中職教育-機床電氣及plc控制(高教版)課件：課題十-PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(李乃夫-劉鵬飛-韓俊青)編

《電工電子技術(shù)》主編李乃夫劉鵬飛

韓俊青副主編

王洪華

宋

陽

王燕燕參

編

周偉賢

周文煜

張軍枚

教學課件“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材【學習目標】

1.了解PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般方法與步驟。2.培養(yǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計的初步能力，能夠設(shè)計簡單的PLC控制系統(tǒng)。3.能夠編制基本的技術(shù)文件。課題10PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計【新課導(dǎo)入】

1.簡略回顧課題9的內(nèi)容并盡快導(dǎo)入本課。

2.簡略介紹本課題（教材“項目10”）的主要教學內(nèi)容與4學時的教學安排?！緦W習任務(wù)】學習任務(wù)10.1：設(shè)計方法學習任務(wù)10.2：選題解讀學習任務(wù)10.3：選題設(shè)計學習任務(wù)10.1設(shè)計方法

PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法與步驟

一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計的基本原則是：⑴應(yīng)能最大限度地滿足控制對象的工藝要求，保證能按照工藝流程準確且可靠地工作。⑵系統(tǒng)的構(gòu)成應(yīng)力求簡單、實用，系統(tǒng)易操作，使用維修方便。⑶設(shè)計合理、經(jīng)濟，投資少，節(jié)約能源。⑷考慮到今后生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進的可能，在配置硬件設(shè)備時可適當留有擴展容量的余地。學習任務(wù)10.1設(shè)計方法

PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法與步驟

二、選用PLC

控制系統(tǒng)的依據(jù)

隨著PLC應(yīng)用技術(shù)的不斷普及，使得當今的工程技術(shù)人員在設(shè)計電氣控制系統(tǒng)時，會有更多的機會考慮選用PLC控制。在傳統(tǒng)的繼電器－接觸器控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)這三種控制方式中，究竟選取哪一種更為合適，這需要從技術(shù)上的適用性、經(jīng)濟上的合理性等各方面進行比較論證。這里提供幾點依據(jù)，僅供參考：⑴現(xiàn)場處于較差的工業(yè)環(huán)境，而對控制系統(tǒng)的工作可靠性、安全性要求又比較高。⑵控制對象的工藝流程比較復(fù)雜，輸入、輸出量以開關(guān)量為主(可以有少量的模擬量)，而邏輯控制部分采用繼電器

控制難以實現(xiàn)。學習任務(wù)10.1設(shè)計方法

PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法與步驟

二、選用PLC

控制系統(tǒng)的依據(jù)⑶I/O點數(shù)較多。這是一個相對的概念。在20世紀70年代，人們普遍認為I/O點數(shù)應(yīng)在70點以上選用PLC才合算；到了80年代，降為40點左右；現(xiàn)在，隨著PLC性價比的不斷提高，當總點數(shù)達10點以上就可以考慮選用PLC了。⑷有較大的工藝流程變化或控制系統(tǒng)擴充的可能性。

三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

下面以小型PLC的單機控制系統(tǒng)為例，介紹PLC控制系統(tǒng)設(shè)計和制作的基本步驟，如圖10-1所示。

⒈分析控制對象及其工藝流程

作為設(shè)計控制系統(tǒng)的第一步，首先要對控制對象進行調(diào)查研究，搞清楚控制對象的工藝過程和控制要求，主要有：(P309)圖10-1PLC控制系統(tǒng)基本設(shè)計步驟流程圖學習任務(wù)10.1設(shè)計方法

PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法與步驟

三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟⑴弄清楚整個控制過程的各個階段和各階段的特點，以及各階段之間的轉(zhuǎn)換條件，并畫出工藝流程圖；⑵了解機械運動部件的驅(qū)動、傳動方式(是電動、氣動還是液壓)，運動部件與電器元件之間的關(guān)系；⑶了解輸入、輸出的信號(開關(guān)量、模擬量)和元件(輸入開關(guān)、傳感器，輸出執(zhí)行元件)；⑷了解控制系統(tǒng)的一些具體要求，如：是全自動還是半自動,有無手動控制、調(diào)整的要求,自動控制是周期性循環(huán)運行還是單周運行，有無顯示、監(jiān)控、故障診斷、報警的要求等等。PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法與步驟

