PLC系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)

第一節(jié)

PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟第二節(jié)

PLC的選擇

第三節(jié)節(jié)省PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)的方法第四節(jié)可編程序控制器在邏輯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例第五節(jié)可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)及通信2/1/2023第一節(jié)PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟

一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

1）充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求；2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便；3）保證控制系統(tǒng)安全可靠；4）應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC的型號(hào)、I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚岳谙到y(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。2/1/2023二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟1．熟悉被控對(duì)象，制定控制方案；2．確定I/O設(shè)備；3．選擇PLC：選擇時(shí)主要包括PLC機(jī)型、容量、I/O模塊、電源的選擇；4．分配PLC的I/O地址：列出輸入/輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對(duì)照表；5．設(shè)計(jì)軟件及硬件；6．聯(lián)機(jī)調(diào)試；7．整理技術(shù)文件：包括設(shè)計(jì)說明書、電氣安裝圖、電氣元件明細(xì)表及使用說明書等。2/1/2023第二節(jié)PLC的選擇一、PLC的機(jī)型選擇（一）合理的結(jié)構(gòu)型式（二）安裝方式的選擇（三）相當(dāng)?shù)墓δ芤螅ㄋ模╉憫?yīng)速度的要求（五）系統(tǒng)可靠性要求（六）機(jī)型統(tǒng)一2/1/2023二、PLC的容量選擇（一）I/O點(diǎn)數(shù)

通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上10%~15%的備用量來確定。（二）用戶存儲(chǔ)容量

一般可按下式估算，再按實(shí)際需要留適當(dāng)?shù)挠嗔浚?0％～30％）來選擇。存儲(chǔ)容量＝開關(guān)量I/O點(diǎn)總數(shù)×10+模擬量通道數(shù)×1002/1/2023三、I/O模塊的選擇

（一）開關(guān)量輸入模塊的選擇1．輸入信號(hào)的類型及電壓等級(jí)的選擇2．輸入接線方式選擇按輸入電路接線方式的不同，開關(guān)量輸入模塊可分為匯點(diǎn)式輸入和分組式輸入兩種COMIN0IN1IN2┊INnCOM1IN0IN1IN2COM2IN3IN4圖9-1輸入的接線方式(a)匯點(diǎn)式輸入(b)分組式輸入(a)

(b)

2/1/20233．注意同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)量

對(duì)于選用高密度的輸入模塊（如32點(diǎn)、48點(diǎn)等），應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的60％。（二）開關(guān)量輸出模塊的選擇

1．輸出方式的選擇

開關(guān)量輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。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兩種。2/1/2023圖9-2輸出的接線方式(a)分組式輸出(b)分隔式輸出

COM0OUT0OUT1OUT2COM1OUT3OUT4OUT5COM0OUT0COM1OUT1COM2OUT2COM3OUT3(a)(b)2/1/20233．輸出電流的選擇

4．注意同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量

選擇輸出模塊時(shí)，還應(yīng)考慮能同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量。一般來說，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的60％。5．輸出的最大負(fù)載電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān)四、電源模塊及其它外設(shè)的選擇1．電源模塊的選擇2．編程器的選擇3．寫入器的選擇

2/1/2023第三節(jié)節(jié)省PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)的方法

一、減少輸入點(diǎn)數(shù)的方法

1．分時(shí)分組輸入圖9-3分時(shí)分組輸入

“自動(dòng)”輸入信號(hào)S1~S8”、“手動(dòng)”輸入信號(hào)Q1~Q8共用PLC輸入點(diǎn)I0.0~I0.7.用“工作方式”選擇開關(guān)SA來切換“自動(dòng)”和“手動(dòng)”信號(hào)輸入電路。SAQ8Q2Q1S1+24VI0.0I0.1┋I0.7S2S8┋2/1/20232．輸入觸點(diǎn)的合并

例如某負(fù)載可在多處起動(dòng)和停止，可以將三個(gè)起動(dòng)信號(hào)并聯(lián)，將三個(gè)停止信號(hào)串聯(lián)，分別送給PLC的兩個(gè)輸入點(diǎn)SB3SB2SB1I0.0I0.1PLC+24VSB4SB5SB6圖9-4輸入觸點(diǎn)合并2/1/20233．將信號(hào)設(shè)置在PLC之外

