第10章 PLC控制系统设计.ppt

1、第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 学习内容 PLC控制系统设计的基本原则 及步骤 PLC的选择 PLC控制系统硬件设计 PLC控制系统的软件设计 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 学习目标 掌握PLC控制系统的设计原则及步骤； 掌握PLC机型选择的方法； 掌握PLC输入输出线路及供电线路的设计方法； 掌握PLC用户程序的经验设计法及逻辑设计法。 第第1010章章

2、 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 为了实现生产工艺的控制要求，以提高生产 效率和产品质量，在设计PLC控制系统时，应遵循 以下基本原则： 最大限度地满足被控对象的控制要求。 在满足控制要求的前提下，力求使控制系 统简单、经济，使用、维修方便。 保证控制系统的安全、可靠。 考虑到生产的发展和工艺的改进，应适当 留有扩充裕量。 10.1.1 PLC控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则 10.1 PLC控制系统设计的基本原则及步骤 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通

3、高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 分析生产工艺过程， 明确控制要求 确定控制方案 选择PLC 硬件设计 软件设计 总装调试 是否符合 控制要求？ 软件调整 硬件调整 投入运行 10.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤控制系统设计的一般步骤 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 1分析生产工艺过程，明确工艺过程分析生产工艺过程，明确工艺过程 对电气控制的要求对电气控制的要求 2确定控制方案确定控制方案 3选择可编程控制器机型

4、选择可编程控制器机型 4硬软件设计硬软件设计 5总装调试总装调试 6编制技术说明书编制技术说明书 10.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤控制系统设计的一般步骤 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 随着PLC的推广普及，PLC产品的种类越来越 多，而且功能也日趋完善。PLC的品种繁多，其结 构形式、性能、存储容量、指令系统、编程方法、 价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此， 合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济 指标起着重要的作用。 10.2 PLC的选择的选择

5、 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 1结构合理结构合理 2功能合理功能合理 3机型统一机型统一 4是否在线编程是否在线编程 10.2.1 机型的选择机型的选择 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 1PLC控制系统IO点数的估算 2输入输出模块的选择 10.2.2 输入输出的选择输入输出的选择 1内存利用率内存利用率 2开关量输入输出点数开关量输入输出点数 3模拟量

6、输入输出点数模拟量输入输出点数 4程序编写质量程序编写质量 10.2.3 内存估计内存估计 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 PLC控制系统的硬件设计包括设计 PLC输入输出接线原理图、PLC供电系 统图以及选择输入输出元器件等工作。 10.3 PLC控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 设计输入输出电路通常还要考虑一下问题：

7、1）一般情况下，输入输出器件可以直接与 PLC的输入输出端子相连，但是，当配线距离较长 或接近强干扰源、或大负荷频繁通断的外部信号， 最好加中间继电器再次隔离。 2）输入电路一般由PLC内部提供电源，输出 电路需根据负载额定电压和额定电流外接电源。 输出电路需注意每个输出点可能输出的额定电流 及公共端子的总电流的大小。 10.3.1 PLC输入输入/输出电路的设计输出电路的设计 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 输出电路的设计 AC220V FR 1L Q0.0 N L Q0.

8、1 R C KM1 KM2 R C KM2 KM1 3）对于双向晶闸管及 晶体管输出型的PLC，如输 出点接感性负载，为保证输 出点的安全和防止干扰，需 并接过电压吸收回路。 对交流负载应并接浪涌 吸收回路，如阻容电路（电 阻取51120，电容取 0.10.47F，电容的额定电 压应大于电源峰值电压 ） 或压敏电阻。 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 DC220V FR YV1 VD1 YV2 VD2 . . 传感器 R S7-200 CPU214 M M L+ L 1M I0

9、.0 1L I0.1 Q0.0 I0.2 Q0.1 对直流负 载需并接续流 二极管，续流 二极管可以选 1A的管子， 其额定电压应 大于电源电压 的三倍。 输出电路的设计 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 4）当接近开关、光电开关这一类两线式传感器的漏 电流较大时，可能出现故障的输入信号。通常在输入端并 联旁路电阻，以减小输入电阻。旁路电阻的阻值R可由下 式确定： 式中I为传感器漏电流，Ue、Ie分别是PLC的额定输 入电压和额定输入电流，UL是PLC输入电压低电平的上限 值。

