PLC控制系统设计与应用实例

原创 2020-04-25 15:32  阅读

  PLC控制系统设计与应用实例_计算机软件及应用_IT/计算机_专业资料。第7章PLC控制系统设计与应用实例 7.1PLC控制系统设计的内容和步骤 7.2PLC控制系统的硬件配置 7.3PLC控制系统梯形图程序的设计 7.4顺序控制梯形图的设计方法 7.5PLC

  第7章PLC控制系统设计与应用实例 7.1PLC控制系统设计的内容和步骤 7.2PLC控制系统的硬件配置 7.3PLC控制系统梯形图程序的设计 7.4顺序控制梯形图的设计方法 7.5PLC在工业控制系统中的典型应用实例 7.1PLC控制系统设计的内容和步骤 7.1.1PLC控制系统设计的内容 7.1.2PLC控制系统设计的步骤 7.1.1PLC控制系统设计的内容 1)分析控制对象、明确设计任务和要求是整个设计的依据。 2)选定PLC的型号及所需的输入/输出模块,对控制系统的硬 件进行配置。 3)编制PLC的输入/输出分配表和绘制输入/输出端子接线)根据系统设计的要求编写软件规格要求说明书,然后再用 相应的编程语言(常用梯形图)进行程序设计。 5)设计操作台、电气柜,选择所需的电气元件。 6)编写设计说明书和操作使用说明书。 7.1.2PLC控制系统设计的步骤 1.系统规划 2.硬件设计 3.软件设计 4.系统调试 5.技术文件编制 图7-1PLC控制系统设计的步骤 7.2PLC控制系统的硬件配置 7.2.1PLC机型的选择 7.2.2开关量I/O模块的选择 7.2.3模拟量I/O模块的选择 7.2.4智能模块的选择 7.2.1PLC机型的选择 ?性能与任务相适应 ?PLC的处理速度应满足实时控制的要求 ?PLC机型尽可能统一 ?指令系统 1.性能与任务相适应 ?对控制速度要求不高的开关量控制系统,选用小型PLC。 ?对于以开关量控制为主,带有部分模拟量控制的应用 系统,应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带D/A转 换的模拟输出模块,配接相应的传感器、变送器和驱动 装置,凯发下载并且选择运算功能较强的小型PLC。 西门子公司的S7-200、S7-1200PLC在进行小型数字、模拟混合系 统控制时具有较高的性能价格比,实施起来也较为方便。 ?对于比较复杂、控制功能要求较高的应用系统,如需 要PID调节、闭环控制、通信联网等功能时,可选用中、 大型PLC ,如西门子公司的S7-300、S7-400。 2. 提高PLC快速响应的几点措施 1)选择CPU速度比较快的PLC,使执行一条基本 指令的时间不超过0.5μs。 2)优化应用软件,缩短扫描周期。 3)采用高速响应模块,其响应的时间不受PLC周 期的影响,而只取决于硬件的延时。 3. PLC机型尽可能统一 一个大型企业,应尽量做到机型统一。因为同一机型 的PLC ,其模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理, 这不仅使模块通用性好,减少备件量,而且给编程和维修 带来极大的方便,也给扩展系统升级留有余地;其功能及 编程方法统一,有利于技术力量的培训、技术水平的提高 和功能的开发;其外部设备通用,资源可共享,配以上位 计算机后,可把控制各独立系统的多台PLC连成一个多级 分布式控制系统,相互通信,集中管理。 4.指令系统 1)指令系统的总语句数。 2)指令系统种类。 3)指令系统的表达方式。 4)应用软件的程序结构。 7.2.2开关量I/O模块的选择 1.开关量输入模块的选择 2.开关量输出模块的选择 1.开关量输入模块的选择 1)选择工作电压等级。 2)选择模块密度。 3)门坎电平。 2.开关量输出模块的选择 1)输出方式的选择。 2)输出电流的选择。 7.2.3模拟量I/O模块的选择 1.模拟量输入模块的选择 2.模拟量输出模块的选择 1.模拟量输入模块的选择 1)模拟量值的输入范围。 2)模拟量输入模块的分辨率、输入精度、转换时间等 参数指标应符合具体的系统要求。 3)在应用中要注意抗干扰措施。 2.模拟量输出模块的选择 ?模拟量输出模块的输出类型有电压输出和电流输出两 种,输出范围有0~10V、±10V、0~20mA等。 ?模拟量输出模块的输出精度、分辨率、抗干扰措施等 都与模拟量输入模块的情况类似。 