第10章可編程控制器的工程應(yīng)用及實(shí)例

第10章可編程控制器的工程應(yīng)用及實(shí)例10.1概述10.2PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、內(nèi)容、方法及步驟10.3PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)10.4PLC程序設(shè)計(jì)方法10.5PLC應(yīng)用實(shí)例

10.1概述

1.PLC應(yīng)用領(lǐng)域(1)開(kāi)關(guān)量的邏輯控制：可以是時(shí)序、組合、計(jì)數(shù)、不計(jì)數(shù)等各種各樣的控制，控制的I/O點(diǎn)數(shù)可以不受限制。(2)模擬量的閉環(huán)控制：PLC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算和模糊控制的功能。(3)數(shù)字量的智能控制：PLC能接收和輸出高速脈沖的功能，如果再配備相應(yīng)的傳感器或脈沖伺服裝置。就能實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的智能控制。(4)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控：PLC在實(shí)現(xiàn)控制時(shí)，能把現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)或采集保存下來(lái)，可隨時(shí)觀察采集來(lái)的數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。(5)通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制：PLC的通信聯(lián)網(wǎng)能力很強(qiáng)，PLC可與PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信和聯(lián)網(wǎng)，由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其編程和管理。

2.PLC應(yīng)用類型PLC應(yīng)用類型，普遍采用的是開(kāi)關(guān)量控制和模擬量控制。而開(kāi)關(guān)量的順序控制是工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的首選。用PLC可作為開(kāi)關(guān)量邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制，取代傳統(tǒng)繼電接觸器控制，如機(jī)床電氣、電機(jī)控制中心等，也可取代順序控制，如高爐上料、電梯控制、貨物存取、運(yùn)輸、檢測(cè)等?？傊?，PLC可用于單機(jī)、多機(jī)以及生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制場(chǎng)合。用PLC可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)過(guò)程控制，如壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量閉環(huán)PID控制。這種類型主要是用在系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)量較多、模擬量較少的場(chǎng)合。

10.2設(shè)計(jì)步驟及方法1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則(1)首先要全面、詳細(xì)地了解被控對(duì)象的機(jī)械結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝過(guò)程，然后,針對(duì)PLC和其他微機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行比較分析，看哪種控制系統(tǒng)能最大限度地滿足被控設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程的控制要求。(2)設(shè)計(jì)前，要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，搜集有關(guān)資料。了解工藝過(guò)程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系和對(duì)電控系統(tǒng)的控制要求,如機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)，液壓、氣動(dòng)的控制，儀表、傳感器等的連接與驅(qū)動(dòng)等；在滿足控制要求和技術(shù)指標(biāo)的前提下，要盡量使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、操作及維修方便。擬定電氣控制方案。

(3)在制定電氣控制方案時(shí)。要根據(jù)生產(chǎn)工藝和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制要求，確定電控系統(tǒng)的工作方式，電控系統(tǒng)應(yīng)有的功能，設(shè)計(jì)時(shí)要給控制系統(tǒng)的容量和功能預(yù)留一定的余量，便于以后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。(4)保證控制系統(tǒng)工作要安全可靠。

2.設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)根據(jù)被控對(duì)象的特性及用戶的要求，擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件和設(shè)計(jì)指標(biāo)，寫(xiě)出設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。(2)選擇電氣傳動(dòng)形式、電動(dòng)機(jī)、按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器、繼電器、接觸器、以及電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(3)選定PLC的型號(hào),確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。(4)分配PLC的I/O點(diǎn)，繪制PLC的I/O端子接線圖。(5)根據(jù)系統(tǒng)要求編寫(xiě)軟件說(shuō)明書(shū)，然后進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。(6)重視界面的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)人與機(jī)器之間的友善關(guān)系。(7)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)操作臺(tái)、電氣控制柜等及安裝接線圖。(8)編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和使用說(shuō)明書(shū)等設(shè)計(jì)文檔。

3.設(shè)計(jì)方法及步驟(1)詳細(xì)了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求，分析被控對(duì)象的機(jī)構(gòu)和運(yùn)行過(guò)程，明確動(dòng)作的邏輯關(guān)系等。(2)根據(jù)被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，確定所需輸入/輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，選擇合適的PLC類型。(3)根據(jù)控制要求，確定輸入設(shè)備按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、傳感器等；輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。(4)編制出輸入/輸出端子的接線圖。(5)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序。(6)將程序輸入PLC。用編程器，需將梯形圖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的指令并輸入到PLC中；當(dāng)使用計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可將程序下載到PLC中。

10.3PLC的硬件和軟件設(shè)計(jì)

10.3.1PLC的硬件設(shè)計(jì)

1、PLC機(jī)型的選擇選擇合適的機(jī)型是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)，PLC基本機(jī)型的選擇原則是需要什么功能，就選擇具有什么樣功能的PLC,在完成相同功能的情況下，同時(shí)也適當(dāng)?shù)丶骖櫨S修、備件的通用性的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性以及今后設(shè)備的改進(jìn)和發(fā)展。

2、PLC容量PLC容量包括兩個(gè)方面：一是I/O點(diǎn)數(shù)，二是用戶存儲(chǔ)器的容量。

3、其他硬件配置PLC選型確定以后還要考慮系統(tǒng)中的其他部分，主要有:（1）電源有的PLC機(jī)備有獨(dú)立的電源模塊，選擇電源模塊時(shí)要考慮電源模塊的額定輸出電流要大于或等于主機(jī)、I/O模塊、專用模塊等總的消耗電流之和。（2）大中型系統(tǒng)配置10.3.2PLC的軟件設(shè)計(jì)

