南京江宁鑫元自动化西门子200PLC培训——PLC应用系统设计

模块六PLC应用系统设计6.1PLC系统设计的主要内容6.2PLC程序设计方法6.3PLC应用中的若干问题1.最大限度地满足被控对象提出的各项性能指标。2.确保控制系统的安全可靠。3.力求控制系统简单。4.留有适当的裕量。6.1PLC系统设计的主要内容6.1.1PLC控制系统设计的基本原则6.1.2PLC控制系统设计的主要内容1.明确设计任务和技术条件。2.确定用户输入设备和输出设备。3.选择可编程控制器的机型。4.分配I/O通道，绘制I/O接线图。5.设计控制程序。6.编制控制系统的技术文件。6.1.3程序设计的步骤用可编程控制器进行控制系统设计的一般步骤有以下步：1．评估控制任务2．PLC的选型3．系统设计1．模拟调试（1）硬件模拟法（2）软件模拟法2．现场联机统调6.1.4系统调试6.2PLC程序设计的方法PLC程序设计的常用方法主要有梯形图经验设计法和顺序控制设计法等。6.2.1.经验设计法6.2.2顺序控制设计法1.使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法SM0.1I0.0I0.1I0.2M0.1M0.2M0.0Q0.0Q0.0Q0.12.01.02.01.00.00.0)2.01.01.0(2.02.0)1.00.00.0(1.01.0)0.02.02.01.0(0.0MQMMQMMIMMMMIMMMMIMSMM起-保-停电路是继电器-接触器控制电路常用的一种方法，它在顺序控制梯形图设计中仅仅使用触点和线圈有关的指令，是一种简单通用的方法。设计起保停电路的关键是找出它的启动条件和停止条件，启动条件是前级步为活动步且转换条件满足，停止条件是后级步变为活动步。【例6-1】根据图6-1所示的单序列功能流程图，设计出梯形图程序。将结合本例介绍起保停电路的编程方法。使用起保停电路模式编程，对应的状态逻辑关系为：分析：从该功能流程图可知本例中有三个步，每个步要成为活动步的前提条件是其前级步为活动步且转换的条件满足。网络1中，当步M0.2为活动步，且转换条件I0.2满足，或转换条件SM0.1满足,则初始步M0.0将变为活动步，故步M0.0的起保停电路的起始条件应为M0.2·I0.2+SM0.1，对应的起动电路由两条并联支路组成，第一条支路分别由M0.2、I0.2的常开触点串联而成。第二条支路是SM0.1常开触点，和SM0.1常开触点并联的M0.0的常开触点起自保作用，M0.1的常闭触点起停止作用。即后级步（如M0.1）被激活时，其对应的前级步（（如M0.0）关断。其他的网络对应的状态逻辑关系见上面的式子，分析类似。其对应的梯形图如图6-2所示。【例6-2】根据图6-3所示的选择性序列功能流程图，设计出梯形图程序使用起保停电路模式编程，对应的状态逻辑关系为：图6-3例6-2选择性序列功能流程图根据选择性序列功能流程图的特点，其对应的梯形图如图6-4所示。SM0.1I0.0I0.1I0.4M0.1M0.3M0.0Q0.0Q0.2M0.2Q0.1I0.2I0.33.02.02.01.01.00.00.0)3.03.02.01.01.0(3.03.0)2.02.00.0(2.03.0)1.00.00.0(1.02.01.0)0.04.03.01.0(0.0MQMQMQMMIMIMMMMIMMMMIMMMMMIMSMM【例6-3】根据图6-5所示的并列序列的功能流程图，设计出梯形图程序图7-19例7-5图SM0.1I0.0I0.1I0.2M0.1M0.2M0.0M0.3I0.4M0.6I0.3I0.5Q0.0Q0.1Q0.2Q0.5Q0.3Q0.4M0.4M0.5图6-5例6-3并列序列的功能流程图根据并列序列功能流程图的特点，其对应的梯形图如图6-6所示。图6-6使用起保停电路编程的例6-3梯形图()网络1I0.5M0.6M0.1SM0.1M0.0M0.0()网络2I0.0M0.0M0.2M0.1M0.1网络2I0.1M0.1M0.3M0.2M0.2()网络4I0.2M0.2M0.6M0.3M0.3()()网络5I0.1M0.1M0.5M0.4M0.4()网络6I0.3M0.4M0.6SM0.5M0.5()网络7I0.0M0.5M0.0M0.6M0.6网络8()M0.3M0.1Q0.0网络9()M0.2Q0.1网络10()M0.3Q0.2网络11()M0.4Q0.3网络12()M0.5Q0.4网络13()M0.6Q0.5以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法采用S-R指令。