可编程序控制器的控制系统设计.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,*,第七章,PLC,的控制系统设计,学习目的,：学习,PLC,控制系统的设计方法，提高实,际应用的能力。,学习内容,：综合,PLC,硬件及软件知识，联系工业控,制的实际，介绍小型,PLC,控制系统设计,方法,.,学习要求,：,（,1,）了解,PLC,控制系统设计的内容和步骤。,（,2,）掌握,PLC,控制系统硬件配置的方法。,（,3,）掌握,PLC,应用程序设计方法及其设计技,巧。,（,4,）结合工业控制中的应用实例的设计，,提高实际应用能力,。,第一节,PLC,控制系统设计的内容和步骤,设计原则,1.,最大限度地满足被控对象对生产工艺的要求。,2.,力求控制系统安全、可靠、优质、经济。,3.,应考虑到今后控制规模的发展和工艺的改进。,设计内容,1,拟定控制系统设计的技术条件。,2,选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构。,3,选择,PLC,机型和扩展模块，配置系统硬件；,4,编制,PLC,的输入,/,输出分配表、绘制输入,/,输出端,子接线图；,5,根据实际系统对控制的要求设计用户程序；,6,设计操作台、电气柜，选择所需的电器元件。,7,编写设计说明书和操作使用说明书。,根据具体控制对象，上述内容可适当调整,。,设计步骤,(,一,),分析控制对象,(,二,)PLC,系统的硬件配置,(,三,)程序设计,(,四,),输入程序并调试程序,(,五,),程序固化,第二节,PLC,控制系统的硬件配置,一、选择,PLC,机型,在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比。,1,I/O,点数的估算,2,用户存储器容量的估算,（,依据点数，考虑扩充,）,3,CPU,性能的选择,二、开关量,I/O,模块的,选择,三、模拟量,I/O,模块的选择,四、智能,I/O,模块的选择,第三节,PLC,控制系统应用程序的设计,PLC,系统硬件配置后，可进行应用程序设计。,PLC,应用程序的设计是软、硬件知识的综合应用，有时硬件设计与应用程序设计可同时进行。,一、程序设计的步骤,1,系统框图设计,2,I/O,分配编号,3,设计应用程序,4,程序调试,5,编写程序说明书,自来水厂的系统框图,二、应用程序的设计方法,应用程序设计过程中，应正确选择能反映生产过程的变,化参数作为控制参数（控制变量）进行控制（例如：取水泵站的控制选用水位作控制变量）；应正确处理各执行电器、各编程元件之间的互相制约、互相配合的关系，即联锁关系（例，水不能溢出水池）,。,PLC,应用程序的设计方法有多种，常用的设计方法,有经验设计法,、,顺序功能图法,等。,（一）经验设计法,经验设计法要求设计者具有较丰富的实践经验，掌握较多的典型应用程序的基本环节。根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验选择基本环节，并把它们有机地组合起来。其设计过程是逐步完善的，一般不易获得最佳方案，程序初步设计后，还需反复调试、修改和完善，直至满足被控对象的控制要求。,（二）顺序功能图法,1,顺序功能图,SFC,(Sequential,Function Chart),所谓顺序控制，使生产过程按生产工艺要求预先安排的顺序自动地进行生产控制。例：运料小车的往返控制。,顺序功能图的基本结构,2.,依据步之间的进展形式，顺序功能图有以下几种,基本结构：,(1),单序列结构,(2),选择序列结构,(,自学,),（,3,）,并行序列结构,(,自学,),(4),子步（,microstep,）,(,自学,),1.,单序列结构,单序列由一系列相继激活的步组成。每一步的后面仅有一个转换条件，每一个转换条件后面仅有一步。