PLC编程与应用第11章-PLC应用系统设计课件.ppt

1、1分析控制对象，确定控制内容分析控制对象，确定控制内容这是设计功能良好的PLC控制系统的前提和基础。（1）深入了解和详细分析被控对象（生产设备或生产过程）的工作原理及工艺流程，画出工作流程图。（2）列出该控制系统应具备的全部功能和控制范围。（3）拟定控制方案使之能最大限度地满足控制要求，并保证系统简单、经济、安全、可靠。2硬件设计硬件设计硬件设计包括PLC的选型，I/O点的分配，安全回路的设计和可靠性设计等，将在11.2节详细介绍。3软件设计软件设计软件设计采用我们前面第八章介绍的程序设计方法对整个系统进行软件程序的编制，最好画出相关的程序结构图，做好程序的注释等内容，便于程序的调试和维护。4

2、系统调试系统调试系统调试分为两个阶段，第一阶段为模拟调试，第二阶段为联机调试。11.1.2 系统设计原则系统设计原则 可编程序控制器应用系统的设计原则根据控制任务的不同涉及很多方面，其中最基本的可以归纳为以下四点：（1）完整性原则 最大限度地满足工业生产过程或机械设备的控制要求。（2）可靠性原则 确保计算机控制系统的可靠性。（3）经济性原则 力求控制系统简单、实用、合理。（4）发展性原则 适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面要留有余地。11.2 系统硬件设计系统硬件设计 PLC应用系统的硬件设计是整个系统设计的根本，硬件设计存在问题将会给后面的软件设计和系统调试带来很

3、大的麻烦。因此一定要重视硬件的设计。硬件设计主要考虑PLC的选型，I/O模块的选择及I/O地址的分配，安全回路的设计和可靠性设计等内容。11.2.1 PLC选型选型1PLC的容量的容量PLC的容量主要包括两个方面：I/O点数和存储器容量。2特殊功能要求特殊功能要求 对模拟量控制系统，特别是闭环控制系统，要考虑PLC的响应时间。对于需要进行数据处理以及信息管理的系统，PLC则应具有图表传送、数据库生成等功能。对于需要高速脉冲计数的系统，PLC应具有高数计数功能，且应了解系统所需的最高计数频率。在需要通信的场合中，应选用具有通信联网功能的PLC。一般来讲，PLC控制系统的可靠性是很高的，能够满足生

4、产要求。对可靠性要求极高的系统，则需要考虑冗余控制系统或热备份系统。3其它其它 企业内部应尽可能地做到机型统一，或尽可能地采用同一生产厂家的PLC，因为同一机型便于备用件的采购和管理，模块可互为备份，可以减少备件的数量。另外，还可以考虑技术人员的熟悉程度来选择合适的产品。11.2.2 I/O模块选择及模块选择及I/O地址分配地址分配1开关量开关量I/O模块的选择模块的选择 根据PLC输入输出量的点数和性质可以确定I/O模块的型号和数量。开关量输入模块的工作电压尽量与现场输入设备(有源设备)一致，可省去转换环节。对无源输入信号，则需根据现场与PLC的距离远近来选择电压的高低。开关量输出模块按输出

5、方式可分为继电器输出、双向可控硅输出、晶体管输出模块。2模拟量模拟量I/O模块的选择模块的选择 连续变换的温度、压力、位移等非电量最终都要采用相应传感器转化成电压或电流信号，然后送入输入模块。输入模块有2、4或8个通道，根据需要进行选取。按输入信号的形式来分有电压型和电流型。需要注意输入模块信号的范围，另外还要考虑模块的精度和实时性。4I/O地址分配地址分配 对开关量输入点应注意选择电压等级、输入点密度、输入形式、通断时间、外部端子连接方式等。对开关量输出点应注意选择输出形式、驱动负载能力、输出点密度、通断时间、外部端子连接方式等。确定硬件配置时对I/O点数一般应留有备用点，留作故障点更换、改

6、进和调试时使用。表11-1是按照对象进行I/O点地址分配表，表11-2则是按照元器件的种类进行I/O点地址分配表。输入输入输出输出I0.0I0.0启动按启动按钮钮Q0.0Q0.0电磁电磁阀阀1I0.1I0.1停止按停止按钮钮Q0.1Q0.1电磁电磁阀阀2I0.2I0.2曝气罐曝气罐低液位低液位Q0.2Q0.2电磁电磁阀阀3I0.3I0.3曝气罐曝气罐高液位高液位Q0.3Q0.3供水供水泵泵I0.4I0.4纯水箱纯水箱低液位低液位Q0.4Q0.4曝气曝气罐报罐报警警I0.5I0.5纯水箱纯水箱高液位高液位Q0.5Q0.5纯水纯水箱报箱报警警I0.6I0.6报警复报警复位按钮位按钮名称名称地地址址

