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1、第第1010章章PLCPLC控制系统设计控制系统设计 v 10.1 概概 述述 v 10.2 梯形图的基本电路梯形图的基本电路v 10.3 梯形图的经验设计方法梯形图的经验设计方法 v 10.4 梯形图的逻辑设计方法梯形图的逻辑设计方法 v 10.5 梯形图的顺序控制设计方法梯形图的顺序控制设计方法 v 10.6 多种工作方式的程序设计多种工作方式的程序设计 v 10.7 具有断电保持功能的程序设计具有断电保持功能的程序设计v 10.8 PLC控制泡沫塑料切片机控制泡沫塑料切片机 10.1 概概 述述 v 系统设计包括硬件电路设计和软件程序设计系统设计包括硬件电路设计和软件程序设计v 设计应遵
2、循以下基本原则：设计应遵循以下基本原则：控制系统应安全、可靠、实用，且易于维修；控制系统应安全、可靠、实用，且易于维修；在满足控制要求的前提下，系统应力求简单、经济，性价比高；在满足控制要求的前提下，系统应力求简单、经济，性价比高；考虑到今后的发展和工艺的改进，在硬件配置上应留有一定的裕考虑到今后的发展和工艺的改进，在硬件配置上应留有一定的裕量。量。系统设计的一般步骤和基本内容如下：系统设计的一般步骤和基本内容如下：弄清开关量、模拟量还是数字量控制？弄清开关量、模拟量还是数字量控制？其规模有多大？其规模有多大？I/O点数有多少？点数有多少？模拟量的路数和位数各多少？模拟量的路数和位数各多少？数
3、字量控制时，数字量控制时，PLC接收或输出高速脉冲的频率是多少？接收或输出高速脉冲的频率是多少？是否有数据采集、显示监控的要求？是否有数据采集、显示监控的要求？是否有是否有PID运算、闭环控制和通信联网等更高的要求？运算、闭环控制和通信联网等更高的要求？必要时进行内存容量的估算。必要时进行内存容量的估算。10.1.1 系统分析系统分析v必须对生产的工艺过程进行深入调查，明确必须对生产的工艺过程进行深入调查，明确PLC控制的任务控制的任务v 要弄清操作方式和在每一种操作方式下应完成的动作要弄清操作方式和在每一种操作方式下应完成的动作 操作方式通常分手动、自动，自动方式又分单周期（半操作方式通常分
4、手动、自动，自动方式又分单周期（半自动）、连续（全自动）。自动）、连续（全自动）。完成的动作：动作顺序、动作条件、必需的保护和联锁完成的动作：动作顺序、动作条件、必需的保护和联锁等。等。v 弄清弄清PLC的使用环境。的使用环境。PLC使用时，对环境温度、防潮、使用时，对环境温度、防潮、防尘、防腐、防震、防电磁干扰都有相应的要求。防尘、防腐、防震、防电磁干扰都有相应的要求。10.1.2 硬件电路设计1.选择PLC机型基本原则：满足控制要求的前提下，保证可靠、维护方便，最佳性价比。1）性能与任务相适应：主要指标有最大）性能与任务相适应：主要指标有最大I/O点数，工作速度，内存容量、内点数，工作速度
5、，内存容量、内存配置，工作电源，存配置，工作电源，PLC的输出方式，特殊功能配置，的输出方式，特殊功能配置，PLC的安装尺寸的安装尺寸2）PLC结构合理、机型统一：同一个企业里，应尽量使机型一致。结构合理、机型统一：同一个企业里，应尽量使机型一致。3）可靠性）可靠性 控制系统必须可靠地工作，可靠性是第一位的问题控制系统必须可靠地工作，可靠性是第一位的问题 应尽可能选择使用广泛、口碑好的大公司产品应尽可能选择使用广泛、口碑好的大公司产品 应考虑生产厂家的售后服务、技术支持应考虑生产厂家的售后服务、技术支持 重要行业（如发电厂、港口），采用双机热备或冗余配置重要行业（如发电厂、港口），采用双机热备
