第10章可編程控制器的工程應(yīng)用及實例

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

10.1概述

1.PLC應(yīng)用領(lǐng)域(1)開關(guān)量的邏輯控制：可以是時序、組合、計數(shù)、不計數(shù)等各種各樣的控制，控制的I/O點數(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在實現(xiàn)控制時，能把現(xiàn)場的數(shù)據(jù)實時顯示出來或采集保存下來，可隨時觀察采集來的數(shù)據(jù)及統(tǒng)計分析結(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與計算機(jī)之間進(jìn)行通信和聯(lián)網(wǎng)，由計算機(jī)來實現(xiàn)對其編程和管理。

2.PLC應(yīng)用類型PLC應(yīng)用類型，普遍采用的是開關(guān)量控制和模擬量控制。而開關(guān)量的順序控制是工業(yè)自動化設(shè)計的首選。用PLC可作為開關(guān)量邏輯控制、定時控制、計數(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、檢測等。總之，PLC可用于單機(jī)、多機(jī)以及生產(chǎn)線的自動化控制場合。用PLC可實現(xiàn)閉環(huán)過程控制，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)中開關(guān)量較多、模擬量較少的場合。

10.2設(shè)計步驟及方法1.系統(tǒng)設(shè)計的基本原則(1)首先要全面、詳細(xì)地了解被控對象的機(jī)械結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝過程，然后,針對PLC和其他微機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)特點進(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)過程的控制要求。(2)設(shè)計前，要進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查研究，搜集有關(guān)資料。了解工藝過程和機(jī)械運(yùn)動與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系和對電控系統(tǒng)的控制要求,如機(jī)械運(yùn)動部件的傳動與驅(qū)動，液壓、氣動的控制，儀表、傳感器等的連接與驅(qū)動等；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。要根據(jù)生產(chǎn)工藝和機(jī)械運(yùn)動的控制要求，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)計時要給控制系統(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)計內(nèi)容(1)根據(jù)被控對象的特性及用戶的要求，擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件和設(shè)計指標(biāo)，寫出設(shè)計任務(wù)書。(2)選擇電氣傳動形式、電動機(jī)、按鈕、開關(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,確定PLC的I/O點數(shù)。(4)分配PLC的I/O點，繪制PLC的I/O端子接線圖。(5)根據(jù)系統(tǒng)要求編寫軟件說明書，然后進(jìn)行程序設(shè)計。(6)重視界面的設(shè)計，增強(qiáng)人與機(jī)器之間的友善關(guān)系。(7)設(shè)計控制系統(tǒng)操作臺、電氣控制柜等及安裝接線圖。(8)編寫設(shè)計說明書和使用說明書等設(shè)計文檔。

3.設(shè)計方法及步驟(1)詳細(xì)了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求，分析被控對象的機(jī)構(gòu)和運(yùn)行過程，明確動作的邏輯關(guān)系等。(2)根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，確定所需輸入/輸出信號的點數(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、選擇開關(guān)、行程開關(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)使用計算機(jī)上編程時，可將程序下載到PLC中。

10.3PLC的硬件和軟件設(shè)計

10.3.1PLC的硬件設(shè)計

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，同時也適當(dāng)?shù)丶骖櫨S修、備件的通用性的同時兼顧經(jīng)濟(jì)性以及今后設(shè)備的改進(jìn)和發(fā)展。

2、PLC容量PLC容量包括兩個方面：一是I/O點數(shù)，二是用戶存儲器的容量。

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

1、PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計內(nèi)容PLC的軟件設(shè)計工作是是復(fù)雜的，它要求設(shè)計人員不僅要有PLC、計算機(jī)程序設(shè)計的基礎(chǔ)，而且又要有自動控制的技術(shù)基礎(chǔ)和一定的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗。軟件設(shè)計應(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，對簡單的可以用經(jīng)驗法設(shè)計，對復(fù)雜的系統(tǒng)一般采用順序法設(shè)計。

2、PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計步驟軟件設(shè)計就是在軟件規(guī)格說明書的基礎(chǔ)上，編制實際應(yīng)用程序并形成程序說明書。（1）制定設(shè)備運(yùn)行方案（2）畫控制流程圖（3）制定抗干擾措施（4）編寫程序（5）軟件測試（6）編制程序使用說明書10.4PLC程序設(shè)計方法10.4.1經(jīng)驗設(shè)計法經(jīng)驗設(shè)計法是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求和生產(chǎn)過程,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)驗進(jìn)行選擇、組合,直接設(shè)計電氣控制系統(tǒng)來滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝過程的控制要求。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，可以收到簡便、快速的效果。但是，由于這種方法主要是依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。

10.4.2邏輯設(shè)計法邏輯設(shè)計方法的理論基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)，PLC是一種新型的工業(yè)控制計算機(jī),可以說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)計法所編寫的程序便于優(yōu)化，是一種實用可靠的程序設(shè)計方法。用邏輯設(shè)計法設(shè)計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)對邏輯代數(shù)式進(jìn)行化簡。3)根據(jù)化簡后的邏輯代數(shù)表達(dá)式畫梯形圖。10.5PLC應(yīng)用實例10.5.1電動機(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。對應(yīng)的指令程序如圖7-24（b）所示。

10.5.2兩臺電動機(jī)順序起動聯(lián)鎖控制電路

電路工作原理：圖10-1所示電路為兩臺電動機(jī)順序起動聯(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）為對應(yīng)的指令程序。PLC控制的工作過程如下:(a)主電路(b)控制電路圖10-1兩臺電動機(jī)順序起動聯(lián)鎖控制線路10.5.3自動限位控制電路電路工作原理：圖10-2所示電路為自動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）為對應(yīng)的指令程序。圖中SQ1和SQ2為限位開關(guān)，安裝在預(yù)定位置上，做為限位用。采用PLC控制的工作過程如下:圖10-2自動限位控制電路圖10-2自動限位控制電路10.5.4電動機(jī)Y-Δ減壓起動控制電路電路工作原理：圖10-3所示電路為電動機(jī)Y-Δ降壓起動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控制工作過程如下:圖10-3電動機(jī)Y-Δ降壓起動自動控制電路圖10-3電動機(jī)Y-Δ降壓起動自動控制電路

10.5.5自動循環(huán)控制電路工作原理：圖10-4所示電路為自動循環(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）為對應(yīng)的指令程序。要求工作臺在一定距離內(nèi)能自動往返循環(huán)運(yùn)動，圖中SQ1-S