7、名称名称地地址址输入输入磁栅输磁栅输入入1I0.I0.0 0输出输出上行上行Q0.Q0.0 0磁栅输磁栅输入入2I0.I0.1 1下行下行Q0.Q0.1 1上限位上限位I0.I0.2 2插销下插销下Q0.Q0.2 2下限位下限位I0.I0.3 3插销起插销起Q0.Q0.3 3左限位左限位I0.I0.4 4操作台左操作台左旋转旋转Q0.Q0.4 4右限位右限位I0.I0.5 5操作台右操作台右旋转旋转Q0.Q0.5 5前限位前限位I0.I0.6 6操作台上操作台上升升Q0.Q0.6 6后限位后限位I0.I0.7 7操作台下操作台下降降Q0.Q0.7 7操作台操作台上翻上翻I1.I1.0 0左行左

8、行Q1.Q1.0 0操作台操作台下翻下翻I1.I1.1 1右行右行Q1.Q1.1 1表表11-1 按照对象进行按照对象进行I/O点地址分配表点地址分配表表表11-2 按照元器件的种类进行按照元器件的种类进行I/O点地址分配表点地址分配表11.2.3 安全回路设计安全回路设计安全回路起保护人身安全和设备安全的作用，安全回路应能独立于PLC工作，并以硬接线方式构成。安全回路设计的任务包括：（1）确定控制回路之间逻辑和操作上的互锁关系；（2）设计硬回路以提供对过程中重要设备的手动安全性干预手段；（3）确定其他与安全和完善运行有关的要求；（4）为PLC定义故障形式和重新启动特性。11.2.4 可靠性设

9、计可靠性设计 PLC应用系统的可靠性设计问题主要涉及系统供电系统供电设计、系统接地设计、系设计、系统接地设计、系统冗余设计统冗余设计等。1系统供电设计为提高系统的可靠性和抗干扰性，PLC的供电系统中一般采取隔离变压器、交流稳压器、UPS电源、晶体管开关电源等措施对其供电系统进行保护，如图11-2所示典型控制系统的供电设计框图。2系统接地设计系统接地设计在在实际控制系统中，把接地和屏蔽正确结合起来使用，可以解决大部分实际控制系统中，把接地和屏蔽正确结合起来使用，可以解决大部分干扰问题。控制系统中的地线有：干扰问题。控制系统中的地线有：数字地数字地模拟地模拟地信号地信号地交流地交流地直流地直流地屏

10、蔽地屏蔽地接地的一般要求如下：接地的一般要求如下：（1）PLC组成的控制系统接地电阻一般应小于组成的控制系统接地电阻一般应小于4，这是最主要的；，这是最主要的；（2）要保证足够的机械强度；）要保证足够的机械强度；（3）要具有耐腐蚀的能力并做防腐处理；）要具有耐腐蚀的能力并做防腐处理；（4）在整个工厂中，）在整个工厂中，PLC组成的控制系统要单独设计接地。组成的控制系统要单独设计接地。以下针对不同的情况，给出不同的处理方法。（1）一点接地和多点接地。（2）交流地与信号地不能共用。（3）浮地与接地的比较。（4）模拟地。（5）屏蔽地。当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。3冗余设计冗

11、余设计（1）冷备份冗余配置）冷备份冗余配置 对容易出故障的模块，多购一套或若干套作为备份，一旦正在运行的模块出现故障能及时更换，从而减少故障后系统修复的时间，减少停工损失。不备。（2）热备份冗余配置）热备份冗余配置 热备份是冗余的模块在线工作，只是不参与控制。一旦控制系统的模块出现故障，由其自动切换接替工作。双机系统由两套完全相同的CPU模块组成。由热备份中使用较多的一个CPU工作并完成整个系统的控制：另一个CPU热备份也运行同样的程序，但它的输出是被禁止的。（3）表决系统冗余配置）表决系统冗余配置 在特别或非常重要的场合，为做到万无一失，可配置成表决系统。多套模块(如3套)同时工作，其输出依

