1、8 PLC控制系统的设计与应用,8.1 PLC控制系统设计的基本原则、主要内容和步骤,8.1.1 PLC控制系统设计的基本原则,（1）在最大限度地满足被控对象控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、安全可靠，使用维修方便。 （2）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当地留有余地。,8.1.2 PLC控制系统设计的主要内容,（1）拟定控制系统设计任务书（包括设计的技术条件），明确设计任务和要求。 （2）确定PLC的型号，容量，I/O模块，电源模块等，及对控制系统的硬件进行配置（包括输入，输出设备等）。（3）编制PLC的输入/输出分配表及绘制输入/输出端子接线图。（4）根据系
2、统的设计要求编写程序规格要求说明书，然后再用相应的编程语言进行程序设计。,（5）选择所需的电器元件，设计操作台，电气柜及非标准电器元件。 （6）编写控制系统的技术文件，包括说明书，电气原理图，电气元件明细表，控制软件等。,8.1.3 PLC控制系统设计的步骤,（1）根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作时序，条件，必要的保护和联锁等），操作（手动，自动，连续，间断等）。 （2）在明确了控制任务和要求后，选择电气传动方式和确定系统所需的用户输入，输出设备。（3）选择合适的PLC类型。（包括机型的选择，容量的选择，I/O模块的选择等） 。（4）分配I/O点，设计I/O端子接线图（这
3、一步也可结合第2步进行）。 （5）进行PLC程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。,（6）将编写好的程序输入PLC中去，并对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。 （7） 联机调试。在PLC软硬件设计和控制台、柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统联机调试，调试中发现的问题，要逐一排除，直到调试成功。 （8）编制技术文件（包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC程序清单）。 （9）交付使用。,8.1.3 PLC控制系统设计的步骤,8.2 PLC控制系统的硬件设计,8.2.1 机型的选择,1. I/O点数的确定,2. 存储器容量的确定,3. PLC运行速度的确定,
4、8.2.2 模块的选择,1. I/O模块的选择 开关量I/O模块 模拟量I/O模块,2.智能模块的选择,8.3 PLC控制系统的软件设计,8.3.1 经验设计法,8.3.2 顺序功能图法（SFC）,采用顺控指令（SCR、SCRT、SCRE）,顺序控制系统，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动有序地进行操作的过程。在工业控制中，除过程控制系统外，绝大部分控制系统属于顺序控制系统。,顺序功能图(状态转换图、状态图、流程图) 就是用编程元件（如状态元件S）描述工步状态的工艺流程图，它是由步（状态）、转换和转换条件、有向连线和动
5、作组成。,1.顺序功能图,2. 顺序功能图 的主要类型,1）单支流程,LD SM0.1S S0.1, 1LSCR S0.1LD SM0.0= Q0.1LD I0.1SCRT S0.2SCRELSCR S0.2LD SM0.0= Q0.2LD I0.2SCRT S0.3SCRELSCR S0.3LD SM0.0= Q0.3LD I0.3,2）选择性分支与合并,2. 顺序功能图 的主要类型,LD SM0.1S S0.1, 1LSCR S0.1LD SM0.0= Q0.1LD I0.1SCRT S0.2LD I0.3SCRT S0.3SCRELSCR S0.2LD SM0.0= Q0.2,LD I0
6、.2SCRT S0.4SCRELSCR S0.3LD SM0.0= Q0.3LD I0.4SCRT S0.4SCRELSCR S0.4LD SM0.0= Q0.4LD I0.5,梯形图,2）选择性分支与合并,3）并行分支与合并,2. 顺序功能图 的主要类型,梯形图,LD SM0.1S S0.1, 1LSCR S0.1LD SM0.0= Q0.1LD I0.1SCRT S0.2SCRT S0.3SCRELSCR S0.2LD SM0.0= Q0.2SCRELSCR S0.3LD SM0.0,助记符,梯形图,= Q0.3LD I0.2SCRT S0.4SCRELSCR S0.4LD SM0.0=