,2,选择序列结构,分支,合并,3,并行序列结构,分支,合并,4,子步（,microstep,）,简略形式,子步,顺序功能图法,经验设计法的设计方法不规范，没有一个普遍的规律可遵循，具有一定的试探性和随意性。,由于联锁关系复杂，用经验设计法进行设计一般难于掌握，且设计周期较长，设计出的程序可读性差，即使有经验的工程师阅读它也很费时。同时，给日后产品的使用、维护带来诸多不便。,与经验设计法相比，顺序功能图法有着明显的优势。,什么是顺序功能图法？,定义：,顺序功能图法就是依据顺序功能图设计,PLC,顺序控制程序的方法。,基本思想：,是将系统的一个工作周期分解成若干个顺序相连的阶段，即“步”。,顺序功能图法的优势,顺序功能图中的各“步”实现转换时，使前级步的活动结束而使后续步的活动开始，步之间没有重叠。这使系统中大量复杂的联锁关系在“步”的转换中得以解决。,对于每一步的程序段，只需处理极其简单的逻辑关系。编程方法简单、易学，规律性强。,程序结构清晰、可读性好，调试方便。工作效率。,顺序功能图法的设计步骤,SFC,（,Sequential Function Chart,）是基于工艺流程的高级语言,其理论基础是,Petri Net,理论,.,参见,郝丽娜，刘兴刚,编著,计算机仿真技术及,CAD(,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,),设计步骤：,1.,根据实际系统的工艺流程，设计顺序功能图,2.,依据顺序功能图设计顺序控制程序。,顺序功能图法设计举例,根据工艺流程设计顺序功能图,系统的工作过程分解为：,第一步装料,第二步右行,第三步卸料,第四步左行,（,1,）设计顺序功能图,运料小车顺序功能图,（,2,）设计,顺序控制程序（,梯形图,）,依据顺序功能图设计梯形图。,设计步骤：,（,1,）对各输入、输出信号进行编址,，,列出输入、输出信号分配表,。,I/O,分配表,输入信号,I0.0-SB1,I0.1-SB2,I0.2-SQ1,I0.3-SQ2,输出信号,Q0.0-YV1,Q0.1-YV2,Q0.2-KM1,Q0.3KM2,（,2,）画出可编程序控制器,I/O,端子接线图,（,3,）依据顺序功能图设计梯形图,编程时，对应顺序功能图中的每一个“步”，组成一个,SCR,程序段。,4,步,4,个,SCR,段,每一个,SCR,程序段都由,LSCR n,、,SCRT,、,SCRE,指令构成。,编程步骤：（对照顺序功能图）,先设置初始步（在初始状态下启动）,编制第一,SCR,程序段的程序。,编制第二,SCR,程序段的程序。,编制第三,SCR,程序段的程序。,编制第四,SCR,程序段的程序。,编制系统停止工作的程序。,初始步,第一,SCR,程序段,第二,SCR,程序段,第三,SCR,程序段,第四,SCR,程序段,注意系统停止后，应使所有的输出线圈（,S0.1S0.4,，,Q0.0Q0.3,）,复位，返回初始状态。保证系统再次启动时，从“初始步”开始。,课外作业与实验,对照顺序功能图分析运料小车控制程序（梯形图）的工作原理，并上机调试。,四台电机顺序启动的顺序功能图,四台电机顺序启动,I/O,接线图,三、梯形图程序编写规则,1,输,入“继电器”的状态由外部输入设备的开关信号驱动，程序不能随意改变它。,2,梯形图中同一编号的“继电器线圈”只能出现一次，,通常不能重复使用，但是它的接点可以无限次地重复使用。,3,几个串联支路相并联，应将触点多的支路安排在上面；几个并联回路的串联，应将并联支路数多的安排在左面。按此规则编制的梯形图可减少用户程序步数、缩短程序扫描时间，如下页图所示。,4.,程序的编写按照从左到右，从上到下的顺序。一个梯形始于左母线，终于右母线。线圈与右母线直接相连。,四、程序设计过程中应注意的几个问题,1,先编制,I/O,分配表，后设计梯形图,2,合理排列梯形图，使输入、输出响应滞后现象不影响实际,响应速度。