S7-200 PLC提供了EM231 4路模拟量输入模块、EM231 4路输入热电偶、EM231 2路热电阻(RTD)、EM232 2路 模拟量输出模块、EM235 4输入/1输出组合模块,可根 据实际需要选用。 7.2.4智能模块的选择 一般的智能模块包括PROFIBUS-DP模块(如EM277模 块)、工业以太网模块(如CP243-1、CP243-1 IT)、调制解调 器模块(如EM241模块)、定位模块(如EM253模块)等。 需要注意:一般智能模块价格比较昂贵,而有些功能采用一般 I/O模块也可以实现,只是要增加软件的工作量,因此应根据实际情 况决定取舍。 7.3PLC控制系统梯形图程序的设计 7.3.1经验设计法 7.3.2顺序控制设计法与顺序功能图 7.3.1经验设计法 1.考虑不周、设计麻烦、设计周期长 2.梯形图的可读性差、系统维护困难 图7-2运料小车控制系统 7.3.2顺序控制设计法与顺序功能图 1.顺序功能图 2.顺序功能图的基本结构 3.顺序功能图法 1.顺序功能图 (1)步与动作 (2)有向连线.顺序功能图的基本结构 (1)单序列结构 (2)选择序列结构 (3)并行序列结构 (1)单序列结构 单序列由一系列相继激活的步组成。每步的后面仅有一个转 换条件,每个转换条件后面仅有一步,如图7-4所示。 图7-4单序列结构 (2)选择序列结构 选择序列的开始称为分支。某一步的后面有几个步,当满 足不同的转换条件时,转向不同的步,如图7-5a所示。 选择序列的结束称为合并。几个选择序列合并到同一个序 列上,各个序列上的步在各自转换条件满足时转换到同一 个步,如图7-5b所示。 图7-5选择序列的分支与合并 (3)并行序列结构 并行序列的开始称为分支。当转换的实现导致几个序列同时激活时,这些 序列称为并行序列。它们被同时激活后,每个序列中的活动步的进展将是 独立的,如图7-6a所示。并行序列中,水平连线用双线表示,用以表示同 步实现转换。并行序列的分支中只允许有一个转换条件,并标在水平双线 之上。 并行序列的结束称为合并。在并行序列中,处于水平双线以上的各步都为 活动步,且转换条件满足时,同时转换到同一个步,如图7-6b所示。并行 序列的合并只允许有一个转换条件,并标在水平双线并行序列的分支与合并 3.顺序功能图法 顺序功能图法首先根据系统的工艺流程设计顺序功 能图,然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺 序功能图中,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。而对于每步的程序 段,只需处理极其简单的逻辑关系。因而这种编程方法 简单易学、规律性强,设计出的控制程序结构清晰、可 读性好,程序的调试、运行也很方便,可以极大地提高 工作效率。 S7-200 PLC采用顺序功能图法设计时,可用置位/复 位(S/R)指令、顺序控制继电器(SCR)指令、移位寄存器 (SHRB)指令等实现编程。 7.4顺序控制梯形图的设计方法 7.4.1置位、复位指令编程 7.4.2顺序控制继电器指令编程 7.4.3具有多种工作方式的顺序控制梯形图设计方法 7.4.1置位、复位指令编程——交通灯控制 1.控制要求 2.输入、输出信号地址分配 3.设计顺序功能图和梯形图程序 1.控制要求 1)接通起动按钮后,信号灯开始工作,南北向红灯、东西向 绿灯同时亮。 2)东西向绿灯亮25s后,闪烁3次(1s/次),接着东西向黄灯亮, 2s后东西向红灯亮,30s后东西向绿灯又亮……如此不断循环, 直至停止工作。 3)南北向红灯亮30s后,南北向绿灯亮,25s后南北向绿灯闪烁 3次(1s/次),接着南北向黄灯亮,2s后南北向红灯又亮……如 此不断循环,直至停止工作。 图7-7交通信号灯控制示意图 2.输入、输出信号地址分配 表7-1交通信号灯控制I/O地址分配表 输入信号 起动按钮SB1 停止按钮SB2 I0.1 I0.2 输出信号 南北红灯HL1、HL2 南北绿灯HL3、HL4 南北黄灯HL5、HL6 东西红灯HL7、HL8 东西绿灯HL9、HL10 东西黄灯HL11、HL12 Q0.0 Q0.4 Q0.5 Q0.3 Q0.1 Q0.2 图7-8I/O接线.设计顺序功能图和梯形图程序 图7-9交通信号灯控制顺序功能图 图7-10交通信号灯梯形图程序 7.4.2顺序控制继电器指令编程——深孔钻组合机床 1.