10、 L ee ee U IUR IUR I / / 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 5）为防止负载短路损坏PLC，输出公共端需 加熔断器保护。 6）对重要的互锁，如电动机正反转等，需在 外电路中用硬件再互锁。 7）对输入点不够时，可参考下列方法扩展： 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 硬件逻辑组合输入法 1M I0.0 I0.1 SB3 SB4 SB5 FR1

11、FR2 FR3 M L+ 硬件逻辑组 合输入法 对两地操 作按钮、安全 保护开关等可 先进行串并联 后再接入PLC 输入端子。 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 SB1 1M I0.0 I0.1 SB2 SB3 译码输入法 L+ M 译码输入法 硬件逻辑 组合输入法 对 在工艺上绝对 不可能同时出 现的的开关信 号，用二极管 译码的方法扩 展输入点。 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材

12、 PLC应用技术第2版 分组输入法 对在工艺中 不同工作方式使 用的输入点，可 通过外电路分组 的方法达到扩展 输入点的目的。 SQ1 1M I0.0 I0.1 I0.5 L+ M SQ2 SB2 SB1 分组输入法 自 手 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 1M 1L I0.0 Q0.0 I0.1 Q0.1 I0.2 Q0.2 I0.3 L+ M 二极管矩阵输入法 矩阵输入法 当PLC的输出点 富裕且输入点不够 用时，可通过对输 出点的扫描，实现 二极管矩阵输入， 从而大大扩

13、展输入 点数。 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 1L AC220V 输入按钮的直接控制法 Q0.2 Q0.1 Q0.0 输入按钮直接控 制法 将输入按钮直接 连接在需要控制的 输出设备上，以减 少对输入点数的使 用。 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 AC220V 输出分组控制法 分组控制法 对不同时工作的 负载，可通过分组

14、控 制的方法减少输出点 的使用。 8）对输出点不够时，可参考下列方法扩展： 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 AC220V AC220V K1 K2 K3 输出继电器接点译码法 K3 K3 K2 K2 K1 输出继电器接 点译码法 通过输出继 电器接点译码可 扩展输出点。 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 1）电源进线处应该设

15、置紧急停止PLC的硬线主 控继电器(Master Control Relay)，它可以专用一只 零压继电器，也可以借用液压泵电机接触器的常开 触点。 2）用户电网电压波动较大或附近有大的电磁 干扰源，需在电源与PLC间加设隔离变压器或电源滤 波器，使用隔离变压器的供电。 3）当输入交流电断电时，应不破坏控制器程序 和数据，故使用UPS供电。 4)在控制系统不允许断电的场合，考虑供电电 源的冗余，采用双路供电。 10.3.2 PLC供电系统的设计供电系统的设计 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC

16、应用技术第2版 PLC的主机和扩展单元可以和电源断路器、 控制变压器、主控继电器以及保护电器一起安装 在控制柜内，既要防水、防粉尘、防腐蚀，又要 注意散热，若PLC的环境温度大于550C时，要用 风扇强制冷却。 与PLC装在同一个开关柜内、但不是由PLC控 制的电感性元件，如接触器的线圈，应并联消弧 电路，保证PLC不受干扰。 PLC在柜内应远离动力线，两者之间的距离 应大于200mm,PLC与柜壁间的距离不得小于 100mm，与顶盖、底板间距离要在150mm以上。 10.3.3 电气柜结构设计电气柜结构设计 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级

17、规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 1）PLC系统应单独接地，其按地电阻应小于100， 不可与动力电网共用接地线，也不可接在自来水管或 房屋钢筋构件上，但允许多个PLC机或与弱电系统共用 接地线，接地极应尽量靠近PLC主机。 2）敷设控制线时要注意与动力线分开敷设（最好 保持200mm以上的距离），分不开时要加屏蔽措施， 屏蔽要有良好接地。控制线要远离有较强的电气过渡 现象发生的设备（如晶闸管整流装置、电焊机等）。 交流线与直流线、输入线与输出线都最好分开走线。 开关量、模拟量I/O线最好分开敷设，后者最好用屏蔽 线。 10.3.4 现场布线图设计现场布线图设计

