PLC原理及应用-第十章--PLC控制系统应用设计

Date:2020/12/25Page:1第二节PLC的硬件设置第三节PLC与输入输出设备的连接第四节PLC在机械手臂控制中的应用第十章PLC控制系统应用设计第一节PLC控制系统设计的内容与步骤Date:2020/12/25Page:2Date:2020/12/25Page:3Date:2020/12/25Page:4PLC控制系统设计步骤流程图Date:2020/12/25Page:5PLC机型的选择I/O点的数量和种类CPU的速度内存容量编程器打印机I/O模块通讯接口模块通讯传输电缆第二节PLC的硬件设置Date:2020/12/25Page:6一、PLC机型选择结构形式整体式模块式安装方式集中式远程I／O式分布式功能要求响应速度系统可靠性机型统一Date:2020/12/25Page:7输入器件：指连接到PLC输入接线端子用于产生输入信号的器件。分类主令器件检测器件有源触点输入器件无源触点输入器件输入信号模拟信号数字信号开关信号二、PLCI/O端口选择按钮、选择开关、数字开关行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器辅助触点行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器辅助触点行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器辅助触点压力传感器、温度传感器数字开关按钮、转换开关、形成开关、触点Date:2020/12/25Page:8输出器件：指连接到PLC输出接线端子用于执行程序运行结果的器件。分类：驱动负载显示负载输出端口：继电器输出晶体管输出晶闸管输出接触器、继电器、电磁阀二、PLCI/O端口选择指示灯、数字显示装置、电铃、蜂鸣器交直流负载直流负载交流负载Date:2020/12/25Page:9I/O点数的确定I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。确定依据：将与PLC相连的全部输入、输出器件根据所需的电压、电流的大小和种类分别统计，考虑将来发展的需要再相应增加10％～15％的余量二、PLCI/O端口选择Date:2020/12/25Page:10CPU的运行速度是指执行每一步用户程序的时间。对于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一般的PLC机型都可使用。对于以模拟量为主的控制系统，则需考虑扫描速度，必须选择合适CPU种类的PLC机型。三、CPU的速度Date:2020/12/25Page:11远程I/O模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远离控制站高速计数器模块：当PLC内部的高速计数器的最高计数频率不能满足要求时，可选择使用定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位通信联网模块：PLC与PLC之间，或PLC与计算机之间的通信与联网模拟输入模块、输出模块：把流量、速度、压力、风力、张力等变换成数字量，及把数字量变换成模拟量，进行输入、输出。四、PLC模块的选择Date:2020/12/25Page:12PLC的外围设备主要是人—机对话装置，用于PLC的编程和监控。通过人—机对话装置可以进行编程、调试及显示图形报表、文件复制、报警等。PLC外围外围设备有编程器、打印机、EPROM写入器、显示器等。五、PLC外围设Date:2020/12/25Page:13我国优先选择220V的交流电源电压，特殊情况可选择24V直流电源供电。输入信号电源，一般利用PLC内部提供的直流24V电源。对于带有有源器件的接近开关可外接220V交流电源，提高稳定避免干扰。选用直流I/O模块时，需要外设直流电源。六、电源电压的选择Date:2020/12/25Page:14存储容量的选择•存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25％之多。•在I／O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20％~30％的裕量。存储容量(字节)＝开关量I/O点数×10＋模拟量I/O通道数×100•存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。Date:2020/12/25Page:15第三节PLC与输入输出设备的连接一、PLC与常用输入设备的连接•PLC与主令电器类设备的连接Date:2020/12/25Page:16•PLC与拨码开关的连接Date:2020/12/25Page:17•PLC与旋转编码器的连接Date:2020/12/25Page:18•PLC与传感器类设备的连接I----传感器的漏电流（mA）UOFF----PLC输入电压低电平的上限值（V）RC----PLC的输入阻抗（KΩ）Date:2020/12/25Page:19二、PLC与常用输出设备的连接•PLC与输出设备的一般连接方法Date:2020/12/25Page:20•PLC与感性输出设备的连接续流二极管的额定电流为1A、额定电压大于电源电压的3倍；电阻值可取50~120Ω电容值可取0.1~0.47μF，电容的额定电压应大于电源的峰值电压。接线时要注意续流二极管的极性Date:2020/12/25Page:21•PLC与输出设备连接的其它注意事项1）除了PLC输入和输出共用同一电源外，输入公共端与输出公共端一般不能接在一起；2）PLC的晶体管和晶闸管型输出都有较大的漏电流，尤其是晶闸管输出，将可能会出现输出设备的误动作。所以要在负载两端并联一个旁路电阻，旁路电阻R的阻值估算可由下式确定：UON是负载的开启电压（V），I是输出漏电流（mA）Date:2020/12/25Page:22第四节提高PLC控制系统可靠性的措施PLC具有很高的可靠性，并且有很强的抗干扰能力，但在过于恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引起PLC内部信息的破坏而导致控制混乱，甚至造成内部元件损坏。为了提高PLC系统运行的可靠性，应注意以下问题：•适合的工作环境•合理的安装与布线•正确的接地•必须的安全保护环节•必要的软件措施•采用冗余系统或热备用系统Date:2020/12/25Page:23一、适合的工作环境•环境温度适宜通常PLC允许的环境温度约在0~55°C。安装时不要把发热量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足够的通风散热空间；不要把PLC安装在阳光直接照射或离暖气、加热器、大功率电源等发热器件很近的场所；安装PLC的控制柜最好有通风的百叶窗，如果控制柜温度太高，应该在柜内安装风扇强迫通风。