三菱FX系列PLC原理及應(yīng)用 課件 第8章可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

PLC控制

系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)例值不值得做？該不該做？如何去做PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容設(shè)計(jì)步驟：1.熟悉被控對(duì)象，明確控制要求2.確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.硬件和軟件設(shè)計(jì)4.現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)運(yùn)行軟硬件總調(diào)試5．技術(shù)文件的整理作為當(dāng)代工程師，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不僅要進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)，還要綜合考慮多方面因素，從經(jīng)濟(jì)角度考查值不值得做，從社會(huì)角度考慮該不該做。（PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容）設(shè)計(jì)步驟1.熟悉被控對(duì)象，明確控制要求首先應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料分析系統(tǒng)的工藝要求。在1960年冬天，清華大學(xué)鄭維敏就帶領(lǐng)著學(xué)生，為首鋼300小型軋鋼廠的設(shè)計(jì)，與廠里的技術(shù)工人緊密合作，連續(xù)幾個(gè)月深入在現(xiàn)場(chǎng)。自動(dòng)控制及系統(tǒng)工程專家鄭維敏2.確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定電氣控制系統(tǒng)是手動(dòng)、半自動(dòng)還是自動(dòng)方式，是單機(jī)還是多機(jī)控制。確定系統(tǒng)的功能，包括顯示、故障報(bào)警、通信和聯(lián)網(wǎng)等。選擇PLC的機(jī)型和容量，選擇I/O模塊、電源模塊等，輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等），輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）

，準(zhǔn)備好設(shè)備元器件清單。PLC選型規(guī)模與控制要求相適應(yīng)2.功能結(jié)構(gòu)與控制要求相適應(yīng)3.存儲(chǔ)器容量4.輸入、輸出功能及負(fù)載能力的選擇5.擴(kuò)展模塊配置存儲(chǔ)器容量：（1）內(nèi)存容量指令條數(shù)約等于：I/O總點(diǎn)數(shù)的10~15倍。（2）也可以綜合考慮內(nèi)存指令條數(shù)約等于：6*I/O總點(diǎn)數(shù)+2(T+C)，其中T為定時(shí)器個(gè)數(shù)，C為計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)。（3）對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，需要考慮增加內(nèi)存容量，模擬量通道數(shù)*100（字）和通信端口數(shù)*300（字）。3.硬件和軟件設(shè)計(jì)（1）硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)包括PLC選型，輸入輸出端口配置，電氣電路的設(shè)計(jì)與安裝。（2）軟件設(shè)計(jì)對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要按功能繪制系統(tǒng)軟件流程圖，設(shè)計(jì)出梯形圖，編制程序清單。對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試，并修改程序；對(duì)復(fù)雜的程序先進(jìn)行分段調(diào)試，然后進(jìn)行總調(diào)試。4.軟硬件總調(diào)試數(shù)字孿生技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能制造概念的推進(jìn)，使用仿真技術(shù)在虛擬環(huán)境中進(jìn)行PLC軟硬件的聯(lián)調(diào)也在推廣中，可以運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)通過虛擬的手段進(jìn)行調(diào)試。5.技術(shù)文件的整理技術(shù)文件包括：電氣原理圖、程序清單、端口接線圖，位置安裝圖和使用維修說明書等。程序設(shè)計(jì)方法1.經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法是根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的典型電路，正確分析控制要求，并確定各控制的關(guān)鍵點(diǎn)，這種方法的缺點(diǎn)是軟元件可能會(huì)使用較多，程序不夠簡(jiǎn)潔。2.模塊法將程序分成幾個(gè)控制模塊，比如初始化模塊、手動(dòng)程序模塊、自動(dòng)程序模塊、系統(tǒng)演示模塊和故障處理模塊等。通過主程序和子程序的調(diào)用實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。初始化模塊主程序手動(dòng)子程序自動(dòng)子程序3.邏輯代數(shù)法根據(jù)組合邏輯或時(shí)序邏輯，將輸出變量的邏輯關(guān)系表達(dá)式，利用邏輯代數(shù)的基本定律和運(yùn)算法則，根據(jù)表達(dá)式寫出梯形圖。這種編程方法，邏輯關(guān)系清楚，程序簡(jiǎn)潔。4.圖解法圖解法是通過繪制時(shí)序圖、流程圖、波形圖等設(shè)計(jì)方法，例如交通燈控制電路先繪制出時(shí)序圖，然后編寫梯形圖。邏輯代數(shù)法：時(shí)序圖：5.狀態(tài)轉(zhuǎn)移法對(duì)于較為復(fù)雜的加工程序，將控制過程分成若干個(gè)狀態(tài)，并可以使用分支結(jié)構(gòu)，繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖，適合采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移法編程。6.翻譯法翻譯法是將繼電器的控制電路原理圖直接翻譯成梯形圖，對(duì)于熟悉機(jī)電控制的人員常在技術(shù)改造中使用這種方法。X001X000X000X002Y002Y001Y002Y002Y001Y001SBSB1SB2KM1KM2KM2KM1KM2KM1梯形圖電路圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖程序設(shè)計(jì)的原則1.可讀性（1）增加程序注釋，程序塊注釋。包括每塊程序的注釋，關(guān)鍵段代碼的用途注釋，I/O變量和中間變量的注釋。（2）設(shè)計(jì)的程序流程要清晰，注意模塊化設(shè)計(jì)。（3）輸入輸出端口有規(guī)律，便于記憶與理解。（4）程序在設(shè)計(jì)時(shí)就對(duì)調(diào)試留有一定的余地，在調(diào)試完再進(jìn)行刪減整理。2.簡(jiǎn)單性程序設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)化的程序框架，經(jīng)常使用的功能，可以做成子模塊，多次調(diào)用。3.可靠性在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到急停、過載、超限、超時(shí)等情況，另外也要對(duì)非正常工作條件（如臨時(shí)停電）或非法操作（如一些按鈕不按順序按，或同時(shí)按若干按鈕），對(duì)非正常工作條件的出現(xiàn)，可以通過增加聯(lián)鎖等方式，使程序不會(huì)因?yàn)檎`操作出錯(cuò)，也可以增加一段程序用于處理誤操作情況，回到正常的程序。4.方便性在輸入輸出的設(shè)計(jì)中，以用戶為中心，輸入操作考慮方便用戶的設(shè)計(jì)，使用按鈕、旋鈕等方式，避免復(fù)雜不容易理解的設(shè)計(jì)；輸出采用指示燈、數(shù)碼管、觸摸屏等方式，讓用戶掌握運(yùn)行的流程。5.擴(kuò)展性在使用時(shí)可能會(huì)需要擴(kuò)展功能，因此設(shè)計(jì)時(shí)在硬件和軟件有考慮到擴(kuò)展性。硬件上留出足夠的余量，包括I/O端口以及通道口，軟件上在編寫的時(shí)把手動(dòng)、自動(dòng)和半自動(dòng)調(diào)試方式預(yù)留好。6.報(bào)警和故障處理對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中可能出現(xiàn)的情況，在設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)置聲光等方式進(jìn)行報(bào)警。故障處理時(shí)設(shè)置手動(dòng)處理和自動(dòng)處理，程序設(shè)置總復(fù)位功能，便于在設(shè)備出現(xiàn)故障情況下盡快恢復(fù)設(shè)備正常工作。以用戶為中心，精益求精全自動(dòng)洗衣機(jī)程序設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求：按電源按鈕啟動(dòng)按標(biāo)準(zhǔn)洗滌按鈕進(jìn)水