,3,在,PLC,输入端子接线图中，对于同一个发信元件通常只需,选其中某一接点（例常开接点或常闭点）接入输入端子，即对一个发信元件它只能占一个输 入地址编号。,4,.,合理接入输入信号的触点（常开或常闭触点），提高设,备可靠性安全性。,5,.,从安全考虑，重大安全部分不接入,PLC,的输入端而作,硬件处理。,6,应保证有效输入信号的电平保持时间。,7,PLC,指令的执行条件有信号电平有效和跳变有效的区别，,编程时应加以注意。,8,由电气控制图转换为梯形图时应注意的问题。,梯形图的合理画法,第四节,PLC,应用程序基本环节及设计技巧,一、,PLC,应用程序基本环节,二、,PLC,应用程序设计技巧,(,自学,),一、,PLC,应用程序基本环节,（一）电机的启动与停止控制程序,（二）具有点动调整功能的电机启、停控制程序,（三）电机的正、反转控制程序,（四）大电机的,Y-,起动控制程序,(,自学,),（五）通电禁止输出程序,(,自学,),（六）闪烁控制程序,(,自学,),七）定时器、计数器的扩展,(,自学,),（八）高精度时钟程序,(,自学,),第五节,PLC,在工业控制中的应用,SQ3,O,A,SQ4,B,SQ5,C,一、深孔钻组合机床的,PLC,控制,SQ1,(,二,),系统配置,1.,机型选择,（,1,）,I/O,点数统计：输入,8,点（,SB1,、,SB2,、,SB3,、,SB4,、,SQ1,、,SQ3,、,SQ4,、,SQ5,）；,输出,2,点（,KM1,、,KM2,），,控制电动机的正反转。,SB,3,为正向调整点动按钮，,SB4,为反向调整点,动按钮。,（,2,）,算,PLC,用户程序长度：为,I/O,总点数的（,1020,）倍，大约,135,字节，选用,S7-200CPU222 AC/DC/DC,继电器输出的,PLC,即能满足要求。,2.,系统配置,S7-200CPU222,单机集成,8,输入,/6,输出共,14,个数字量,I/O,点，选用,AC/DC/DC,继电器输出的主机，构成一个独立的单机控制系统，该系统完全能满足上述控制要求。,（三）深孔钻控制,I/O,接线图,(,四,),画出顺序功能图,根据深孔钻组合机床工作示意图，可画出顺序功能图。,顺序功能图,(,五,),由顺序功能图设计出的深孔钻组合机床梯形图,步,1,和步,2,对应的梯形图,步,3,、步,4,的梯形图,步,5,、步,6,的梯形图,进、退刀动作对应的梯形图,点动对应的梯形图,钻头进刀和退刀是由电机正转和反转实现的，,电机的正、反转切换是使用两个接触器,KM1,（,正转）、,KM2,（,反转）切换三相电源中的任意两相。,为防止由于电源换相所引起的短路事故，减少换相对电机的冲击，软件上采用了换相延时措施，梯形图中的,T37,、,T38,的延时时间应设在,0.5s,内。同时在硬件电路上也采取了互锁措施。,I/O,接线图中的,FR,用于过载保护。,为便于调整，程序中备有点动控制功能,。,注意,二、四台电动机顺序启、停控制,现有四台电动机,M1,、,M2,、,M3,、,M4,，,要求四台电动机顺序启动和顺序停车。启动时的顺序为,M1M2M3M4,，,时间间隔为,1分钟。停车时的顺序为,M4M3M2M1,，,时间间隔为,30,秒。可选用,S7-200PLC,（,CPU222,）,进行控制。,输入输出分配表,输入信号,停止按钮,SB1,I 0.0,启动按钮,SB2,I 0.1,输出信号,接触器,KM1,Q 0.0,接触器,KM2,Q 0.1,接触器,KM3,Q 0.2,接触器,KM4,Q 0.3,I/O,接线图,顺序功能图,梯形图,系统清0程序,启动/停止控制,顺序停止控制程序,四、十字路口交通信号灯,PLC,控制 （自学）,1.,交通信号灯设置示意图,2.,控制要求,3.,交通信号灯时序图,4.,程序设计,子步（,microstep,）,简略形式,子步,将某步分为几个子步,