PLC原理及应用-第十章--PLC控制系统应用设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Date:,*,Page:,*,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,一、PLC控制系统设计的基本原则,1满足被控对象的控制要求,考虑将来发展的需要，PLC选用功能较强的新产品，并留有适当的余量。,2系统安全、可靠,3尽可能简单、经济、使用与维修方便,4具有高的性能价格比。,第一节 PLC控制系统设计的内容与步骤,二、PLC控制系统设计步骤,1分析被控对象，提出控制要求。,2.确定输入、输出设备。,3确定PLC的I/O点数，选择PLC机型。,4分配I/O点数，绘制PLC控制系统输入、输出端子接线图。,5程序设计，绘制工作循环图或状态转移图。,1）初始化程序；2）控制程序；3）检测、故障诊断和显示等程序；4）保护和联锁程序。,6程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。,7调试过程结束，整理技术资料，投入使用。,第一节 PLC控制系统设计的内容与步骤,PLC控制系统设计步骤流程图,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IO式,分布式,功能要求,响应速度,系统可靠性,机型统一,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,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,CPU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,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,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,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,PLC与拨码开关的连接,PLC,与传感器类设备的连接,I-,传感器的漏电流（,mA,）,U,OFF,-,PLC,输入电压低电平的上限值（,V,）,R,C,-,PLC,的输入阻抗（,K,）,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,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,50,120,电容值可取,0.1,0.47,F,，,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,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）,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,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。,注意电源安装,PLC的IO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。,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/线最好分开走线，传送模拟量信号的/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。,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。,四、必要的软件措施,消除开关量输入信号抖动,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。,【应用范例1】,机械手臂,控制,控,制说明：,LS0,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）,功,能分析：,原点复位：选定以A缸退回至右极限位置（,LS2 ON,）、,B缸,上升至上极限位置（,LS4 ON,）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）。,工件搬运流程：依题意其动作为一循环式单一顺序流程。,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。,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。,元,件分配,：,D,点,工件传感器,LS0,，使用输入继电器,X0,A缸,左限位传感器,LS1,，使用输入继电器,X1,A缸,右限位传感器,LS2,，使用输入继电器,X2,B缸,下限位传感器,LS3,，使用输入继电器,X3,B缸,上限位传感器,LS4,，使用输入继电器,X4,E,点,工件传感器,LS5,，使用输入继电器,X5,A缸,驱动，使用输出继,电器,Y0,B缸,驱动，使用输出继,电器,Y1,C缸,驱动，使用输出继,电器,Y2,传送带,驱动，使用输,出继电器,Y3,绘,绘制状态流程图,b,.,工件搬运流程,B缸,下移,（,Y1 ON,）,C缸,夹取工件并延时,（,Y2 ON,）,B缸,上升,（,Y1 OFF,）,A缸,前进,（,Y0 ON,）,工件尚未完全搬运,B缸,下移,（,Y1 ON,）,C缸,松开工件并延时,（,Y2 OFF,）,B缸,上升,（,Y1 OFF,）,A缸,后退,（,Y0 OFF,）,a,.,原点复位流程,A缸,退回至右极限位置,（,LS2 ON,）,B缸,上升至上极限位置,（,LS4 ON,）,绘,绘制状态流程图,d,.并进-合流分支,c,.传送带流程,B缸,在上极限位置,E点,有工件,驱动传送带电机并延时2秒,将工件搬运流程和传送带流程做成并进-合流分支结构,步,进阶梯图转换,程,序清单,第五节 PLC在模拟量闭环控制中的应用 一、PLC模拟量闭环控制系统的基本原理,虚线部分由PLC的基本单元加上模拟量输入/输出扩展单元来承担。即由PLC自动采样来自检测元件或变送器的模拟输入信号，同时将采样的信号转换为数字量，存在指定的数据寄存器中，经过PLC运算处理后输出给执行机构。,二、PLC的A/D和D/A模块介绍,FX2N系列中有关模拟量的特殊功能模块有：,FX2N-2AD（2路模拟量输入）,FX2N-4AD（4路模拟量输入）,FX2N-8AD（8路模拟量输入）,FX2N-4AD-PT（4路热电阻直接输入）,FX2N-4AD-TC（4路热电偶直接输入）,FX2N-2DA（2路模拟量输出）,FX2N-4DA（4路模拟量输出）,FX2N-2LC（2路温度PID控制模块）等。