深孔钻组合机床控制要求 2. I/O信号地址分配和接线.由顺序功能图设计梯形图 1.深孔钻组合机床控制要求 刀具进退与行程开关示 意图如图7-11所示。 在起始位置O点时,行 程开关SQ1被压合,按起动 按钮SB2,电动机正转起动, 刀具前进。退刀由行程开关 控制,当动力头依次压在 SQ3、SQ4、SQ5上时电动机 反转,刀具会自动退刀,退 刀到起始位置时,SQ1被压 合,退刀结束,又自动进刀, 直到三个过程全部结束。 图7-11深孔钻组合机床工作示 意图 2. I/O端子接线深孔钻控制I/O接线. 顺序功能图 根据深孔钻组合机床工作示意图,可画出顺序功能图如图7-13所示。 图7-13深孔钻顺序功能图 4.由顺序功能图设计梯形图 图7-14深孔钻控制梯形图 7.5PLC在工业控制系统中的典型应用实例 7.5.1节日彩灯的PLC控制 7.5.2恒温控制 7.5.1节日彩灯的PLC控制 1.彩灯闪烁一般控制方法——环形分配器原理 2.环形分配器法编程 3.编写彩灯“花式”节拍输出分配表程序 1.彩灯闪烁一般控制方法——环形分配器原理 图7-23环形分配器示意“钟” 表7-3节日彩灯“步进单闪”花式节拍输出分配表 长针节 拍 中间 输出 V2.0 M1.0 M1.1 + M1.2 + M1.3 + M1.4 + M1.5 + M1.6 + M1.7 + V2.1 + + + + + + + V2.2 + + + + + + + V2.3 + + + + + + + V2.4 + + + + + + + V2.5 + + + + + + + V2.6 + + + + + + + V2.7 + + + + + + + 表7-4节日彩灯“奇偶跳变”花式节拍输出分配表 长针节 拍 中间 输出 V2.0 M2.0 M2.1 + M2.2 M2.3 + M2.4 M2.5 + M2.6 M2.7 + V2.1 + + + + V2.2 + + + + V2.3 + + + + V2.4 + + + + V2.5 + + + + V2.6 + + + + V2.7 + + + + 2.环形分配器法编程 (1) 时基 (2) 单步环形移位 (3) “长针”周期触发、“短针”单步环形移位 3.编写彩灯“花式”节拍输出分配表程序 图7-24节日彩灯控制程序 7.5.2恒温控制 1.恒温控制的基本思路 2.数据的变换与处理 3.设计梯形图程序 1.恒温控制的基本思路 图7-25温度控制系统硬件示意图 2.数据的变换与处理 (1)数据输入变换过程 (2)控制量输出变换过程 图7-264~20mA模拟量变换坐标 3.设计梯形图程序 1)主程序(OB1):网络1将温度信号输入值转换成0~25600存入V W162,以及再转换成0~100℃范围并存入VW170,该温度值可 用于数码显示或后面的“比较器”数值比较。 2)子程序0(SBR0):初始化变量存储器,其中VD160、VW170开 机清零;VW180置最大输出调控量32000(20mA);VW182置0输 出调控量(4mA)。 3)子程序1(SBR1):填写除给定值以外其他PID回路表参数。 4)中断0(INT0)完成以下功能:①将VW162以上16位补0成为双 字整数,再划为实数,并除以25600.0使之成为0.0~1.0的过程变 量(PVn);②I0.0置1时PID回路指令有效;③将0.0~1.0的输出转 换成0~25600的整数,再加6400,成为6400~32000的输出,其中 还有上/下限幅,当失调温度超过设定值5℃时,输出6400,反 之低于5℃时,输出32000。(具体程序见教材) 本章小结 本章主要介绍了PLC控制系统设计的内容和步骤;PLC控制系统的硬件 配置方法。重点介绍了梯形图程序的设计方法,包括经验设计法和顺序 控制设计法。介绍了顺序功能图的结构和应用方法,并通过典型的应用 实例来介绍顺序控制梯形图的设计方法、步骤和内容。 通过学习,应掌握顺序功能图和顺序控制设计法的设计步骤,能进行简 单的控制系统的设计,包括统计输入/输出信号点数和类型,进行合理的 机型选择,画出输入输出接线图,画出顺序功能图,设计出梯形图程序 并进行调试。 完成一定数量的习题。

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