三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

⒉選擇PLC機型PLC機型的選擇主要有功能選擇、I/O點數(shù)確定和內(nèi)存估計等三項內(nèi)容。⑴功能選擇

當今的PLC產(chǎn)品性能日趨完善，作為以開關(guān)量控制為主的單機控制系統(tǒng)，一般的小型機均能夠適合一般控制系統(tǒng)的要求。在選擇時，還要考慮I/O擴展模塊、A/D與D/A轉(zhuǎn)換模塊、高速計數(shù)模塊的配置，以及指令功能、中斷能力和與外設(shè)的通信功能。在選型時應(yīng)根據(jù)實際的需要，切忌“大材小用”造成浪費。⑵I/O點數(shù)的確定PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法與步驟

三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

⒉選擇PLC機型

根據(jù)控制系統(tǒng)所需要的開關(guān)量、模擬量的I/O點數(shù)，選擇PLC的I/O點數(shù)和種類(包括開關(guān)量、模擬量、輸出規(guī)格等)。在滿足控制要求的前提下，還要考慮價格和備用量兩個因素：盡量簡化系統(tǒng)的I/O點數(shù)以選用點數(shù)較少的機型可以降低成本；在可能的條件下留出10%～30%的備用裕量，以供系統(tǒng)增加功能時使用。⑶內(nèi)存容量估計

用戶程序所需要的內(nèi)存容量主要與系統(tǒng)的I/O點數(shù)、控制難度及程序編制的水平有關(guān)，可按式（10-1）估算，再加上20%～30%的裕量。PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法與步驟

三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

⒉選擇PLC機型

內(nèi)存容量＝開關(guān)量I/O總點數(shù)×10＋模擬量通道數(shù)×100(字節(jié))（10-1）

⒊程序規(guī)劃

程序規(guī)劃的主要內(nèi)容是確定程序的總體結(jié)構(gòu)、各控制功能的程序?qū)崿F(xiàn)方式以及各程序塊之間的銜接方式。同時應(yīng)將I./O端口及內(nèi)部寄存器使用的編排列表，以供程序設(shè)計時使用。

此后，就可以同步進行控制系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計工作了。

⒋硬件設(shè)計

硬件部分的設(shè)計、配置包括外部電路的設(shè)計、繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖和總接線圖、設(shè)計組件的裝配圖和接線圖，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計與制作電氣控制柜(操作臺)，并進行PLC

的安裝與配線。PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法與步驟

三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

⒌軟件設(shè)計

在進行硬件設(shè)計、配置的同時，可同步進行程序的設(shè)計、調(diào)試工作。

程序設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求，把工藝流程圖轉(zhuǎn)換成程序(梯形圖或助記符)。程序設(shè)計可根據(jù)需要采用所熟悉的方法，如經(jīng)驗法、狀態(tài)流程圖法、邏輯法等，或各種方法綜合使用。

在程序編制好后，將程序輸入PLC中，可用開關(guān)板和指示燈(或利用PLC面板上的輸出指示燈)模擬輸入信號和執(zhí)行電器，進行程序初調(diào)。及時發(fā)現(xiàn)程序中的問題進行修改。PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法與步驟

三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟⒍現(xiàn)場調(diào)試與試運行

在軟、硬件的設(shè)計、裝配、初調(diào)工作基本完成后，可進行現(xiàn)場調(diào)試。在調(diào)試之前，應(yīng)該對PLC控制系統(tǒng)進行一次全