•环境湿度适宜PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85％，以保证PLC的绝缘性能。湿度太大也会影响模拟量输入/输出装置的精度。因此，不能将PLC安装在结露、雨淋的场所Date:2020/12/25Page:24•注意环境污染不宜把PLC安装在有大量污染物（如灰尘、油烟、铁粉等）、腐烛性气体和可燃性气体的场所，尤其是有腐蚀性气体的地方，易造成元件及印刷线路板的腐蚀。•远离振动和冲击源远离有强烈振动和冲击场所，尤其是连续、频繁的振动。必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响。•远离强干扰源PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等，同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源，以及易产生强静电的地方。Date:2020/12/25Page:25•注意电源安装•PLC的I／O电路都具有滤波、隔离功能，所以对外部电源要求不高•内部电源的性能好坏直接影响到PLC的可靠性，对其要求较高。在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该用带屏蔽层的隔离变压器，对PLC系统供电。还可以在隔离变压器二次侧串接LC滤波电路。同时，在安装时还应注意以下问题：1）隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线连接，以抑制串模干扰；2）系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备起动时引起的线路压降；3）PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压电源，以保证正确的输入信号。否则可能使PLC接收到错误的信号。Date:2020/12/25Page:26•远离高压PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装，更不能与高压电器安装在同一个控制柜内。在柜内PLC应远离高压电源线，二者间距离应大于200mm。•合理的布线1)I/O线、动力线及控制线应分开走线，尽量不要在同一线槽中。2)交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线。3)开关量与模拟量的Ｉ/Ｏ线最好分开走线，传送模拟量信号的Ｉ/Ｏ线最好用屏蔽线，且屏蔽线的屏敝层应一端接地。4)PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高，很容易受干扰，不能与其它的连线敷埋在同一线槽内。5）PLC的I/O回路配线，必须使用压接端子或单股线。6)与PLC安装在同一控制柜内的感性元件，最好有消弧电路。Date:2020/12/25Page:27二、正确的接地•PLC一般最好单独接地，也可以采用公共接地，但禁止使用串联接地方式•PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地电阻要小于100Ω，接地线的截面应大于２mm2。Date:2020/12/25Page:28三、必须的安全保护环节•短路保护应该在PLC外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。最好在每个负载的回路中都装上熔断器。•互锁与联锁措施除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行。•失压保护与紧急停车措施PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。这种接线方法的另一个作用是，当特殊情况下需要紧急停机时，按下“停止”按钮就可以切断负载电源，而与PLC毫无关系。Date:2020/12/25Page:29四、必要的软件措施•消除开关量输入信号抖动Date:2020/12/25Page:30•故障的检测与诊断•超时检测：设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为参考，在PLC发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20％左右。•逻辑错误检测：编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。•消除预知干扰：某些干扰是可以预知的，如PLC的输出命令使执行机构（如大功率电动机、电磁铁）动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的干扰信号可能使PLC接收错误的信息。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁PLC的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。Date:2020/12/25Page:31五、采用冗余系统或热备用系统•冗余系统冗余系统是指系统中有多余的部分，在系统出现故障时，这多余的部分能立即替代故障部分而使系统继续正常运行。•热备用系统热备用系统的结构较冗余系统简单，虽然也有两个CPU模块在同时运行一个程序，但没有冗余处理单元RPU。系统两个CPU模块的切换，是由主CPU模块通过通信口与备用CPU模块进行通信来完成的。Date:2020/12/25Page:32【应用范例1】机械手臂控制Date:2020/12/25Page:33控制说明：⑥LS0→D点有无工件侦测用限制开关LS5→E点有无工件侦测用限制开关LS1→A缸前行限制开关（左极限）LS2→A缸退回限制开关（右极限）LS3→B缸下降限制开关（下极限）LS4→B缸上升限制开关（上极限）Date:2020/12/25Page:34功能分析：①原点复位：选定以A缸退回至右极限位置（LS2ON）、B缸上升至上极限位置（LS4ON）及C缸松开为机械手臂的原点。执行一个动作之后，应做原点复位的侦测（因为A、B、C缸均为单作用气缸，所以会自动退回原点）。②工件搬运流程：依题意其动作为一循环式单一顺序流程。③传送带流程：在侦测到E点有工件且B缸在上极限位置时，应驱动传送带转动。④上述两个流程可以同时进行，因此使用并进分支流程来完成组合。Date:2020/12/25Page:35元件分配：D点工件传感器LS0，使用输入继电器X0A缸左限位传感器LS1，使用输入继电器X1A缸右限位传感器LS2，使用输入继电器X