12、少数服从多数的原则裁决。这种系统出现故障的几率几乎可以减少到0。当然，这种表决系统是非常昂贵的，也只是对那些非常重要的控制系统才采用。11.3 PLC应用系统设计实例应用系统设计实例11.3.1 系统的工艺流程和控制要求系统的工艺流程和控制要求圆盘锯自动控制要求如下：圆盘锯自动控制要求如下：（1）系统设有手自动控制模式，）系统设有手自动控制模式，手动模式下由操作台按钮控制手动模式下由操作台按钮控制各电动机的启停；各电动机的启停；（2）自动模式下，水泵不开不能）自动模式下，水泵不开不能切割石材；切割石材；（3）自动模式下）自动模式下“头三刀头三刀”要求要求按照石材宽度进行切割；从按照石材宽度进行

13、切割；从“第四刀第四刀”开始根据主电机电开始根据主电机电流的大小控制圆盘锯的下降；流的大小控制圆盘锯的下降；（4）当到达切割深度后，即）当到达切割深度后，即“最最后一刀后一刀”按石材宽度切割；按石材宽度切割；（5）切割完）切割完“最后一刀最后一刀”升降电升降电动机控制圆盘锯升至初始位置；动机控制圆盘锯升至初始位置；（6）圆盘锯升到位后，前后定尺）圆盘锯升到位后，前后定尺电动机拖动石材前向移动（移电动机拖动石材前向移动（移动距离为切割后石材的厚度），动距离为切割后石材的厚度），移动到位后，圆盘锯重复上述移动到位后，圆盘锯重复上述过程。过程。支柱石材圆盘锯横梁轨道*水管图11-3 圆盘锯工作示意图

14、11.3.2 系统硬件设计系统硬件设计根据系统的工艺流程和控制要求，统计系统的输入输出如下：模拟量输入1点：主电机电流；模拟量输出1点：变频器的电压给定提供左右行走电动机的转速；开关量输入：20点，其中包含三路高速计数通道，因为这里采用在电动机轴上打孔通过传感器检测的方法来计算电动机的转速从而推算移动的距离；开关量输出：13点。根据系统的I/O点数并考虑一定余量，选择西门子S7-200 CPU224XP，硬件配置如图11-4所示。CPU224XP主机自带2模拟量输入和1模拟量输出，14开关量输入和10开关量输出，EM221数字量输入扩展模块选用824V输入，EM222数字量输出扩展模块选用8继

15、电器输出。CPU224XPEM221EM222显示屏图图11-4 硬件配置示意图硬件配置示意图输入输入输出输出名称名称地址地址名称名称地址地址左右移动电动机传感器左右移动电动机传感器I0.0I0.0电铃电铃Q0.0Q0.0升降移动电动机传感器升降移动电动机传感器I0.1I0.1定尺电动机前移定尺电动机前移Q0.1Q0.1定尺移动电动机传感器定尺移动电动机传感器I0.3I0.3定尺电动机后移定尺电动机后移Q0.2Q0.2手动手动/自动模式开关自动模式开关I0.5I0.5升降电动机下降升降电动机下降Q0.3Q0.3主电动机启动按钮主电动机启动按钮I0.6I0.6升降电动机上升升降电动机上升Q0.4

16、Q0.4主电动机停止按钮主电动机停止按钮I0.7I0.7左右电动机左行左右电动机左行Q0.5Q0.5水泵启动按钮水泵启动按钮I1.0I1.0左右电动机右行左右电动机右行Q0.6Q0.6水泵停止按钮水泵停止按钮I1.1I1.1水泵电动机水泵电动机Q0.7Q0.7左行按钮左行按钮I1.2I1.2主电动机三角形启动主电动机三角形启动Q2.0Q2.0表表11-3 I/O地址分配地址分配右行按钮右行按钮I1.3I1.3主电动机星形启动主电动机星形启动Q2.1Q2.1左右行停止按钮左右行停止按钮I1.4I1.4主电动机启动主电动机启动Q2.2Q2.2水泵压力传感器水泵压力传感器I1.5I1.5变频器给定变频器给定Q1.0Q1.0升（点动）按钮升（点动）按钮I2.0I2.0电位器给定电位器给定Q1.1Q1.1降（点动）按钮降（点动）按钮I2.1I2.1定尺电动机前移按钮定尺电动机前移按钮I2.2I2.2定尺电动机后移按钮定尺电动机后移按钮I2.3I2.3定尺电动机停止按钮定尺电动机停止按钮I2.4I2.4上升停开关上升停开关I2.5I2.5左行限位左行限位I2.6I2.6右行限位右行限位I2.7I2.7输入输入输出输出表表11-3 I/O地址分配地址分配