系統(tǒng)中的某些輸入信號(hào)功能簡(jiǎn)單、涉及面很窄，如手動(dòng)操作按鈕、電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)的熱繼電器觸點(diǎn)等，有時(shí)就沒有必要作為PLC輸入。圖9-5輸入信號(hào)設(shè)在PLC外部KM3KM2KM1自動(dòng)手動(dòng)FR2FR1FR3SB3SB2Q0.0Q0.1PLCQ0.2

COMSB1~2/1/2023二、減少輸出點(diǎn)數(shù)的方法（一）矩陣輸出

KM1Q0.0

Q0.1Q0.2Q0.3PLCM0Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7M1電源圖9-6矩陣輸出

采用8個(gè)輸出組成4×4矩陣，可接16個(gè)輸出設(shè)備。要使某個(gè)負(fù)載接通工作，只要控制它所在的行與列對(duì)應(yīng)的輸出繼電器接通即可。這樣用8個(gè)輸出點(diǎn)就可控制16個(gè)不同控制要求的負(fù)載。2/1/2023（二）分組輸出

當(dāng)兩組負(fù)載不會(huì)同時(shí)工作，可通過外部轉(zhuǎn)換開關(guān)或通過受PLC控制的電器觸點(diǎn)進(jìn)行切換，這樣PLC的每個(gè)輸出點(diǎn)可以控制兩個(gè)不同時(shí)工作的負(fù)載。

KM6KM5電源21M0Q0.0Q0.1Q0.2KM2KM1KM4KM3SA圖9-7分組輸出2/1/2023（三）并聯(lián)輸出

當(dāng)兩個(gè)通斷狀態(tài)完全相同的負(fù)載，可并聯(lián)后共用PLC的一個(gè)輸出點(diǎn)。（四）負(fù)載多功能化

一個(gè)負(fù)載實(shí)現(xiàn)多種用途。

（五）某些輸出設(shè)備可不進(jìn)PLC

系統(tǒng)中某些相對(duì)獨(dú)立、比較簡(jiǎn)單的部分可考慮直接用繼電器電路控制。2/1/2023三、PLC應(yīng)用中的若干問題

（一）對(duì)PLC的某些輸入信號(hào)的處理

1)如果PLC輸入設(shè)備采用兩線式傳感器（如接近開關(guān)等）時(shí)，它們的漏電流較大，可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的輸入信號(hào)。為了避免這種現(xiàn)象，可在輸入端并聯(lián)旁路電阻R，兩線式傳感器PLC輸入圖9-8兩線式傳感器輸入的處理2）如果PLC輸入信號(hào)由晶體管提供，則要求晶體管的截止電阻應(yīng)大于10KΩ，導(dǎo)通電阻應(yīng)小于800Ω。2/1/2023（二）PLC的安全保護(hù)1．短路保護(hù)

當(dāng)PLC輸出控制的負(fù)載短路時(shí)，為了避免PLC內(nèi)部的輸出元件損壞，應(yīng)該在PLC輸出的負(fù)載回路中加裝熔斷器，進(jìn)行短路保護(hù)。2．感性輸入/輸出的處理PLC的輸入端和輸出端常常接有感性元件。如果是直流感性元件，應(yīng)在其兩端并聯(lián)續(xù)流二極管；如果是交流元件，應(yīng)在其兩端并聯(lián)阻容電路，從而抑制電路斷開時(shí)產(chǎn)生的電弧對(duì)PLC內(nèi)部輸入、輸出元件的影響。2/1/2023圖9-9感性輸入/輸出的處理2/1/2023（三）PLC系統(tǒng)的接地要求

良好的接地是PLC安全可靠運(yùn)行的重要條件。PLC一般最好單獨(dú)接地，與其它設(shè)備分別使用各自的接地裝置。也可以采用公共接地，但禁止使用串聯(lián)接地方式。另外，PLC的接地線應(yīng)盡量短，使接地點(diǎn)盡量靠近PLC。同時(shí)，接地線的截面應(yīng)大于2mm2.圖9-10PLC接地PLC其它設(shè)備其它設(shè)備PLCPLC其它設(shè)備a)分別接地b)公共接地c)串聯(lián)接地2/1/2023第四節(jié)可編程序控制器在邏輯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例