面地檢查，檢查的主要內(nèi)容和步驟見(P311)表10-1中。

經(jīng)過檢查，在確認各方面都正常的情況下，可接通電源，將主機的工作方式開關(guān)置于“RUN”擋，進行試運行，按照程序設(shè)計流程圖的逐步調(diào)試。對一些待定的參數(shù)(如定時器的預(yù)置值)，應(yīng)在現(xiàn)場進行整定。對調(diào)試中出現(xiàn)的問題，要對癥查找原因。試運行的時間應(yīng)足夠長，盡可能讓各種異常情況充分暴露，以得到解決，最后達到整個系統(tǒng)準確可靠地工作為止。最后根據(jù)調(diào)試的結(jié)果整理出完整的技術(shù)文件。學習任務(wù)10.2選題解讀選題1：電鍍自動線PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

一、電鍍自動線簡介(P312)圖10-2電鍍自動線示意圖選題1：電鍍自動線PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

一、電鍍自動線簡介

圖10-2為電鍍自動線示意圖，該電鍍線共有四個缸：由右至左依次為電鍍缸、清洗缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，最左邊為懸掛電鍍工件的位置。SQ3～SQ7分別為各個工位的行程開關(guān)，SQ1、SQ2為吊鉤上、下極限位置行程開關(guān)。電鍍的整個工藝過程為：待電鍍的工件掛在最左邊的掛件架上，當按下起動開關(guān)SB1，吊車的吊鉤(圖中未畫出)上升將工件提起，升至吊鉤的上限位置碰及行程開關(guān)SQ1停下；然后吊車向右前行(電動機正轉(zhuǎn))，到電鍍缸的位置碰SQ7停下；然后吊鉤下降(降至碰SQ2停止)，將工件浸入電鍍液中；工件在電鍍缸內(nèi)電鍍2min，然后吊鉤提起；吊車左行后退(電動機反轉(zhuǎn))至清洗缸Ⅰ(碰SQ6)；吊鉤下降，將工件浸入清水中清洗10s；然后吊鉤提起，再到清洗缸Ⅱ、清洗缸Ⅲ各清洗10s，……，最后返回原位，將電鍍好的工件放下，一個工作循環(huán)結(jié)束。整個過程共19個工步的狀態(tài)流程圖如圖10-3所示，控制該過程所使用的主令電器及定時器列于表10-2。(P313)圖10-3

電鍍工藝流程圖選題1：電鍍自動線PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

二、控制要求⑴吊車的運行和吊鉤的升降分別由電動機M1、M2拖動。M1和M2均采用籠型三相異步電動機，主要參數(shù)為：M1─1.5kW，380V，3.7A，1400r/min；M2─0.75kW，380V，2.1A，1390r/min。⑵按上述工作流程進行自動控制，并設(shè)有吊車前、后行，吊鉤升、降點動控制按鈕各一個。⑶在吊車前、后行，吊鉤升、降的行程極限位置裝有限位保護行程開關(guān)SQ8～SQ11(見圖10-2)。⑷兩臺電動機均有短路和過載保護。電路有完善的各種常規(guī)電氣保護。并裝有電源、吊車前、后行、吊鉤升、降共五盞信號指示燈，指示燈規(guī)格為1W、6.3V。選題2：三層電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

一、三層電梯簡介

三層簡易電梯的結(jié)構(gòu)示意圖如圖10-4所示。電梯的上、下行由一臺三相異步電動機拖動，電動機正轉(zhuǎn)時電梯上升，反轉(zhuǎn)時下降。在一至三層的廳門外分別裝有呼喚電梯的開關(guān)SB1、SB2、SB3，呼喚指示燈H1、H2、H3。轎廂運行的井道內(nèi)裝有一至三層的位置控制行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3。在轎廂運行區(qū)間上、下行程終端裝有限位保護行程開關(guān)SQ4、SQ5。在電梯轎廂內(nèi)，裝有起動/停機開關(guān)SA1、報警按鈕SB6和故障報警電鈴HA，以及手動(點動)上、下行按鈕SB4、SB5。(P315)圖10-4三層簡易電梯結(jié)構(gòu)示意圖選題2：三層電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