,A/D转换、D/A转换,模数转换（A/D）模块：,将现场仪表输出的（标准）模拟量信号0-10mA、4-20mA、1-5VDC等转化为计算机可以处理的数字信号,数模转换（D/A）模块：,将计算机内部的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号4-20mA等。,如：12位数字量（0-4095）4-20mA 2047 对应的转换结果：12mA,A/D转换,（A/D、AI）的作用,变送器：,温度变送器,压力变送器,流量变送器,液位变送器,成分分析仪,传感器：,Pt100,Cu50,热电偶,现场仪表模拟信号,420mA,010mA,15VDC,mV、,模数转换,(A/D、AI),端口,(地址),数字信号,04095,01023,CPU,数字信号,04095,01023,软件实现,检测仪表,硬件滤波,如：RC滤波,软件滤波,如：中值滤波,软件RC滤波,工程化转换,工程量,0100,?kPa,一般是由,多路转换开关,、,前置放大器,、,采样保持器,、,ADC（Analog to Digital Converter）,等组成,A/D组成：,前置放大,采样保持,内、外,补偿,多路,转换,ADC,光电,隔离,数据,驱动,锁存,数据,总线,控制单元,控制,总线,输入信号1,输入信号n,A/D转换通常有二种方式：,逐次比较型,双积分型,1模拟量输入模块FX-4AD,FX-4AD为4通道12位A/D转换模块，根据外部连接方法及PLC指令，可选择电压输入或电流输入，是一种具有较高精确度的输入模块。,2温度传感器模拟量输入模块FX-2AD-PT,FX-2AD-PT是2通道温度传感器输入12位A/D转换模块，这是一种内附温度传感器前置放大器的模拟电压量输入模块，它可以直接与三线的铂电阻PT-100直接连接。,3热电偶温度传感器模拟量输入模块,FX-4AD-TC,FX-4AD-TC是4通道热电偶温度传感器模拟量输入模块。,D/A转换,（D/A、AO）的作用,调节阀,变频器,执行器控制信号,420mA,010mA,15VDC,010VDC,数模转换,(D/A、AO),端口,(地址),数字信号,04095,01023,CPU,工程量,0100,软件实现,数字信号,04095,01023,工程化反变换,FX-2DA为2通道12位D/A转换模块，每个通道可独立设置电压或电流输出。FX-2DA是一种与F2-6A相比具有高精确度的输出模块。,4模拟量输出模块FX-2DA,模拟量模块的编程,特殊功能模块的编号,模拟量模块的编程,特殊功能模块的读/写指令,ml,为特殊功能模块的编号，,ml=0,7,；,m2,为该特殊功能模块中缓冲寄存器,(BFM),的编号，,m2=0,32767,；,n,是待传送数据的字数，,n=l,32,（,16,位操作）或,l,16,（,32,位操作）。,模拟量模块的编程,编程举例,例1：,FX2N-4AD模块在0号位置，其通道CH1和CH2作为电压输入，CH3、CH4关闭，平均值采样次数为4，数据存储器D1和D2用于接收CH1、CH2输入的平均值。,模拟量模块的编程,编程举例,例2：,FX2N-2DA模块在1号位置，其通道CH1和CH2作为电压输出，将数据存储器D1和D2的内容通过CH1、CH2输出。,程序如图所示，X000接通时，通道1（CH1）执行数字到模拟量的转换；X001接通时，通道2（CH2）执行数字到模拟量的转换。,第六节 PLC控制系统的维护和故障诊断 一、PLC控制系统的维护,一般情况下检修时间以每6个月至一年1次为宜，当外部环境条件较差时，可根据具体情况缩短检修间隔时间。,PLC日常维护检修的一般内容,二、PLC的故障诊断,任何PLC都具有自诊断功能，当PLC异常时应该充分利用其自诊断功能以分析故障原因。一般当PLC发生异常时，首先请检查电源电压、PLC及I/O端子的螺丝和接插件是否松动，以及有无其他异常。然后再根据PLC基本单元上设置的各种LED的指示灯状况，以检查PLC自身和外部有无异常。,下面以FX系列PLC为例，来说明根据LED指示灯状况以诊断PLC故障原因的方法。,电源指示,（POWERLED指示）,当向PLC基本单元供电时，基本单元表面上设置的POWERLED指示灯会亮。,如果电源合上但POWERLED指示灯不亮，请确认电源接线。另外，若同一电源有驱动传感器等时，请确认有无负载短路或过电流。若不是上述原因，则可能是PLC内混入导电性异物或其他异常情况，使基本单元内的保险丝熔断，此时可通过更换保险丝来解决。,出错指示,（EPRORLED闪烁）,当程序语法错误（如忘记设定定时器或计数器的常数等），或有异常噪音、导电性异物混入等原因而引起程序内存的内容变化时，EPRORLED会闪烁，PLC处于STOP状态，同时输出全部变为OFF。在这种情况下，应检查程序是否有错，检查有无导电性异物混入和高强度噪音源。,发生错误时，8009、80608068其中之一的值被写入特殊数据寄存器D8004中，假设这个写入D8004中内容是8064，则通过查看D8064的内容便可知道出错代码。与出错代码相对应的 实际出错内容参见PLC使用手册的错误代码表。,出错指示,（EPRORLED灯亮）,由于PLC内部混入导电性异物或受外部异常噪音的影响，导致CPU失控或运算周期超过200ms，则WDT出错，EPRORLED灯亮，PLC处于STOP，同时输出全部都变为OFF。此时可进行断电复位，若PLC恢复正常，请检查一下有无异常噪音发生源和导电性异物混入的情况。另外，请检查PLC的接地是否符合要求。,检查过程如果出现EPRORLED灯亮闪烁的变化，请进行程序检查。如果EPRORLED依然一直保持灯亮状态时，请确认一下程序运算周期是否过长（监视D8012可知最大扫描时间）。,如果进行了全部的检查之后，EPRORLED 的灯亮状态仍不能解除，应考虑PLC内部发生了某种故障，请与厂商联系。,输入指示,不管输入单元的LED灯亮还是灭，请检查输入信号开关是否确实在ON或OFF状态。,如果输入开关的额定电流容量过大或由于油侵入等原因，容易产生接触不良。当输入开关与LED灯亮用电阻并联时，即使输入开关OFF但并联电路仍导通，仍可对PLC进行输入。如果使用光传感器等输入设备，由于发光受光部位粘有污垢等，引起灵敏度变化，有可能不能完全进入“ON”状态。在比PLC运算周期短的时间内，不能接收到ON和OFF的输入。如果在输入端子上外加不同的电压时，会损坏输入回路,。,输出指示,不管输出单元的LED灯亮还是灭，如果负载不能进行ON或OFF时，主要是由于过载、负载短路或容量性负载的冲击电流等，引起继电器输出接点粘合，或接点接触面不好导致接触不良。,另外，还也可根据PLC的出错代码来诊断故障原因，FX系列PLC出错代码一览表见附录B，在此不再赘述。,