正反轉(zhuǎn)洗滌

排水

脫水整個(gè)洗滌過程循環(huán)3次蜂鳴器響3s后停機(jī)其中：正反轉(zhuǎn)洗滌是正轉(zhuǎn)2s

停1s

反轉(zhuǎn)2s

停1s，共循環(huán)三次采用模塊法邏輯代數(shù)法主控指令方法輸入輸出分配表模塊法使用三個(gè)子程序分別實(shí)現(xiàn)：正反轉(zhuǎn)洗滌排水脫水蜂鳴器報(bào)警主程序調(diào)用正反轉(zhuǎn)子程序洗滌三次子程序主程序調(diào)用脫水子程序邏輯代數(shù)法進(jìn)水電磁閥YOOO邏輯表達(dá)式：當(dāng)按下X001按鈕時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)洗完一次脫水定時(shí)器T5時(shí)間到啟動(dòng)，停止條件是進(jìn)水水位X002達(dá)到以及按下停止按鈕X010。正轉(zhuǎn)電機(jī)YOO2邏輯表達(dá)式進(jìn)水水位達(dá)到X002時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)正反轉(zhuǎn)一次后M1標(biāo)志位接通時(shí)啟動(dòng)，停止條件是定時(shí)器T1接通，正反轉(zhuǎn)三次C0。采用主控嵌套結(jié)構(gòu)采用三層主控嵌套結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的控制程序。將從進(jìn)水開始的洗滌大循環(huán)作為第一層主控結(jié)構(gòu)，當(dāng)按停止按鈕X010跳出主控；標(biāo)準(zhǔn)洗滌作為第二層主控結(jié)構(gòu)正反轉(zhuǎn)一次為第三層主控結(jié)構(gòu)采用主控嵌套結(jié)構(gòu)采用三層主控嵌套結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的控制程序。將從進(jìn)水開始的洗滌大循環(huán)作為第一層主控結(jié)構(gòu)，當(dāng)按停止按鈕X010跳出主控；標(biāo)準(zhǔn)洗滌作為第二層主控結(jié)構(gòu)正反轉(zhuǎn)一次為第三層主控結(jié)構(gòu)水箱水位控制程序設(shè)計(jì)水箱水位控制程序設(shè)計(jì)典型的過程控制系統(tǒng)采用PLC實(shí)現(xiàn)PID控制器，需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量送到PID控制器進(jìn)行控制運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過D/A轉(zhuǎn)換送回到控制被控對(duì)象。其中：KP為比例增益，Td為微分放大系數(shù)，Ti為積分時(shí)間常數(shù)。ev(t)為誤差信號(hào)，是sv(t)設(shè)定值與pv(t)測(cè)量值的差，ev(t)=sv(t)-pv(t)其中：D是輸出值的數(shù)據(jù)寄存器，對(duì)應(yīng)MV；S1對(duì)應(yīng)SV是目標(biāo)值的數(shù)據(jù)寄存器，S2對(duì)應(yīng)PV是測(cè)量值的數(shù)據(jù)寄存器，S3是參數(shù)的數(shù)據(jù)寄存器，參數(shù)占有S3開始的28個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。PID控制指令PID參數(shù)1.A/D轉(zhuǎn)換使用FX3U-4AD模塊實(shí)現(xiàn)A/D，A/D模塊為單元號(hào)0。采用通道1電壓輸入，通道2、3、4不用。2.PID控制PID控制的輸出存放在D2中放大8倍后，送到D30。PID轉(zhuǎn)換PID參數(shù)設(shè)置3.D/A轉(zhuǎn)換使用FX3U-4DA模塊