二、控制要求⒈當有呼喚信號時，電梯根據(jù)呼喚層站和當前所在位置作出是上行還是下行的判斷；若有兩個呼喚信號，則響應(yīng)先發(fā)出的信號，到站后停留5s，再響應(yīng)后發(fā)出的信號；若有同方向的兩個信號，則可按順序執(zhí)行。例如：設(shè)電梯轎廂停在二樓，當有一樓的呼喚信號發(fā)出時，電梯下行，但此時又有三樓的呼喚信號發(fā)出，則電梯下行到一樓后停留5s，再上行到三樓。若在電梯離開一樓到達二樓的停層位置之前又有二樓的呼喚信號發(fā)出，則先到二樓停層5s后再上三樓。余此類推。⒉在電梯運行或停層時，均可操作起動/停機控制開關(guān)SA1使電梯暫停運行，此時可操作手動控制上、下行按鈕開關(guān)SB4、SB5點動轎廂上、下行。選題2：三層電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

二、控制要求⒊當轎廂超越行程終端限位位置或按下SB6時，電梯停止運行，并由報警電鈴HA發(fā)出故障報警信號。⒋三層電梯的最大運行區(qū)間為兩層樓的距離，若一次起動運行的時間超過20s，則令電動機停轉(zhuǎn)并由HA報警。⒌電動機控制電路有各種常規(guī)的電氣保護，如短路保護、電動機過載保護、正反轉(zhuǎn)互鎖保護等。⒍主要電氣設(shè)備的參數(shù)：⑴拖動電動機M：5.5kW,380V,11.6A,1440r/min；⑵報警電鈴HA：8W,220V；⑶呼喚指示燈HL1、HL2、HL3：1W,6.3V。選題3：自動驗瓶機PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

自動驗瓶機的功能是自動檢測玻璃瓶是否合格，并把不合格品剔除。自動驗瓶機控制系統(tǒng)示意圖如圖10-5所示，其具體控制要求如下：⑴按下起動按鈕SB1，出瓶輸送帶電動機M3、回轉(zhuǎn)托瓶臺電動機M2、進瓶輸送帶電動機M1以8秒的時間間隔依次起動；按下停止按鈕SB2，則M1、M2、M3以2分鐘的時間間隔依次停止。⑵電動機M2運轉(zhuǎn)，驅(qū)動如下三個機構(gòu)同步運動：托瓶臺的間歇回轉(zhuǎn)、托瓶臺上瓶子的勻速自轉(zhuǎn)、進瓶星輪與出瓶星輪的旋轉(zhuǎn)。托瓶臺每轉(zhuǎn)過一個工位，光電開關(guān)SQ輸出一個脈沖。⑶由進瓶輸送帶送來的瓶子，由進瓶星輪送入工位1，隨著托瓶臺的間歇運轉(zhuǎn)，逐一到達工位2～6。瓶子分別在工位2、工位3、工位4檢測，若檢測不合格則輸出一個脈沖；當不合格瓶子到達工位5時，電磁閥YV動作，把瓶子撥落托瓶臺；而合格品到達工位6，由出瓶星輪送往出瓶輸送帶。選題3：自動驗瓶機PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(P318)圖10-5自動驗瓶機控制系統(tǒng)示意圖步驟一：了解控制要求

步驟二：器材準備⒈確定PLC機型和I/O端口分配⒉配置器材步驟三：PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

進行電鍍自動線PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括：⒈根據(jù)控制要求選用FX2N系列PLC主機，進行控制系統(tǒng)硬件、軟件的設(shè)計。⒉利用模型(或模擬開關(guān)板)調(diào)試程序，模擬運行。工作步驟學習任務(wù)10.3選題設(shè)計步驟三：PLC控制系統(tǒng)設(shè)計⒊編寫設(shè)計說明書，基本內(nèi)容應(yīng)包括：⑴設(shè)計過程和有關(guān)說明；⑵PLC控制系統(tǒng)的電路圖(用3號圖幅)；⑶PLC控制程序(梯形圖和助記符)；⑷電器元件的選擇和計算過程；⑸電氣設(shè)備明細表；⑹其他認為需要說明的問題(如程序的調(diào)試過程，遇到的問題及解決方法，認識和建議等)；⑺參考資料目錄。工作步驟