6、或冗余配置2选择输入元件、输出执行元件选择输入元件、输出执行元件v 输入元件：按钮、行程开关、接近开关、光电开关、旋转编码器、液位开关、输入元件：按钮、行程开关、接近开关、光电开关、旋转编码器、液位开关、变送器等。变送器等。v 输出执行元件：接触器、电磁阀、指示灯、数码管等。输出执行元件：接触器、电磁阀、指示灯、数码管等。对上述外围器件应按控制要求，从实际出发，选择合适的类别、型号和规格。对上述外围器件应按控制要求，从实际出发，选择合适的类别、型号和规格。3进行进行I/O点的分配，设计点的分配，设计PLC控制线路，设计主电路控制线路，设计主电路1）I/O点的分配点的分配v 建立建立I/O点与输
7、入、输出元件的对应关系：利于记忆、方便编程、节省配线。点与输入、输出元件的对应关系：利于记忆、方便编程、节省配线。v 为了减少投资，用一些方法节省为了减少投资，用一些方法节省PLC的的I/O点数。如：单按钮控制启动点数。如：单按钮控制启动/停止，停止，相同控制功能的按钮并联使用，等等。相同控制功能的按钮并联使用，等等。2）设计）设计PLC控制线路控制线路v PLC的输入端可以使用自身配置的的输入端可以使用自身配置的DC 24V电源。如果该电源还用于其他目电源。如果该电源还用于其他目的，注意不要超过其额定容量。的，注意不要超过其额定容量。v PLC的输出端需要注意的问题：的输出端需要注意的问题：
8、在在PLC的输出公共端子的输出公共端子COM上串入保险丝，作为短路保护用。上串入保险丝，作为短路保护用。如输出端接感性负载时，要考虑接入相应的保护电路，保护如输出端接感性负载时，要考虑接入相应的保护电路，保护PLC的输出点。的输出点。交流感性负载使用交流感性负载使用RC吸收电路，直流感性负载使用吸收电路，直流感性负载使用RC吸收电路或续流二吸收电路或续流二极管。极管。如果输出端的负载电流超过最大限额，可先外接继电器，然后驱动负载。如果输出端的负载电流超过最大限额，可先外接继电器，然后驱动负载。装接外部紧急停车电路。当运行中发生故障时，按紧急停车按钮，切断负装接外部紧急停车电路。当运行中发生故障
9、时，按紧急停车按钮，切断负载电源。载电源。3）主电路的设计）主电路的设计v 按照继电器控制电路的设计规范进行按照继电器控制电路的设计规范进行。10.1.3 软件程序设计1熟悉熟悉PLC指令系统和指令系统和PLC的内部软器件的内部软器件2程序应结构分明、层次清楚程序应结构分明、层次清楚3程序应能正确、可靠地实现控制功能程序应能正确、可靠地实现控制功能逻逻 辑辑 设设 计计 法法经经 验验 设设 计计 法法顺顺 序序 控控 制制 设设 计计 法法设设 计计 方方 法法注意问题注意问题10.1.4 制作控制柜及现场施工v 先画出先画出PLC的电源进线接线图和输出执行元件的供电接线图；画出电气柜内元的
10、电源进线接线图和输出执行元件的供电接线图；画出电气柜内元器件布置图、相互间接线图；画出控制面板元器件布置图。器件布置图、相互间接线图；画出控制面板元器件布置图。v 现场安装要安全、正确、可靠、合理、美观，要处理好现场安装要安全、正确、可靠、合理、美观，要处理好PLC的接地，注意提高的接地，注意提高系统的抗干扰能力。系统的抗干扰能力。10.1.5 系统调试系统调试v 安装完毕后先对各单元环节和各电柜分别进行调试，然后按动作顺序，模拟输安装完毕后先对各单元环节和各电柜分别进行调试，然后按动作顺序，模拟输入控制信号，逐步进行调试。如果有问题，修改软件，必要时再调整硬件，直入控制信号，逐步进行调试。如
11、果有问题，修改软件，必要时再调整硬件，直到符合要求。到符合要求。10.1.6 编制技术文件编制技术文件v 系统调试和运行成功后，整理技术资料，编制技术文件，包括电气原理图、元系统调试和运行成功后，整理技术资料，编制技术文件，包括电气原理图、元件明细表、软件清单、使用说明书等。件明细表、软件清单、使用说明书等。10.2 梯形图的基本电路10.2.1 启保停电路按下启动按钮，0.01常开触点闭合，使100.00线圈得电，100.00常开触点闭合，维持100.00线圈继续得电，接触器KM通电，电机运转。具有自锁或自保持作用。按下停止按钮，0.02常闭触点断开，100.00线圈断电，电机停转。0.01
