PLC控制系统的应用与设计

PLC控制系统的应用与设计1.1PLC设计的基本原则和步骤一个实际的PLC控制系统是以PLC为核心组成的电气控制系统，实现对生产设备和工业过程的自动控制。PLC控制系统设计的好坏直接影响中这产品的质量和企业的生产效率，关系到企业的经济效益。英雌，在设计PLC控制系统时要全面了解被控制对象的组成、特点、要求，同时力求使控制系统简单、经济，并且使用及维护方便，同时还要保证控制系统安全可靠。PLC是一种特殊的计算机，在体系结构、运行，方式和编程语言等方面有别于普通计算机，因此在设计方法和步骤上有特殊性。用户在使用PLC进行实际系统设计的过程中，会自觉地遵循一定的方法和步骤。虽然不能要求必须先做什么，后做什么，具体应该怎么做，但必须遵循一些共同的原则，是PLC应用系统的设计方法和步骤符合科学化、工程化和标准化的要求。1.1.1设计原则及方法1.系统设计的基本原则在进行PLC控制系统的设计时，一般应遵循以下几个原则（1）完全满足对象的要求。充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统最基本和最重要的要求，也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集现场的资料和相关的国内、国外的先进资料。同时要注意和现场的工程管理人员，工程技术人员，现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。（2）在满足控制要求和技术指标的前提下，尽量是控制系统简单、经济。保证PLC抠门男之系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计系统控制的重要原则。这就要设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。列如，应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。（3）控制系统要安全可靠。一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入，技术的培训，设备的维护夜间个导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意尽量降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济、而且要使控制系统的使用和维护方面、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。（4）在设计是要给控制系统的容量和功能预留一定的裕度，便于以后的调整和扩充。由于技术的不断发展，控制系统的性能要求也会不断的提高，设计时要适当考虑今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2.设计的主要内容PLC控制系统的设计主要包括分析设计要求与工艺流程、PLC选型、程序设计与调试等几个方面。（1）更具被控对象的特性及用户要求，拟定PLC控制系统的技术条件和设计指标，并写出详细的设计任务书，作为整个控制系统设计的依据。（2）参考相关产品资料，选择开关种类、传感器类型、电气传动形式、继电器/接触器的容量以及电磁阀等执行机构。（3）选择PLC的型号及成宿存储容量，确定各种模块的数量。（4）绘制PLXC的输入/输出端子接线图。（5）设计PLC控制系统的监控程序。。（6）输入程序并调试，根据设计任务书进行测试，提交测试报告。（7）根据要求设计电气柜、模拟显示盘和非标准电气元部件。（8）编写设计说明书等设计文档。3.设计的主要内容（1）详细了解和分析被控对象的工艺条件，根据生产设备和生产过程的控制要求，分析被控对象的机构和运行过程，明确动作的逻辑关系（动作顺序、动作条件）和必须要加入的连锁保护及系统的操作方式（手动、自动）等。（2）根据被控对象对PLC控制系统的技术指标，确定所需输入/输出信号点数，选配适当的PLC。（3）根据控制要求有规则、有目的地输入输/出点（I/O分配），设计PLC的I/O电气接口图（PLC的I/O口输入/输出设备的连接图）。绘出接线图并接线施工，完成硬件设计。（4）根据生产工艺的要求画出系统的工艺流程图。（5）根据系统的工艺流程图设计出梯形图，同时可进行电气控制柜的设计和施工。（6）如用编程器，需将梯形图转换成相应的指令并输入到PLC在中。（7）调试程序，先进行模拟调试，然后在进行系统调试。调试时可模拟用户输入设备的信号给PLC，输出设备科暂时不接，输出信号可通过PLC主机的输出指示灯监控通断变化，对于内部数据的变化和个输出点的变化顺序，可在上位计算机上运行软件的监控功能，查看运行动作时序图，或者借助于编程器的监控功能。（8）程序模拟调试通过后，接入现场实际控制系统与输入/输出设备联机调试，如不满足求，再修改程序或检查更改接线，直至满足要求。调试成功后做程序备份，同时提交测试报告。（9）编写有关技术文件（包括系统的操作方法、I/O电气接口图、流程图、程序及注释文件、故障分析及排除方法等），完成整个PLC控制系统的设计。以上是设计一个PLC控制系统的大致步骤。具体的系统设计要根据系统规模的大小、控制要求的复杂程度、控制程序步数的多少来灵活处理，有的步骤可以省略，也可以进行适当的调整。4.设计任务书的确定生产工艺流程的特点和要求是设计PLC控制系统的主要依据，所以必须详细了解和分析对象的特性。设计任务计划书一般应包括一家几个方面:（1）控制系统的名称（2）控制系统的任务和范围。再设计任务书中指明控制对象的范围，必须完成的动作，包括动作时序和方式（手动/自自动、点动、间断、连续等）等。（3）检测和控制的参数表（I/0分配表）。根据工艺指标、操作要求和安全措施等确定检测点和控制点的含义、数量、量程、精度、特性、安装位置等。一般在满足控制要求和技术指标的前提下，检测点和控制点应尽可能地少，冰球精度要求也应以满足实际需要为准，否则将使控制系统复杂化，增加系统成本。（4）确定系统中参水之间的关系。明确在控制过程中各输入/输出量之间的先后顺序和逻辑关系。1.1.2PLC的选型PLC是一种通用的智能化工业控制设备，其档次和功能能面向各种的应用，众多的生产厂家提供了各种系列且功能各异的产品。目前常见的国内外PLC产品的型号有几百种。