18、 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 104 PLC控制系统的软件设计控制系统的软件设计 1绘制系统控制流程图绘制系统控制流程图 2编制程序编制程序 3程序测试程序测试 4编制程序设计说明书编制程序设计说明书 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.4.1 梯形图的经验设计法梯形图的经验设计法 在PLC应用的初期，大多数工程技术人员设计继 电接触控制电路的习惯，基

19、本上还是沿用设计继电接 触控制电路图的方法来设计PLC应用程序的梯形图， 这种方法即称为梯形图的经验设计法。 用经验法设计复杂系统的梯形图应用程序，存在 着以下一些问题： 1设计方法不规范，难于掌握，设计周期长设计方法不规范，难于掌握，设计周期长 2装置交付使用后维修困难装置交付使用后维修困难 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.4.2 梯形图的逻辑设计法梯形图的逻辑设计法 1. 1. 逻辑函数与梯形图程序的对应关系逻辑函数与梯形图程序的对应关系 “与”、“或”、“非”是逻

20、辑函数的三种基本表达 形式，与PLC的语句表、梯形图指令有着相互对应的关系 ，可以方便的进行转化。 与 F = A B LD I0.0 A I0.1 = Q0.0 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.4.2 梯形图的逻辑设计法梯形图的逻辑设计法 1. 1. 逻辑函数与梯形图程序的对应关系逻辑函数与梯形图程序的对应关系 “与”、“或”、“非”是逻辑函数的三种基本表达 形式，与PLC的语句表、梯形图指令有着相互对应的关系 ，可以方便的进行转化。 或 F = A+B LD I0.

21、0 O I0.1 = Q0.0 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.4.2 梯形图的逻辑设计法梯形图的逻辑设计法 1. 1. 逻辑函数与梯形图程序的对应关系逻辑函数与梯形图程序的对应关系 “与”、“或”、“非”是逻辑函数的三种基本表达 形式，与PLC的语句表、梯形图指令有着相互对应的关系 ，可以方便的进行转化。 非 F= LD I0.0 NOT = Q0.0 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类

22、专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.4.2 梯形图的逻辑设计法梯形图的逻辑设计法 1. 1. 逻辑函数与梯形图程序的对应关系逻辑函数与梯形图程序的对应关系 “与”、“或”、“非”是逻辑函数的三种基本表达 形式，与PLC的语句表、梯形图指令有着相互对应的关系 ，可以方便的进行转化。 与 非 F = LD I0.0 A I0.1 NOT = Q0.0 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.4.2 梯形图的逻辑设计法梯形图的逻辑设计法 1. 1. 逻辑函数与梯形图程序的对应关

23、系逻辑函数与梯形图程序的对应关系 “与”、“或”、“非”是逻辑函数的三种基本表达 形式，与PLC的语句表、梯形图指令有着相互对应的关系 ，可以方便的进行转化。 或 非 F= LD I0.0 O I0.1 NOT = Q0.0 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.4.2 梯形图的逻辑设计法梯形图的逻辑设计法 1. 1. 逻辑函数与梯形图程序的对应关系逻辑函数与梯形图程序的对应关系 “与”、“或”、“非”是逻辑函数的三种基本表达 形式，与PLC的语句表、梯形图指令有着相互对应的

24、关系 ，可以方便的进行转化。 与 或 F= A B + CD LD I0.0 A I0.1 LD I0.2 A I0.3 OLD = Q0.0 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.4.2 梯形图的逻辑设计法梯形图的逻辑设计法 1. 1. 逻辑函数与梯形图程序的对应关系逻辑函数与梯形图程序的对应关系 “与”、“或”、“非”是逻辑函数的三种基本表达 形式，与PLC的语句表、梯形图指令有着相互对应的关系 ，可以方便的进行转化。 或 与 F= (A +B) ( C+D) LD I0

25、.0 O I0.2 LD I0.1 O I0.3 ALD = Q0.0 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.4.2 梯形图的逻辑设计法梯形图的逻辑设计法 2.2.梯形图程序的组合逻辑设计法梯形图程序的组合逻辑设计法 组合逻辑系统的主要特征是输出信号的变化仅仅与输入信号的变化 有关，即输入信号变化，输出信号就做相应变化，不受其他信号影响 。组合逻辑设计法的关键是找出输入、输出信号之间的逻辑关系，并 用逻辑函数来表达它们之间的关系。 在PLC梯形图程序设计中，组合逻辑设计法适合