7、Q0.4LD S0.2A S0.4A I0.3S S0.5, 1R S0.2, 1R S0.4, 1SCRE,助记符续,梯形图,LSCR S0.5LD SM0.0= Q0.5LD I0.4,助记符续,4）跳转和循环,2. 顺序功能图 的主要类型,4）跳转和循环（续）,2. 顺序功能图 的主要类型,3. 应用举例,例1：喷水池自动控制,控制要求：（1）连续动作系统送电，电源指示灯亮。,按下启动按钮,中央喷水显示,2s后,中央喷水,2s后,环状喷水显示,2s后,环状喷水,2s后,3. 应用举例,2s后,例1：,（2）单周期动作系统送电，电源指示灯亮。,按下启动按钮,中央喷水显示,2s后,中央喷水,
8、2s后,环状喷水显示,2s后,环状喷水,2s后,2s后,控制要求：,确定控制点数：,I0.0：启动按钮I0.1：转换开关,Q0.0：电源信号显示Q0.1：中央喷水显示Q0.2：中央喷水Q0.3：环状喷水显示Q0.4：环状喷水,梯形图,梯形图,例2：电动机顺序启动，同时停止,控制要求：3台电动机（M1、M2、M3），按下起动按钮时，M1先起动，运行1min后，M2起动，再运行1min后，M3起动。起动完毕，进入正常运行状态，直到按下停止按钮，3台电动机同时停止运行。,梯形图1,S,S,S,梯形图2,梯形图3,简化,Q0.3,Q0.3,WXOR指令（逻辑异或运算）： 当EN=1时，IN1和IN2按
9、位异或，结果送入OUT中。,例：,0001 1111 0110 1101,AC1,1101 0011 1110 0110,AC0,1100 1100 1000 1011,AC0,XOR_W,SHRB指令（自定义位移位指令）： 位数据DATA填入移位寄存器的最低（高）位（S_BIT），移位寄存器的长度为N的绝对值，移位方向为N的符号。每次移一位，第N位溢出到SM1.1中。,例：,第一次移位前VB100：,0101,MSB,LSB,第一次移位后VB100：,1011,I0.3(1),0,溢出（SM1.1）,第二次移位后VB100：,0110,I0.3(0),1,溢出（SM1.1）,主程序MAIN,
10、子程序SBR_0,4.顺序功能图设计步骤（1）确定I/O点数、种类，选择PLC机型，并绘制I/O端子接线图。（2）根据工作确定步。 （3）画出顺序功能图。 （4）用SCR指令、S/R指令、SHRB指令等编写相应的程序。 （5）将编写好的程序进行整理和修改。 （6）联机调试程序。,8.4 PLC控制系统的应用举例,8.4.1 PLC在智力竞赛抢答装置中的应用,1. 控制要求（1）主持人一个开关控制三个抢答桌。主持人说出题目后，谁先按按钮，谁的桌子上的灯即亮。只有当主持人按按钮后灯才熄灭，否则一直亮着。（2）共有三组参加竞赛的队员，每组2个人，每桌上有两个按钮，是并联形式，无论按哪一只，桌上的灯都
11、亮； （3）当主持人将转换开关闭合时，15s之内若有人抢答按按钮，电铃响。,I/O分配表,PLC接线图（简图）,PLC接线图,PLC程序,串联,去掉,三组抢答，第一组用于儿童组，桌上两个按钮，无论按哪一个，桌上灯都亮；第二组用于学生组，桌上一个按钮，按下灯即亮；第三组用于成人组，桌上两个按钮，只有两个按钮都按下灯才亮。试修改以上程序。,思考？,8.4.2 PLC在混料罐控制系统中的应用,YV1,YV2,YV3,L1（H）,L2（M）,L3（L）,M,I/O分配表,控制过程分析 I0.0接通，辅助继电线圈M1.0接通并自锁，同时产生一个上升沿使M2.0微分输出，使Q0.1接通并自锁，加入A液体；
12、当I0.4接通，Q0.2接通并自锁，同时Q0.1断开，A液体停止加入，开始加入B液体；,控制过程分析（续） 当I0.3接通时，T37开始计时， Q0.4接通，搅拌机开始工作，延时30S后，辅助继电器线圈M1.1接通，同时定时器T37断开，Q0.4断开，Q0.3接通。,控制过程分析（续） 如果I0.2接通，也使Q0.3接通，混合液体C放出；当I0.5接通，定时器T39工作，延时10S后，M1.2接通，Q0.3断开，Q0.1接通，开始下一循环。,8.4.3 PLC在在燃油锅炉控制系统中的应用,1.控制要求（1）按下起动按钮，燃油首先通过燃油预热器预热，1min后，接通点火变压器，打开瓦斯阀门，同时
13、由鼓风机送风，持续3s后，喷油泵喷油，持续3s后，点火变压器和瓦斯阀门同时关闭。 （2）按下停止按钮，燃油预热器关闭，喷油泵关闭，鼓风机继续送风持续15s后送风停止。 （3）锅炉燃烧过程中，当出现异常情况时（即蒸气压力超过允许值或水位通过上限或低于下限），燃油预热器关闭，喷油泵关闭，鼓风机继续送风持续15s后送风停止；异常情况消失后，又能自动接起燃烧程序重新点火燃烧。 （4）锅炉水位控制，锅炉工作起动后，当水位低于下限时，进水阀打开，排水阀关闭，当水位高于上限时，排水阀打开，进水阀关闭。,I/O分配表,I/O接线简图,程序设计,4. 控制过程分析起动时，按下起动按钮I0.0即I0.0接通,辅助
