PLC控制系统设计原则

原创 2020-02-03 06:21  阅读

  PLC控制系统的基本 设计原则 1.最大限度满足被控对象的控制要求; 2.在满足要求的前提下,控制系统力求简单 \经济\使用与维修方便; 3.系统的安全与可靠性; 4.考虑到生产工艺的改进或变化,考虑PLC 留裕量; PLC控制系统设计的 一般步骤 ★熟悉控制对象的工艺要求,制订合理的控制 方案(例,自动、半自动、手动等方案) ★确定用户的I/O设备(例,使用的低压电器) ★PLC选型及硬件配置(PLC类型、点数、功 能、容量、模块、扩展等) ★系统I/O分配以及外围电路设计。 ★程序设计与调试(例调试,控制系统模拟调 试和现场调试) ★编制技术性文件(例,硬件接线图、带注释 的梯形图以及必要的文字说明) PLC的选型与硬件配置 1.结构合理:整体结构一般价格低,用于小型控制系统(例如,仅需开关量 控制的系统);模块结构一般用于复杂系统(例如分布式控制系统)。 2.功能满足:逻辑功能\模拟量处理功能\通讯功能等. 3.机型统一:同一企业以及同一系统尽可能采用同一系列机器 . 4. 运行速度:一定程度上体现了PLC输出对输入响应的速度,取决于CPU运行 的速度.影响响应的因素有: ①输入滤波时间 ②I/O服务延迟时间 ③程序运算时间 ④输出滤波时间; (PLC厂家给出输入、输出电路的延迟时间和PLC的扫描速度,一般的PLC扫 描速度在10ms/kB左右) PLC容量的确定 ★PLC容量有两方面含义,I/O点容量和用户存储器容量 (字数),总体原则是容量满足并保有一定裕量。 1)PLC的I/O点数满足现场输入/输出信号的要求,同 时保留(10~15)%的裕量。 2)用户存储器容量有两种确定办法; ★计算:根据编制的程序确定容量(需要知道指令占有 存储器的大小,一般逻辑指令占1个字,计时、计数、移 位、算术运算等指令占2个字等,可以通过使用手册查到) ★估算:一般提供估算的经验公式,此略。 根据计算或估算结果留下(25~30)%的裕量即可。 通常的办 法是:先编好程序,然后根据程 序长短确定容量的大小。 I/O模块的选择(1) I/O模块的价格约占PLC价格的一半以上,直接影响PLC的应 用范围,应当合理选择。 ★输入模块的选择:输入模块的作用是接收现场输入信号并将其转 变为PLC内部的低电平信号。 1)按电压分类有直流: 5V/12V/24V/48V/60V,交流有110V/220V, 2)按电路形式区分有: 汇点输入和分隔输入两种 输入模块选择时注意以下问题: 1)电压等级:信号传输距离越远则选用的电压要求就越高,例 如,选用5V等级时信号与模块距离≤10米。 2)门槛电平:门槛电平越高则抗干扰能力越强,传输距离越远, 所以要求高的系统选用高门槛电压的输入模块。 I/O模块的选择(2) ★输出模块的选择:输出模块的作用是将PLC内部的低电 平信号转换为外部所需要的输出电平以驱动负载。 按输出形式区分: 继电器(R)输出、晶体管(T)输出和双向晶闸管 (S)输出。①继电器输出:驱动电流较大、价格低、 电压范围宽、导通压降小、交直流两用等优点,但动作 速度慢、寿命短、频率低等不足; ②晶体管输出:直 流输出、频率高、寿命长等。 ③双向晶闸管输出:交 流输出,频率高、寿命长等。 ★电源模块的选择:电源模块的输出电流大于CPU模块、 I/O模块等消耗电流的总值即可。 PLC外部电路设计 L N 1.确定运行方式: →自动运行方式 →半自动化运行方式 →手动运行方式 →单步运行方式 2.PLC的I/O端子分配. 