26、于设计开关量控制 程序，它在对控制系统的控制任务进行逻辑分析之后，将控制系统中 输入输出元件视为逻辑变量，通过列写元件状态表，理清输入输出变 量之间的关系，进而写出逻辑函数表达式，再经过进一步化简后，可 利用PLC逻辑指令顺利地设计出满足要求且较为简练的PLC程序。这种 方法设计思路清晰，所编写的程序易于优化。 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.4.2 梯形图的逻辑设计法梯形图的逻辑设计法 2.2.梯形图程序的组合逻辑设计法梯形图程序的组合逻辑设计法 组合逻辑设计法进行梯

27、形图程序设计的一般步骤 1）明确控制任务和控制要求。通过分析工艺过程明确控制任务及 要求，进而明确输入输出变量的个数、符号及状态。 2）绘制系统输入输出状态表。通过绘制输入输出状态表，进一步 明确各输入输出变量之间的关系。 3）列写输出状态表达式，即函数表达式，并用最简形式表示。这 一过程实际上是一个将物理过程抽象为数学表达式的过程。 4）将逻辑函数表达式转化为PLC程序。 5）根据控制要求，结合编程者的经验，进一步补充完善PLC程序。 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.

28、4.2 梯形图的逻辑设计法梯形图的逻辑设计法 3.3.时序逻辑设计法时序逻辑设计法 时序逻辑系统的主要特征是输出信号的变化受时间的控 制，即当定时时间到时，或某工作环节完成时，输出信号 就做相应变化。时序逻辑设计法的关键是找出输出信号在 时间信号作用下的变化规律，这个时间信号，既可以是设 定的时间，也可以是某个工作环节完成的时间。 在PLC梯形图程序设计时，时序逻辑设计法适用于PLC输 出信号按一定的时间顺序工作的场合，在程序设计时根据 绘出的输出信号时序图，理顺各状态转换的时刻和转换条 件，找出输出与输入及内部触点的逻辑关系，进而设计出 所需要的梯形图程序 第第1010章章 PLCPLC控制

29、系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 10.4.2 梯形图的逻辑设计法梯形图的逻辑设计法 3.3.时序逻辑设计法时序逻辑设计法 时序逻辑设计法进行梯形图程序设计的一般步骤 1）根据控制要求，明确输入输出信号个数、符号； 2）明确输入输出信号之间的时序关系，绘出输入输出信号的工 作时序图； 3）将时序图划分成若干个时间区段，找出区段间的分界点，弄 清分界点处输出信号状态的转换关系和转换条件； 4）对PLC的I/O、内部辅助继电器和定时器/计数器等进行分配； 5）列出输出信号的逻辑表达式，根据逻辑表达式画出梯形图； 6

30、）通过模拟调试，检查程序是否符合控制要求，结合经验设计 法进一步修改程序。 第第1010章章 PLCPLC控制系统设计控制系统设计 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 PLC应用技术第2版 本章小结本章小结 PLC控制系统的设计是使用PLC的前提，能否充分利用PLC的资源，实现 系统的最优配置，是PLC控制系统硬软件设计要解决的关键问题。 1PLC控制系统的设计原则是：最大限度地满足被控对象的控制要求； 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用、维修方便； 保证控制系统的安全、可靠；考虑到生产的发展和工艺的改进，应适当留 有扩充裕量。 2PLC控制系统的设计步骤主要是：分析生产工艺过程，明确工艺过 程对电气控制的要求；确定控制方案；选择可编程控制器机型；硬软件 设计；总装调试；编制技术说明书。 3PLC的机型选择主要包括以下内容：机型的选择；输入/输出的选 择；内存的估计；响应时间。 4PLC控制系统的硬件设计的主要内容是：PLC输入/输出电路的设计； PLC供电系统的设计；电气柜结构设计；现场布线图设计；器件、导 线选择。 5PLC控制系统的软件设计步骤是：绘制系统控制系统流程图；编 制程序；程序测试；编写程序设计说明书。梯形图程序设计方法常用的是： 经验设计法、逻辑设计法和功能图设计法。