12、0.02100.00100.00（a）梯形图启保停电路0.02100.00COMCOMPLC（b）PLC外部接线图0.01DC24VAC220VSB1KMSB2FU停止按钮启动按钮10.2.2 双向控制电路v 按下正转启动按钮按下正转启动按钮0.00，0.00常开触点闭合，常开触点闭合，100.00线圈得电并自锁，线圈得电并自锁，KM1得得电，电机正转；此时若按下反转启动按钮电，电机正转；此时若按下反转启动按钮0.01，0.01常闭触点断开，常闭触点断开，100.00线线圈断电，电机正转停止；圈断电，电机正转停止；0.01常开触点闭合，常开触点闭合，100.01线圈得电并自锁，线圈得电并自锁，
13、KM2得得电，电机反转。电，电机反转。v 按下停止按钮按下停止按钮0.02，0.02常闭触点断开，线圈断电，电机停转。常闭触点断开，线圈断电，电机停转。v KM1、KM2不能同时得电。不能同时得电。双向控制电路0.000.010.020.020.000.01100.00100.00100.00100.01100.01100.01（a）梯形图0.000.010.02COM（b）PLC外部接线图PLCDC24VSB1SB2SB3100.01100.00COMAC220VKM1KM2KM2KM1FU机械互锁机械互锁机械互锁10.2.3 电动机Y-降压启动控制启动按钮SB1：0.00停止按钮SB2：0
14、.01；供电电源接触器KM1：100.00星形连接接触器KM2：100.01三角形连接接触器KM3：100.02按下启动按钮后，KM1与KM2接通，电动机绕组星形连接降压启动；Y-换接时，KM2断开，KM3接通，绕组接成三角形全压运行。运行过程运行过程KM3KM2FUQSKM1KHW1 U1 V1（a）主电路W2 U2 V210.2.4 单按钮启停控制用KEEP指令设计单按钮启停控制0.0020.0020.00100.00100.0020.0120.01100.00DIFU(013)20.00用基本指令设计单按钮启停控制 10.2.5 优先权程序0.000.010.020.0320.0020.
15、0120.0020.0020.0120.0020.0120.0220.0220.03级别高的信号优先响应 10.2.6 分频器0.0020.0020.0020.0220.0120.0120.0220.02DIFU(013)20.00（a）程序（b）波形20.0020.020.0020.01TsTs 二分频器10.2.7 脉冲发生器1.单脉冲发生器单脉冲发生器2.连续脉冲发生器连续脉冲发生器图为定时器实现的脉冲序列发生器。定时器实现的脉冲序列发生器 100sv 自复位计数器也可以产生周期性脉冲序列，如图所示自复位计数器也可以产生周期性脉冲序列，如图所示。计数器实现的脉冲序列发生器 100sv 下
16、图是一个脉冲宽度可调、占空比为下图是一个脉冲宽度可调、占空比为1:1的连续脉冲发生器。的连续脉冲发生器。v 下图是一个脉冲宽度和占空比均可调的连续脉冲发生器。下图是一个脉冲宽度和占空比均可调的连续脉冲发生器。10.2.8 长定时程序v 图是用两个定时器级连实现长图是用两个定时器级连实现长定时的程序定时的程序v 总的定时时间是总的定时时间是SV1 SV2 v 用用CNT设计具有断电保持功能的长定时程设计具有断电保持功能的长定时程序，第一级可采用各种形式的周期性脉冲序，第一级可采用各种形式的周期性脉冲序列发生器，第二级只能用计数器。序列发生器，第二级只能用计数器。v 图是用两个计数器设计的具有断电保持功图是用两个计数器设计的具有断电保持功能的长定时程序，第一级能的长定时程序，第一级CNT0100用来产用来产生计数脉冲，生计数脉冲，P_1min为分钟脉冲，由为分钟脉冲，由CNT0100产生的计数脉冲周期为产生的计数脉冲周期为SV1分钟，分钟，第二级第二级CNT0101对对CNT0100产生的脉冲序产生的脉冲序列进行计数，计满列进行计数，计满SV2个数时，个数时，20.00线圈线圈通电通电v