在完成上述工作 的基础上进行PLC外 部电路的设计,以下 是一个简单的例子供 参考. QS L1 L2 L3 N SB1 FU 3 L N KM2 KM1 N FU1 SB2 KM2 KM1 FR1 M 3~ SB3 0.00 100.00 0.01 100.01 FR 0.02 0.03 FU2 KM1 KM2 L COM 此图并不规范! PLC外部电路接线 N 空气开关 按钮 接触器 热继电器 熔断 器 电动机 US B (此图也有问题) PLC外部电路设计技法(1) ★输入点简化方法: 输入点合并\分时分组输入\减少不必要的输入信号等. ★输出点简化方法: 负载并联\接触器辅助触点应用\用数字显示器替代指示灯等等. 必要时采用!! PLC外部电路设计技法(2) 供电电源电路设计:电源的性能直接影响PLC控制系统的可靠性.因此 要引起注意! 1)使用隔离变压器进行分别供电; 2)使用不间断电源(UPS)供电; 3)双路供电; 必要时采用!! PLC控制系统可靠性设计(3) PLC的设计是面向现场环境的,所以一般情况下不须要采 取特殊措施,但是如果环境过于恶劣(例如电磁干扰特别强烈, 还是有可能给PLC的运行带来隐患,还是注意可靠性问题。 在下列环境下可运行: 1)温度:工作温度0~550C,最高温度600C; 2)湿度:相对湿度5~95%(无结霜); 3)振动和冲击:满足国际电工委员会标准; 4)电源:220V交流供电时,允许波动(-15~+15)%,频率47~53Hz,瞬间停电保 持10ms; 5)空气环境:周围空气不能混有可燃、爆炸性和腐蚀性。 若环境条件达不到上述要求,则应当采取相应之措施。 例如,加装冷风机降温,或加装加热器升温。 低温下容易引起模拟回路精度降低、回路安全系数变小,引起不正常 动作。 PLC控制系统可靠性设计(3) 采用冗余技术提高可靠性 在特别重要的场合必须要考虑PLC自身的可靠性问题,一旦发 生问题,则希望在不影响系统的正常运行。 1)环境条件上的富余(例如,温度控制在30度以下等) ; 2)控制器并联运行,对于配线简单的系统可考虑两台PLC并列, 当一台PLC出现问题时,另一台自动或手动投入运行。 3)双机双工热后备控制系统,用两台完全相同的控制器构成同一 控制系统,信号同时传递给两台控制器,一台用于控制,另一台 用于后备,由监控器统一管理,当执行机出现问题时及时把控制 权交给后备机,关断后备机并进行报警处理。 另一种冷后备,即备用机平时不工作,当工作机出现问题 时,由人工接通备用机。 PLC控制系统可靠性设计(3) 提高可靠性的另一个方法是充分利用PLC剩余器件进行保护 性程序的设计。例如:小车运行控制。 外部有两个行程开关,若行程开关损坏可能会给小车运行造成问题,能不能在起动运行 前首先检测一下行程开关的位置是否正确呢?否则就不允许启动或者报警等。下图中M500 就是一个能反应各行程开关初始状态是否正常的“标志”,可以通过它进行报警或联锁等等 文章 :《PLC控制器剩余器件在系统保护中的应用》(机床电器) PLC控制系统可靠性设计(3) 系统抗干扰设计(电磁干扰) PLC周围往往存在大量的电磁干扰,这些电磁干扰混入输入电 路容易引起错误的输入信号,从而引起错误的运算结果,因此在 需要采取一些搞干扰措施。 1)采用隔离变压器来抑制来自电网的干扰信号,使用注意两点: 屏蔽层良好接地;●导线屏蔽层良好接地; ●采用双绞线以减少电源线路间干 扰; ●还可在电源侧加装滤波器。 2)将PLC供电电源、I/O通道电源和负载电源分开。 PLC控制系统可靠性设计(3) 系统接地设计 PLC控制系统良好的接地可以起到以下作用: 1)一般情况下控制器(控制屏)与大地之间存在电位差,良好的接地可以减小由于 电位差引起的干扰电流; 2)混入电源和输入信号线的电流可以通过接地线引入大地,从而冲击波干扰; 3)良好的接地可以有效防止漏电流产生的感应电压。 专用接地最好,共通接地一般不采用。 注意以下事项:●接地线mm平方; ●接地占尽量靠近控制器(距 离不大于50M; ●接地线尽量避开主回路或其它大电路回路(或尽可能与之垂直相交) PLC控制系统程序设计

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