一、PLC在工業(yè)自動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用（一）輸送機(jī)分檢大小球的PLC控制裝置1．控制要求

圖9－11所示為分檢大、小球的自動(dòng)裝置的示意圖。分析工作過程及控制要求.2/1/2023（1）當(dāng)輸送機(jī)處于起始位置時(shí)，上限位SQ3開關(guān)和左限位開關(guān)SQ1被壓下，抓球電磁鐵處于失電狀態(tài)。（2）啟動(dòng)裝置SB1后，操作桿下行，直到碰到下限開關(guān)SQ2后停止運(yùn)行。（3）接通控制吸盤的電磁閥線圈Q0.1。（4）假設(shè)吸盤吸起小球，則大小球開關(guān)SQ為ON；假設(shè)吸盤吸起大球，則大小球開關(guān)SQ為OFF。1S后，機(jī)械臂上行，碰到上限位開關(guān)SQ1后右行，碰到右限位開關(guān)SQ4(小球的右限位開關(guān))和SQ5（大球的右限位開關(guān)）后，再向下行，碰到下限位開關(guān)SQ2后，將小球釋放到小球箱里，將大球釋放到大球箱里，1S后返回到原位。（5）如果不按停止按鈕，則機(jī)械臂一直循環(huán)下去。如果按了停止按鈕，則不管何時(shí)按，機(jī)械手最終都要停止在原始位置。再次按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)可以從頭開始循環(huán)工作。2/1/2023題目圖9-11大、小球自動(dòng)分檢裝置示意圖2/1/2023題目I/O地址分配輸入點(diǎn)： 輸出點(diǎn)： 啟動(dòng)按鈕SB1I0.0 原始位置指示燈HL Q0.0

停止按鈕SB2I0.1 抓球電磁鐵K Q0.1

上限位開關(guān)SQ1I0.2 下行接觸器KM1 Q0.2

下限位開關(guān)SQ2I0.3 上行接觸器KM2 Q0.3

左限位開關(guān)SQ3I0.4 右行接觸器KM3 Q0.4

小球右限位開關(guān)SQ4I0.5 左行接觸器KM4 Q0.5

大球右限位開關(guān)SQ5I0.6

大小球檢測(cè)開關(guān)SQI0.7大、小球自動(dòng)分檢裝置示意圖2/1/2023程序設(shè)計(jì)大、小球自動(dòng)分檢裝置功能流程圖2/1/2023(二)皮帶運(yùn)輸機(jī)的PLC控制

圖9－15所示為某原材料皮帶運(yùn)輸機(jī)的示意圖。原材料從料斗經(jīng)過PD1、PD2兩臺(tái)皮帶運(yùn)輸機(jī)送出；由電磁閥M0控制從料斗向PD1供料；PD1、PD2分別由電動(dòng)機(jī)M1和M2控制。圖9-15某原料皮帶運(yùn)輸機(jī)示意圖2/1/20231．控制要求（1）初始狀態(tài)料斗、皮帶PD1和皮帶PD2全部處于關(guān)閉狀態(tài)。（2）啟動(dòng)操作啟動(dòng)時(shí)為了避免在前段運(yùn)輸皮帶上造成物料堆積，要求逆料方向按一定的時(shí)間間隔順序啟動(dòng)。其操作步驟如下：

皮帶PD2→延時(shí)5s→皮帶PD1→延時(shí)5s→料斗M0（3）停止操作停上時(shí)為了使運(yùn)輸機(jī)皮帶上不留剩余的物料，要求順物料流動(dòng)的方向按一定的時(shí)間間隔順序停止。其停止的順序如下：

料斗→延時(shí)10s→皮帶PD1→延時(shí)10s→皮帶PD2（4）故障停止在皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行中，若皮帶PD1過載，應(yīng)把料斗和皮帶PD1同時(shí)關(guān)閉，皮帶PD2應(yīng)在皮帶PD1停止10s后停止。若皮帶PD2過載，應(yīng)把皮帶PD1、皮帶PD2(M1、M2)和料斗M0都關(guān)閉。（5）要求采用FX系列PLC實(shí)現(xiàn)控制2/1/20232．I/O地址分配