当某步的转换条件满足时，用S指令使该部变为活动步，同时用R指令使前级步变为非活动步。这种编程方法与转换实现的基本规则之间有严格的对应关系，它更适合对复杂顺序控制系统的编程。【例6-4】根据图6-1所示的单序列的功能流程图，设计出梯形图程序使用以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法采用S-R指令编程的梯形图如图6-7所示2.以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法图7-7置位、复位指令编制的梯形图图7-7置位、复位指令编制的梯形图【例6-5】根据图6-3所示的选择性序列的功能流程图，设计出梯形图程序使用以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法采用S-R指令编程的梯形图如图6-8所示【例6-6】根据图6-5所示的并列序列的功能流程图，设计出梯形图程序使用以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法采用S-R指令编程的梯形图如图6-9所示【例6-7】根据图6-9所示的选择性序列的功能流程图，设计出梯形图程序使用SCR指令指令编程的顺序控制梯形图如图6-10所示:3.使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法SM0.1I0.0I0.1I0.4S0.1S0.3S0.0Q0.0Q0.2S0.2Q0.1I0.2I0.3图6-9例6-7功能流程图【例6-8】根据图6-11所示的并列序列的功能流程图，设计出梯形图程序使用SCR指令指令编程的顺序控制梯形图如图6-12所示图6-11例6-8功能流程图S0.0S0.1S0.2S0.3Q0.1Q0.2Q0.0SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.4S0.4S0.5Q0.3Q0.4I0.3S0.6Q0.5I0.56.3PLC应用中的若干问题①若PLC输入设备采用两线式传感器（如接近开关等）时，其漏电流较大，可能会出现错误的输入信号。为了避免这种现象，可在输入端并联旁路电阻R，如图6-13所示。②若PLC输入信号由晶体管提供，则要求晶体管的截止电阻应大于10k，导通电阻应小于800。6.3.2PLC的安全保护1．短路保护2．感性输入/输出的处理6.3.1对PLC的某些输入信号的处理图6-13两线式传感器输入的处理图6-14感性输入/输出的处理良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。PLC一般最好单独接地，与其他设备分别使用各自的接地装置，如图6-15（a）所示；也可以采用公共接地，如图6-15（b）所示；但禁止使用图6-15（c）所示的串联接地方式。另外，PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC，同时，接地线的截面应大于2mm2。图6-15PLC接地3．PLC系统的接地要求任务1.1：PLC在自动门控制中的应用(1)任务控制要求（图6-16所示为某自动门工作示意图）①开门控制，当有人靠近自动门时，感应器检测到信号，执行高速开门动作；当门开到一定位置，开门减速开关I0.1动作，变为低速开门；当碰到开门极限开关I0.2时，门全部开展。②门开展后，定时器T37开始延时，若在3s内感应器检测到无人，即转为关门动作。③关门控制，先高速关门，当门关到一定位置碰到减速开关I0.3时，改为低速关门，碰到关门极限开关I0.4时停止。在关门期间若感应器检测到有人（I0.0为ON），停止关门，T38延时1s后自动转换为高速开门。