14、继电器线圈M1.0接通并自保。在正常情况下，当I0.2、I0.3、I0.4的常闭触点闭合（即蒸气压力在允许值范围内，水位在上、下限之间）时，M1.1接通，Q0.0接通，燃油预热器工作，燃油预热；定时器T37开始计时，1min后，T37的常开触点闭合，M1.2接通，Q0.1、Q0.2、Q0.3接通，开始送风、点火变压器接通、瓦斯阀打开；定时器T39开始计时，3S后，T39的常开触点闭合，Q0.4接通，喷油燃烧；同时定时器T40开始计时，3S后，T40的常闭触点断开，Q0.2、Q0.3断开，点火变压器和瓦斯阀关闭，继续送风，燃油继续燃烧。停止时，按下停止按钮I0.1即I0.1的常开触点闭合，常闭触
15、点断开，M1、M1.1断开，Q0.0断开，燃油预热停止；I0.1的常开触点闭合，M1.3接通并自保，定时器T41开始计时。同时M1.3的常闭触点断开，定时器T39断开，Q0.4断开，停止喷油；M1.3的常开触点闭合，Q0.1继续接通，进行送风清炉。定时器T41计时到15S后，T41的常闭触点断开，M1.3断开Q0.1断开，停止送风，清炉完毕。在出现异常情况时，当I0.2、0.3、0.4的常闭触点断开（即蒸气压力超过允许值、水位低于下限或水位高于上限时），M1.1断开，M1.3接通，定时器T41开始计时，T37、Q0.0、Q0.2、Q0.3、Q0.4断开，点火变压器、瓦斯阀关闭以及停止喷油，继续
16、送风清炉。定时器T41计时到15S后，M1.3断开，清炉结束。异常情况排除后，M1.1又接通，又从燃油预热开始按照起燃顺序进行工作。锅炉工作起动后，当水位低于下限值时，I0.4的常开触点断开，I0.4的常闭触点闭合，I0.3的常闭触点闭合，I0.3常开触点断开，Q0.6断开，Q0.5接通，排水阀关闭，进水阀打开。当水位高于上限值时，I0.3的常闭触点闭合，I0.3常开触点断开，I0.4常开触点闭合，I0.4的常闭触点断开，Q0.6接通，Q0.5断开，排水阀打开，进水阀关闭。,8.4.4 PLC在机床控制中的应用,用PLC控制系统取代CA6140普通车床的电气控制系统的设计方法。,1.控制要求（
17、1）按起动时，按下起动按钮，主电动机M1运转。当加工工件到达指定位置时，快速移动电动机M3采用点动控制且只有M1起动后，才能起动快速移动电动机M3；当加工工件需要冷却时，用转换开关SA1控制冷却泵电动机M2。 （2）停止时，按下停止按钮，电动机M1、M2停止运转。 （3）照明灯由转换开关SA2控制。,继电接触控制系统,I/O分配表,I/O接线简图,程序设计,PLC工艺训练,升降机密码控制系统,控制要求,（1）控制升降机上升/下降；,轿箱,（2）控制轿箱门打开/关闭；,电动机正反转；,电磁阀控制；,升降机动作过程,PLC工艺训练,升降机动作过程,PLC工艺训练,升降机动作过程,PLC工艺训练,升
18、降机动作过程,PLC工艺训练,升降机动作过程,PLC工艺训练,升降机动作过程,PLC工艺训练,升降机动作过程,PLC工艺训练,升降机动作过程,PLC工艺训练,升降机动作过程,PLC工艺训练,升降机动作过程,PLC工艺训练,升降机动作过程,PLC工艺训练,正确,错误,报警,下降,开门,上升,PLC工艺训练,正确,错误,报警,下降,开门,上升,控制要求,（3）输入正确密码，密码正确指示灯亮，允许升降机运行；,PLC工艺训练,正确,错误,报警,下降,开门,上升,控制要求,（4）输入错误密码，密码错误指示灯亮，不允许升降机运行；,PLC工艺训练,正确,错误,报警,下降,开门,上升,控制要求,（5）连续
19、输入3次错误密码，系统报警；,PLC工艺训练,正确,错误,报警,下降,开门,上升,控制要求,（6）按下复位按钮，系统恢复原始状态。,PLC工艺训练,正确,错误,报警,下降,开门,上升,2. 系统的硬件配置,（1）确定系统控制点数，选择PLC及其它控制电器。,PLC工艺训练,正确,错误,报警,下降,开门,上升,2. 系统的硬件配置,（2）画出电气原理图及接线图。,PLC工艺训练,正确,错误,报警,下降,开门,上升,3. 系统的软件设计,（1）编制PLC控制程序。（2）现场调试,PLC工艺训练,PLC工艺训练,升降机密码控制系统部分电路图,PLC工艺训练,升降机密码控制系统部分电路图,PLC工艺训练,升降机密码控制系统部分电路图,PLC工艺训练,升降机密码控制系统部分电路图,
