S7300系列PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件

第6章S7-300系列PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟6.2PLC應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)6.3PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)6.4PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例6.1PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟

按照規(guī)范的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以提高工作效率。6.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與內(nèi)容1．設(shè)計(jì)原則

(1)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)在滿足控制要求的前提下，力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，操作方便；(3)保證控制系統(tǒng)工作安全可靠；(4)考慮到今后的發(fā)展改進(jìn)，應(yīng)適當(dāng)留有進(jìn)一步擴(kuò)展的余地。

2．設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件，它是整個(gè)設(shè)計(jì)的依據(jù)；(2)選擇電氣傳動(dòng)形式和電動(dòng)機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)；(3)選定PLC的型號(hào)；(4)編制PLC的輸入/輸出分配表或繪制輸入/輸出端子接線圖；(5)根據(jù)系統(tǒng)要求編寫軟件說(shuō)明書，然后再進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；(6)重視人機(jī)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)操作臺(tái)、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元部件；(8)編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書和使用說(shuō)明書。6．將程序輸入PLC，當(dāng)使用計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可將程序下載到PLC中。7．進(jìn)行軟件測(cè)試，在將PLC連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上之前，必須進(jìn)行軟件測(cè)試，以排除程序中的錯(cuò)誤。8．應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要逐一排除，直至調(diào)試成功。

9．編制技術(shù)文件，系統(tǒng)技術(shù)文件包括功能說(shuō)明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、PLC梯形圖等。6.2PLC應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)6.2.1PLC選型在滿足控制要求的前提下，選型時(shí)應(yīng)選擇最佳的性能價(jià)格比，具體應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。1．性能與任務(wù)相適應(yīng)2．PLC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求3．PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型系列應(yīng)統(tǒng)一4．在線編程和離線編程的選擇6.2.2PLC容量估算

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

1．I/O點(diǎn)數(shù)的估算

根據(jù)功能說(shuō)明書，可統(tǒng)計(jì)出PLC系統(tǒng)的開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)及模擬量I/O通道數(shù)，以及開關(guān)量和模擬量的信號(hào)類型。應(yīng)在統(tǒng)計(jì)后得出I/O總點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上，增加10％～15％的裕量。選定的PLC機(jī)型的I/O能力極限值必須大于I/O點(diǎn)數(shù)估算值，并應(yīng)盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應(yīng)留有30％左右的裕量。6.2.3I/O模塊的選擇1．開關(guān)量輸入模塊的選擇PLC的輸入模塊用來(lái)檢測(cè)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)(如按鈕、行程開關(guān)、溫控開關(guān)、壓力開關(guān)等)電平信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號(hào)。開關(guān)量輸入模塊按輸入點(diǎn)數(shù)分，常用的有8點(diǎn)、12點(diǎn)、16點(diǎn)、32點(diǎn)等；按工作電壓分，常用的有直流5V、12V、24V，交流110V、220V等；按外部接線方式又可分為匯點(diǎn)輸入、分隔輸入等。選擇輸入模塊主要應(yīng)考慮以下兩點(diǎn)：(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)(如按鈕、行程開關(guān))與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來(lái)選擇電壓的高低。一般，24V以下屬低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12V電壓模塊一般不超過(guò)10m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。(2)高密度的輸入模塊，如32點(diǎn)輸入模塊，允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)數(shù)的60％。

2．開關(guān)量輸出模塊的選擇

輸出模塊的任務(wù)是將PLC內(nèi)部低電平的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向可控硅輸出和晶體管輸出。1)輸出方式的選擇