(2)I/O元件地址分配表根据控制要求，I/O元件地址分配表如表6-1所示(3)设计顺序功能图根据控制要求，自动门控制系统顺序功能图如图6-17所示。(4)设计梯形图程序根据上面顺序功能图，使用起保停电路的编程方法设计的梯形图程序如图6-18所示。图6-18自动门控制系统梯形图任务1.2：全自动洗衣机PLC控制系统全自动洗衣机的控制方式可分为手动控制洗衣、自动控制洗衣和预定时间洗衣等。这里只介绍全自动洗衣过程。全自动洗衣机结构示意图如图6-19所示。图6-19全自动洗衣机结构示意图1—电源开关2—启动按钮3—PLC控制器4—进水口5—出水口6—洗衣桶7—外桶8—电动机9—波轮(1)全自动洗衣控制要求:①洗衣机接通电源后，按下起动按钮，首先进水阀打开，进水指示灯亮。②当水位达到上限位时，进水指令灯灭，搅轮正转进行正向洗涤40s；时间到停2s后，再进行反向洗涤40s，正反向洗涤需重复4次。③等待洗涤重复4次后，再等待2s，开始排水，排水指示灯亮。后甩干桶甩干，指示灯亮。④当水位到下限位后，排水完成，指示灯灭。又开始进水，进水指示灯亮。⑤重复4次①～④的过程。⑥当第4次排水到下限位后，蜂鸣器响5s后停止，整个洗衣过程结束。⑦操作过程中，按下停止按钮可结束洗衣过程。⑧手动排水是独立操作的。(2)I/O元件地址分配表根据控制要求，I/O元件地址分配表如表6-2所示。(3)设计顺序功能图根据洗衣机的控制要求，设计出顺序功能图如图6-20所示。图6-20全自动洗衣机顺序控制功能图(4)设计梯形图程序根据顺序功能图按以转换为中心的编程方法设计的梯形图程序如图6-21所示。排水蜂鸣器图6-21全自动洗衣机顺序控制梯形图任务1.3：多种工作方式机械手的PLC控制为了满足生产的需要，很多设备要求设置多种工作方式，如手动和自动（包括连续、单周期、单步和自动返回初始状态）工作方式。手动控制比较简单，一般采用经验设计法设计，复杂的自动程序一般采用顺序设计法设计。图6-22（a）为某机械手结构示意图，用机械手将工件从A点搬运到B点。当工件夹紧时，Q0.1为ON，工件松开时，Q0.1为OFF。图6-22（b）为操作面板图，工作方式选择开关的5个位置分别对应于5种工作方式，操作面板下部的6个按钮（I0.5～I1.2）是手动按钮。图4-23所示为PLC的I/O端子接线图。为了保证在紧急情况下（包括PLC发生故障时）能可靠地切断PLC的负载电源，设置了交流接触器KM如图4-23所示。在PLC开始运行时按下“负载电源”按钮，使KM线圈通电并自锁，给外部负载提供交流电源。出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。图6-22机械手结构示意图及操作面板图6-23PLC的I/O端子接线图系统设有手动、单步、单周期、连续和回原点5种工作方式。在手动工作方式，用I0.5～I1.2对应的6个按钮分别独立控制机械手的升、降、左行、右行和夹紧、放松。系统处于原点状态（或初始状态）时，机械手在最上面和最左边，且夹紧装置为松开状态。在进入单步、单周期和连续工作方式之前，系统应处于原点状态；若不满足这一条件，可选择回原点工作方式，然后再按下起动按钮I2.6，使系统自动返回原点状态。在原点状态时，顺序控制功能图中的初始步M0.0为ON，为进入单步、单周期和连续工作方式作好准备。机械手原点开始，将工件从A点搬到B点，最后返回到初始状态的过程称为一个工作周期。在单步工作方式，从初始步开始，每按一次起动按钮，系统只向下转换一步的操作，完成该步的动作后，自动停止工作并停留在该步，这种工作方式常用于系统的调试。在单周期工作方式时，若初始步为活动步，按下起动按钮I2.6后，从初始步M0.0开始，机械手按下降→夹紧→上升→右行→下降→放松→上升→左行的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。连续工作方式。在初始步按下起动按钮，机械手从初始步开始，工作一个周期后又开始搬运下一个工件，反复连续地工作。当按下停止按钮时，系统并不马上停止工作，要完成一个周期的工作后，系统才返回并停留在初始步。回原点工作方式，I2.1为ON。按下起动按钮I2.6时，机械手在任意状态中都可以返回到初始状态。(1)工作方式(2)程序设计1）主程序的总体结构图6