1、PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容PLC的軟件設(shè)計(jì)工作是是復(fù)雜的，它要求設(shè)計(jì)人員不僅要有PLC、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而且又要有自動(dòng)控制的技術(shù)基礎(chǔ)和一定的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。軟件設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)總體要求和控制系統(tǒng)的具體情況，確定程序的基本結(jié)構(gòu)，繪制流程圖或功能流程圖，對(duì)簡(jiǎn)單的可以用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)，對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)一般采用順序法設(shè)計(jì)。

2、PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)步驟軟件設(shè)計(jì)就是在軟件規(guī)格說(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上，編制實(shí)際應(yīng)用程序并形成程序說(shuō)明書(shū)。（1）制定設(shè)備運(yùn)行方案（2）畫(huà)控制流程圖（3）制定抗干擾措施（4）編寫(xiě)程序（5）軟件測(cè)試（6）編制程序使用說(shuō)明書(shū)10.4PLC程序設(shè)計(jì)方法10.4.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求和生產(chǎn)過(guò)程,選擇適當(dāng)?shù)幕经h(huán)節(jié)或典型電路綜合而成的電氣控制線路。依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇、組合,直接設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)來(lái)滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝過(guò)程的控制要求。一般不太復(fù)雜的電氣控制線路都可以按照這種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以收到簡(jiǎn)便、快速的效果。但是，由于這種方法主要是依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

10.4.2邏輯設(shè)計(jì)法邏輯設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)，PLC是一種新型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī),可以說(shuō)PLC是“與”、“或”、非”三種邏輯線路的組合體。而PLC的梯形圖程序的基本形式也是與、或、非的邏輯組合，它的工作方式及其規(guī)律又完全符合邏輯運(yùn)算的基本規(guī)律。用變量及其函數(shù)只有“0”、“1”兩種取值的邏輯代數(shù)作為研究PLC應(yīng)用程序的工具就是順理成章的事了。采用邏輯設(shè)計(jì)法所編寫(xiě)的程序便于優(yōu)化，是一種實(shí)用可靠的程序設(shè)計(jì)方法。用邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用程序的基本步驟：1)根據(jù)控制要求列出邏輯代數(shù)表達(dá)式。2)對(duì)邏輯代數(shù)式進(jìn)行化簡(jiǎn)。3)根據(jù)化簡(jiǎn)后的邏輯代數(shù)表達(dá)式畫(huà)梯形圖。10.5PLC應(yīng)用實(shí)例10.5.1電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)聯(lián)鎖控制電路在第7章中，分析了具有電氣聯(lián)鎖的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路電氣原理圖，如圖7-22(a)(b)所示。PLC控制的輸入輸出接線圖如圖7-27所示。梯形圖如圖7-24（a）所示。對(duì)應(yīng)的指令程序如圖7-24（b）所示。

10.5.2兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)聯(lián)鎖控制電路

電路工作原理：圖10-1所示電路為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)聯(lián)鎖控制電路的電氣原理圖。(a)為主電路，(b)為控制電路。（c）為控制電路輸入輸出接線圖，（d）為梯形圖，（e）為對(duì)應(yīng)的指令程序。PLC控制的工作過(guò)程如下:(a)主電路(b)控制電路圖10-1兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)聯(lián)鎖控制線路10.5.3自動(dòng)限位控制電路電路工作原理：圖10-2所示電路為自動(dòng)限位控制電路的電氣原理圖。(a)為主電路，(b)為控制電路。（c）為控制電路輸入輸出接線圖，（d）為梯形圖，（e）為對(duì)應(yīng)的指令程序。圖中SQ1和SQ2為限位開(kāi)關(guān)，安裝在預(yù)定位置上，做為限位用。采用PLC控制的工作過(guò)程如下:圖10-2自動(dòng)限位控制電路圖10-2自動(dòng)限位控制電路10.5.4電動(dòng)機(jī)Y-Δ減壓起動(dòng)控制電路電路工作原理：圖10-3所示電路為電動(dòng)機(jī)Y-Δ降壓起動(dòng)控制電路的電氣原理圖。(a)為主電路，(b)為控制電路。（c）為控制電路輸入輸出接線圖，（d）為梯形圖，（e）為對(duì)應(yīng)的指令程序。圖中接觸器KM2為三角形聯(lián)結(jié)法，KM3為星形聯(lián)結(jié)法。采用PLC控制工作過(guò)程如下:圖10-3電動(dòng)機(jī)Y-Δ降壓起動(dòng)自動(dòng)控制電路圖10-3電動(dòng)機(jī)Y-Δ降壓起動(dòng)自動(dòng)控制電路

10.5.5自動(dòng)循環(huán)控制電路工作原理：圖10-4所示電路為自動(dòng)循環(huán)控制電路的電氣原理圖。(a)為電路原理圖，(b)為控制電路輸入輸出接線圖，（c）為梯形圖，（d）為對(duì)應(yīng)的指令程序。要求工作臺(tái)在一定距離內(nèi)能自動(dòng)往返循環(huán)運(yùn)動(dòng)，圖中SQ1-S