啟動(dòng)按鈕I0.0

M0料斗控制Q0.0

停止按鈕I0.1

M1接觸器Q0.1M1熱繼電器I0.2

M2接觸器Q0.2M2熱繼電器I0.3

3．程序設(shè)計(jì)

（1）用步進(jìn)指令根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)控制要求設(shè)計(jì)的功能圖2/1/2023圖9-16皮帶運(yùn)輸機(jī)的PLC功能圖功能圖2/1/2023圖9-17皮帶運(yùn)輸機(jī)的PLC梯形圖2/1/2023圖9-17皮帶運(yùn)輸機(jī)的PLC梯形圖2/1/2023二、PLC在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用圖9－18是某機(jī)械手的工作示意圖，該機(jī)械手的任務(wù)是將工件從工作臺(tái)A搬往工作臺(tái)B。試設(shè)計(jì)該機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)。圖9-18機(jī)械手的工作示意圖2/1/2023（一）控制系統(tǒng)要求分析

1、機(jī)械結(jié)構(gòu)2、工藝過程

圖9-19系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2/1/20233、控制要求工件臺(tái)A、B上工件的傳送不用PLC控制；機(jī)械手要求按一定的順序動(dòng)作，其流程圖如圖9－20所示。圖9-20控制系統(tǒng)流程圖2/1/2023（二）PLC選型及I/O接線圖根據(jù)控制要求，PLC控制系統(tǒng)選用SIEMENS公司S7-200系列CPU214和EM221，其輸入輸出端子電氣接線圖如圖9－21所示。圖9-21控制系統(tǒng)外部I/O接線圖2/1/2023（三）PLC

I/O地址、內(nèi)部輔助繼電器的分配表

序號(hào)符號(hào)功能描述序號(hào)符號(hào)功能描述1I0.0起動(dòng)13I1.4上升2I0.1下限14I1.5右移3I0.2上限15I2.0左移4I0.3右限16I2.1夾緊5I0.4左限17I2.2放松6I0.5無工作檢測(cè)18I2.3復(fù)位7I0.6停止19Q0.0下降8I0.7手動(dòng)20Q0.1夾緊/放松9I1.0單步21Q0.2上升10I1.1單周期22Q0.3右移11I1.2連續(xù)23Q0.4左移12I1.3下降24Q0.5原位顯示2/1/2023（四）PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)1、整體設(shè)計(jì)整體設(shè)計(jì)的梯形圖（主程序）：

圖9-22主程序梯形圖2/1/20232、手動(dòng)控制程序

圖9-23手動(dòng)程序梯形圖（子程序0）2/1/20233、自動(dòng)操作程序

圖9-24自動(dòng)操作程序（子程序1）2/1/20234、輸出顯示程序

圖9-25輸出顯示程序2/1/2023三、PLC在電梯控制中的應(yīng)用

圖9-26三層樓電梯控制示意圖電梯控制是一個(gè)隨機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)沒有固定的控制順序，其控制作用是根據(jù)PLC外部提出的控制要求（輸入的信號(hào)）而實(shí)施的。電梯的控制內(nèi)容包括：箱內(nèi)、外按鈕的控制，電梯運(yùn)行到位開門、關(guān)門的控制，每層指示燈及安全措施、報(bào)警作用的控制等。在此以三層的電梯箱內(nèi)控制為例。2/1/2023（一）電梯控制系統(tǒng)的要求（F:呼梯開關(guān)）

（1）電梯在一層或二層時(shí)，出現(xiàn)三層呼梯（3F＝ON）信號(hào)，則電梯上升，運(yùn)行到三層，三層限位開關(guān)閉合（SQ:限位開關(guān)；SQ3＝ON）后停止運(yùn)行。（2）電梯在一層時(shí)，出現(xiàn)二層呼梯（2F=ON）信號(hào)，則電梯上升，運(yùn)行到二層，二層的限位開關(guān)閉合（SQ2=ON）后停止運(yùn)行。（3）電梯在一層時(shí)，同時(shí)出現(xiàn)二層和三層的呼梯（2F=ON,3F=ON）信號(hào)