繼電器輸出價(jià)格便宜，使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬間過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，且有隔離作用。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動(dòng)作不頻繁的交/直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載時(shí)，最大開閉頻率不得超過(guò)1Hz。晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的反壓，必須采取抑制措施。6.2.4分配輸入/輸出點(diǎn)一般輸入點(diǎn)與輸入信號(hào)、輸出點(diǎn)與輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的；在個(gè)別情況下，也有兩個(gè)信號(hào)用一個(gè)輸入點(diǎn)的，那樣就應(yīng)在接入輸入點(diǎn)前，按邏輯關(guān)系接好線(如兩個(gè)觸點(diǎn)先串聯(lián)或并聯(lián))，然后再接到輸入點(diǎn)。1.明確I/O通道范圍不同型號(hào)的PLC，其輸入/輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選PLC型號(hào)，弄清相應(yīng)的I/O點(diǎn)地址的分配。2.內(nèi)部輔助繼電器內(nèi)部輔助繼電器不對(duì)外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器時(shí)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)處理用。根據(jù)程序設(shè)計(jì)的需要，應(yīng)合理安排PLC的內(nèi)部輔助繼電器，在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中應(yīng)詳細(xì)列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復(fù)使用。3．分配定時(shí)器/計(jì)數(shù)器對(duì)用到定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的控制系統(tǒng)，注意定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的編號(hào)不能相同。若掃描時(shí)間較長(zhǎng)，則要使用高速定時(shí)器以保證計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。6.2.5安全回路設(shè)計(jì)安全回路起保護(hù)人身安全和設(shè)備安全的作用，它應(yīng)能獨(dú)立于PLC工作，并采用非半導(dǎo)體的機(jī)電元件以硬接線方式構(gòu)成。確保系統(tǒng)安全的硬接線邏輯回路，在以下幾種情況下將發(fā)揮安全保護(hù)作用：①PLC或機(jī)電元件檢測(cè)到設(shè)備發(fā)生緊急異常狀態(tài)時(shí)；②PLC失控時(shí)；③操作人員需要緊急干預(yù)時(shí)。設(shè)計(jì)安全回路的任務(wù)包括以下內(nèi)容：(1)確定控制回路之間邏輯和操作上的互鎖關(guān)系；(2)設(shè)計(jì)硬回路以提供對(duì)過(guò)程中重要設(shè)備的手動(dòng)安全性干預(yù)手段；(3)為PLC定義故障形式和重新啟動(dòng)特性。(3)程序結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)；(4)軟件設(shè)計(jì)規(guī)格說(shuō)明書編制；(5)用編程語(yǔ)言、PLC指令進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；(6)軟件測(cè)試；(7)程序使用說(shuō)明書編制。6.3.2PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)步驟根據(jù)可編程序控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝要求，在軟件規(guī)格說(shuō)明書的基礎(chǔ)上，編制實(shí)際應(yīng)用程序并形成程序說(shuō)明書的過(guò)程就是應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。1.制定設(shè)備運(yùn)行方案制定方案就是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，分析各輸入、輸出與各種操作之間的邏輯關(guān)系，確定需要檢測(cè)的量和控制的方法，并設(shè)計(jì)出系統(tǒng)中各設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序。據(jù)此便可畫出流程圖。2.畫控制流程圖對(duì)于較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，可省去這一步。3.制定系統(tǒng)的抗干擾措施根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境、干擾源的性質(zhì)等因素，綜合制定系統(tǒng)的硬件和軟件抗干擾措施，如硬件上的電源隔離、信號(hào)濾波，軟件上的平均值濾波等。4.編寫程序根據(jù)被控對(duì)象的輸入/輸出信號(hào)及所選定的PLC型號(hào)分配PLC的硬件資源，為梯形圖的各種繼電器或接點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，再按照軟件規(guī)格說(shuō)明書(技術(shù)要求、編制依據(jù)、測(cè)試)，用梯形圖進(jìn)行編程。6.4PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.工藝過(guò)程及控制要求

1)工藝過(guò)程圖6.1所示為一簡(jiǎn)易物料搬運(yùn)機(jī)械手的工藝流程圖。該機(jī)械手是一個(gè)水平/垂直位移的機(jī)械設(shè)備，其操作是將工件從左工作臺(tái)搬運(yùn)到右工作臺(tái)，由光耦合器VLC來(lái)檢測(cè)工作臺(tái)上有沒(méi)有工件。機(jī)械手通常位于原點(diǎn)，它的動(dòng)作全部由氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸則由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈二位電磁閥控制，放松/夾緊由一個(gè)單線圈二位電磁閥(稱為夾緊電磁閥)控制。圖6.1搬運(yùn)機(jī)械手工藝流程圖

2)控制要求機(jī)械手整個(gè)搬運(yùn)過(guò)程要求都能自動(dòng)控制。在啟動(dòng)過(guò)程中能切換到手動(dòng)控制及自動(dòng)控制或半自動(dòng)控制(又稱單周期控制)，以便對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修。圖6.2是機(jī)械手控制系統(tǒng)的邏輯流程圖。系統(tǒng)啟動(dòng)之前，機(jī)械手處于原始位置，條件是機(jī)械手在高位﹑左位。圖6.2機(jī)械手控制的程序流程圖表6.1I/O地址分配(1)夾緊定時(shí)器T1，定時(shí)5s；(2)放松定時(shí)器T2，定時(shí)5s；(3)自動(dòng)方式標(biāo)志M0.0；(4)單動(dòng)方式標(biāo)志M0.1；(5)手動(dòng)方式標(biāo)志M0.2；(6)結(jié)束標(biāo)志M0.5。3)其它地址分配3.機(jī)械手程序設(shè)計(jì)1)邏輯功能塊(子程序)邏輯功能塊包括兩個(gè)部分：自動(dòng)方式或單動(dòng)方式控制(FC10)和手動(dòng)方式控制(FC11)。(1)自動(dòng)方式或單動(dòng)方式控制(FC10)的具體程序(梯形圖表示)如圖6.3所示。(2)手動(dòng)方式控制(FC11)的具體程序(梯形圖表示