这为用户提供了广泛的选择余地，但也给一般用户的选型带来一些不便，下面简要介绍了如何合理的进行选型，以组成经济适用的控制系统。1.PLC的形式与规模的选择PLC的选型前提是在功能上应满足生产过程的工艺要求。对于只含有开关量控制的系统，一般的小型PLC即可满足要求，不需要特别考虑PLC的扫描速度。如果被控对象以开关量控制为主只有少量的模拟量控制，则可考虑少容量、高性能的机型。这类PLC除了开关量控制处理，还具有较强算数运算和数据处理等功能。对于模拟量控制的系统选型时，就需要考虑PLC的扫描速度。复杂的控制系统一般含有较多的开关量输入/输出、PID运算、闭环控制和快速响应等功能，但价格较高。对于更复杂的控制系统，其控制点既多又分散，一般要求较快的响应速度，并具有数据处理、文件管理、分析决策等功能，就要选用具有通信联网等功能的PLC系统，已组成分布式工业控制网络。2.PLC的选型与容量的选择（1）PLC机型的选择根据控制系统的功能要求和容量来选择PLC，首先是PLC生产厂家的选择，在完成相同功能的情况下，选择厂家在考虑可靠性的同时兼顾经济性。接下来根据生产厂家提供的技术资料选择机型，注意考虑输出类型（如晶体管型、继电器型和晶闸管型）、I/O点数和工作电源等。如果电气控制柜还需与其它控制柜联网运行，选型时还需考虑有无联网功能。对于工艺过程相对稳定、使用环境相对较差的场合，宜选用整体式PLC。对于较复杂的系统，可选用模块式PLC，以便于调整、扩充以及快速方便地判断与处理故障。此外，对于一个生产企业而言，应尽量使用机型统一，以便于系统的设计、管理、使用、扩展和维护。（2）PLC容量的选择1.I/O点数的估算根据被控对象的输入信号的总点数，再考虑15%~20%的备用容量，以便以后的调整和扩充。2.用户程序存储器容量的估算用户程序存储器容量与许多因素有关，如I/O点数、运算处理量以及程序的结构等，因此不可能预先准确的估算出程序容量，只能作粗略的估算。一些项目所占用的存储空间可根据表7-1中的原则进行估算。表7-1程序存储器容量的配置原则项目配置容量项目配置容量开关量输入5~10步/点定时器/计数器3~5步/个开挂量输出3~5步/点通信接口200步/点模拟量输入/输出50~80步/通道数据处理5~10步/量最后按所所估算的总步数在加100%的备用量。需要注意的是，有些小型PLC的用户程序存储器容量时固定的，在选择使要充分考虑。3.开挂量输入/输出模块的选择不同的开关量I/O模块的电路组成不同，开挂量I/O模块的选择主要是依据点数、电路结构、电压形式、电压范围等方面。（1）开关量输入模块的选择PLC的开关量输入模块用来检测来自现场（如按键、行程开关、接近开挂等）的通断信号，并经过隔离。对开关量输入模块，主要是选择点数和输入电压形式，输入电压一般有24V的直流和110V或220V的交流。选择输入模块应考虑一下几点：1）输入模块的工作电压应尽量与现场的输入设备（有源的）一致，这样就可以省掉转换环节。2）高密度的输入模块，如32点或64点，应受工作电压，工作电流和环境温度的限制一般可同时接通的点数不得超过该模块输入点数的60%。3）注意输入信号的类型及电压等级。开关量输入模块有直流输入、交流输入好和交流/直流输入三种类型，选择时主要考虑现场的输入信号的周五环境等因素。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块的可靠性好，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。开关量输入模块的输入电压等级有直流5V、12V、24V、48V、60V等以及交流110V、220V等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5V、12V、24V用在传输距离较近的场合，如5V输入模块最远不得超过10米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。4）注意输入接线方式。开关量输入模块主要有汇点式的开关量输入模块的所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分割的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间要分隔，一般选用汇点式的。5）注意同时接通点数量。UI与选用高密度的输入模块（如32点、48点等），应考虑莫开同时接通的点数一般不要超过点数的60%.6）注意输入门槛电平。为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC的使用手册。（2）开关量输入模块的选择PLC的输出模块是将其内部的低电平控制信号经隔离后转换成外部所需电平的输出信号以驱动外部负载，并实现PLC内部信号的电气隔离。对开关量输出模块，主要是选择其点数和输出方式。选择时主要应考虑一下几个方面:1）输出方式继电器输出可使用任意交流或直流工作电源，价格相对便宜，输出电压适应范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强，具有隔离作用。但继电器触点的响应速度慢，工作寿命较短，适用于动作不频繁的交直流负载，在驱动感性负载时，最高通断频率不超过1Hz。晶体管（使用直流工作电源）和晶闸管输出（使用交流工作电源）都为无触点开挂输出，适用于驱动频繁的负载。此外还要注意具体的输出方式。开挂量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。分组式输出低几个输出点为一组，一组有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型的电压等级而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。2）输出电压（电流）输出模块的输出电压（电流）必须大于负载电压（电流）的额定值，并留有足够的余量。3）驱动能力开关量输出模块的输出电流（驱动能力）必须大于PLC外接输出设备的而定电流。用户根据实际输出设备的电流的小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较的，输出模块无法直接驱动，可在增大中间放大环节，常见的放大环节可