當當后續(xù)續(xù)步被被激活活，應(yīng)應(yīng)將前前級步步關(guān)斷斷，所所以用用代表表后續(xù)續(xù)步的的中間間繼電電器常常閉接接點串串在前前級步步的電電路中中。2使用置置位、、復位位指令令的編編程方方法S7-200系列PLC有置位位和復復位指指令，，且對對同一一個線線圈置置位和和復位位指令令可分分開編編程，，所以以可以以實現(xiàn)現(xiàn)以轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換條條件為為中心心的編編程。。當前步步為活活動步步且轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換條條件成成立時時，用用S將代表表后續(xù)續(xù)步的的中間間繼電電器置置位（（激活活），，同時時用R將本步步復位位（關(guān)關(guān)斷））。如用M0.0的常開開接點點和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換條條件I0.0的常開開接點點串聯(lián)聯(lián)作為為M0.1置位的的條件件，同同時作作為M0.0復位的的條件件。這這種編編程方方法很很有規(guī)規(guī)律，，每一一個轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換都都對應(yīng)應(yīng)一個個S/R的電路路塊，，有多多少個個轉(zhuǎn)換換就有有多少少個這這樣的的電路路塊。。用置置位、、復位位指令令編制制的梯梯形圖圖程序序如圖圖7-10所示。。鏈接文文件夾夾第七七章\34.doc3使用移移位寄寄存器器指令令編程程的方方法單流程程的功功能流流程圖圖各步步總是是順序序通斷斷，并并且同同時只只有一一步接接通，，因此此很容容易采采用移移位寄寄存器器指令令實現(xiàn)現(xiàn)這種種控制制?？煽梢灾钢付ㄒ灰粋€兩兩位的的移位位寄存存器，，用M0.1、M0.2代表有有輸出出的兩兩步，，移位位脈沖沖由代代表步步狀態(tài)態(tài)的中中間繼繼電器器的常常開接接點和和對應(yīng)應(yīng)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換條條件組組成的的串聯(lián)聯(lián)支路路并聯(lián)聯(lián)提供供，數(shù)數(shù)據(jù)輸輸入端端（DATA）的數(shù)據(jù)據(jù)由初初始步步提供供。對對應(yīng)的的梯形形圖程程序如如圖7-11所示。。鏈接文文件夾夾第七七章\35.doc7.2.4PLC程序設(shè)設(shè)計步步驟1.程序設(shè)設(shè)計前前的準準備工工作程序設(shè)設(shè)計前前的準準備工工作就就是要要了解解控制制系統(tǒng)統(tǒng)的全全部功功能、、規(guī)模模、控控制方方式、、輸入入/輸出信信號的的種類類和數(shù)數(shù)量、、是否否有特特殊功功能的的接口口、與與其它它設(shè)備備的關(guān)關(guān)系、、通信信的內(nèi)內(nèi)容與與方式式等，，從而而對整整個控控制系系統(tǒng)建建立一一個整整體的的概念念。接接著進進一步步熟悉悉被控控對象象，可可把控控制對對象和和控制制功能能按照照響應(yīng)應(yīng)要求求、信信號用用途或或控制制區(qū)域域分類類，確確定檢檢測設(shè)設(shè)備和和控制制設(shè)備備的物物理位位置，，了解解每一一個檢檢測信信號和和控制制信號號的形形式、、功能能、規(guī)規(guī)模及及之間間的關(guān)關(guān)系。。2.設(shè)計程程序框框圖根據(jù)軟軟件設(shè)設(shè)計規(guī)規(guī)格書書的總總體要要求和和控制制系統(tǒng)統(tǒng)的具具體情情況，，確定定應(yīng)用用程序序的基基本結(jié)結(jié)構(gòu)、、按程程序設(shè)設(shè)計標標準繪繪制出出程序序結(jié)構(gòu)構(gòu)框圖圖，然然后再再根據(jù)據(jù)工藝藝要求求，繪繪出各各功能能單元元的功功能流流程圖圖。3.編寫程程序根據(jù)設(shè)設(shè)計出出的框框圖逐逐條地地編寫寫控制制程序序。編編寫過過程中中要及及時給給程序序加注注釋。。4.程序調(diào)調(diào)試調(diào)試時時先從從各功功能單單元入入手，，設(shè)定定輸入入信號號，觀觀察輸輸出信信號的的變化化情況況。各各功能能單元元調(diào)試試完成成后，，再調(diào)調(diào)試全全部程程序，，調(diào)試試各部部分的的接口口情況況，直直到滿滿意為為止。。程序序調(diào)試試可以以在實實驗室室進行行，也也可以以在現(xiàn)現(xiàn)場進進行。。如果果在現(xiàn)現(xiàn)場進進行測測試，，需將將可編編程控控制器器系統(tǒng)統(tǒng)與現(xiàn)現(xiàn)場信信號隔隔離，，可以以切斷斷輸入入/輸出模模板的的外部部電源源，以以免引引起機機械設(shè)設(shè)備動動作。。程序序調(diào)試試過程程中先先發(fā)現(xiàn)現(xiàn)錯誤誤，后后進行行糾錯錯?；驹瓌t是是“集集中發(fā)發(fā)現(xiàn)錯錯誤，，集中中糾正正錯誤誤。5.編寫程程序說說明書書在說明明書中中通常常對程程序的的控制制要求求、程程序的的結(jié)構(gòu)構(gòu)、流流程圖圖等給給以必必要的的說明明，并并且給給出程程序的的安裝裝操作作使用用步驟驟等。。7.3應(yīng)用用舉舉例例7.3.1機械械手手的的模模擬擬控控制制7.3.2組合合機機床床的的控控制制7.3.3除塵塵室室PLC控制制7.3.3水塔塔水水位位的的模模擬擬控控制制實實訓訓7.3.4溫度度的的檢檢測測與與控控制制實實訓訓7.3.1機械械手手的的模模擬擬控控制制圖7-29為傳傳送送工工件件的的某某機機械械手手的的工工作作示示意意圖圖，，其其任任務(wù)務(wù)是是將將工工件件從從傳傳送送帶帶A搬運運到到傳傳送送帶帶B。1.控制制要要求求鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\009.doc2.I/O分配配鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\010.doc3.控制制程程序序設(shè)設(shè)計計鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\011.doc4.輸入入程程序序，，調(diào)調(diào)試試并并運運行行程程序序鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\012.doc7.3.2組合合機機床床的的控控制制兩工工位位鉆鉆孔孔、、攻攻絲絲組組合合機機床床，，能能自自動動完完成成工工件件的的鉆鉆孔孔和和攻攻絲絲加加工工，，自自動動化化程程度度高高，，生生產(chǎn)產(chǎn)效效率率高高。。兩兩工工位位鉆鉆孔孔、、攻攻絲絲組組合合機機床床如如圖圖7-32所示示鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\013.doc1.控制制要要求求鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\014.doc2.I/O分配配鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\015.doc3.程序序設(shè)設(shè)計計鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\016.doc4.程序序的的調(diào)調(diào)試試和和運運行行鏈接接文文件件夾夾第第七七章章\017.doc7.3.3除塵塵室室PLC控制制在制制藥藥、、水水廠廠等等一一些些對對除除塵塵要要求求比比較較嚴嚴格格的的車車間間，，人人、、物物進進入入這這些些場場合合首首先先需需要要進進行行除除塵塵處處理理，，為為了了保保證證除除塵塵操操作作的的嚴