电气控制技术PLC控制系统梯形图编程与设计.pptx
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1、4.1.1 PLC4.1.1 PLC控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤1 1对控制任务作深入的调查研究对控制任务作深入的调查研究对控制任务作深入的调查研究对控制任务作深入的调查研究了解系统的生产工艺过程;了解系统的生产工艺过程;环节、各环节之间的联系、分解、工艺流程图。环节、各环节之间的联系、分解、工艺流程图。了解系统的控制要求;了解系统的控制要求;输入信号、输出信号、输入信号、输出信号、开关量、模拟量、开关量、模拟量、执行元件、驱动方式、执行元件、驱动方式、全自动、半自动、是否有手动控制要求、全自动、半自动、是否有手动控制要求、监控、报警
2、、显示、保护等。监控、报警、显示、保护等。4.1概概述述4.1.1 PLC控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤2 2确定系统总体设计方案确定系统总体设计方案确定系统总体设计方案确定系统总体设计方案 考虑选用可编程序控制器作为主控机是否是最考虑选用可编程序控制器作为主控机是否是最佳方案,可以从以下几个方面进行考虑:佳方案,可以从以下几个方面进行考虑:输入输出以数字量为主,没有或有少量模拟量输入输出以数字量为主,没有或有少量模拟量时,易采用时,易采用PLCPLC ;流程较复杂,用传统顺序控制系统难以实现控流程较复杂,用传统顺序控制系统难以实现控制要求时;制要求时;要求安全性和可靠性高,并以
3、控制为主时应选要求安全性和可靠性高,并以控制为主时应选用用PLCPLC。4.1.1 PLC控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤3 3 3 3根据控制要求选择根据控制要求选择根据控制要求选择根据控制要求选择PLCPLCPLCPLC机型,确定输入机型,确定输入机型,确定输入机型,确定输入/输出元件输出元件输出元件输出元件 用户应综合考虑系统要求和财力等因素,要选择用户应综合考虑系统要求和财力等因素,要选择性能价格比高的性能价格比高的PLC,PLC,选配合适的输入输出器件。选配合适的输入输出器件。具体考虑以下几方面:具体考虑以下几方面:1)PLC1)PLC的扫描速率及的扫描速率及CPUCPU
4、性能性能 以以开关量为主开关量为主的项目,一般的项目,一般PLCPLC的扫描速率足以满的扫描速率足以满足要求;足要求;有有模拟量模拟量或有或有要求快速响应的设备要求快速响应的设备,必须选配扫,必须选配扫描速率高的描速率高的PLCPLC,这主要取决于,这主要取决于PLCPLC的的中央处理器模块中央处理器模块。针对针对状态快速变化设备状态快速变化设备选择具有选择具有快速响应专用模快速响应专用模块块的的PLCPLC。4.1.1 PLC4.1.1 PLC4.1.1 PLC4.1.1 PLC控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤控制系统设计的基本步骤2)2)确定确定PLCPL
5、C容量,选择容量,选择I IO O模块模块PLC容量包含两部分:容量包含两部分:IO容量及内存容量容量及内存容量IO容量:容量:开关量:开关量:I/O I/O容量容量=(输入(输入点数点数+输出点数)输出点数)*(1.11.15)内存容量:内存容量:要根据控制流程的复杂程度和系统中要根据控制流程的复杂程度和系统中I IO O总数以及总数以及编程的水平进行估计。编程的水平进行估计。内存容量内存容量=(开关量开关量I IO O点总数)点总数)*(10101515)+模模 拟拟 量量 回回 路路 数数*100 100 *1.251.25输入模块输入模块 交、直流、电压、距离远近。交、直流、电压、距离
6、远近。注意以下几个问题:注意以下几个问题:根据现场设备与模块之间的距离选择电压的根据现场设备与模块之间的距离选择电压的大小大小.高密度的输入模块如高密度的输入模块如3232点或点或6464点,同时接通点,同时接通点数不得超过点数不得超过6060;为了提高控制系统的可靠性,必须考虑门槛为了提高控制系统的可靠性,必须考虑门槛电平的大小电平的大小。输出模块输出模块 选择输出模块主要考虑驱动能力和负载特性。选择输出模块主要考虑驱动能力和负载特性。1.1.可控硅输出模块:开闭频繁、电感性低功可控硅输出模块:开闭频繁、电感性低功率因数的负载。率因数的负载。2.2.继电器输出模块:适用于电压范围大,导继电器
7、输出模块:适用于电压范围大,导通压降小的场合。价格便宜但使用寿命短,响应通压降小的场合。价格便宜但使用寿命短,响应速度慢。速度慢。3.3.晶体管输出模块:无触点开关,使用寿命晶体管输出模块:无触点开关,使用寿命长,长,响应速度快响应速度快。4.4.输出模块的电流额定值必须大于负载电流输出模块的电流额定值必须大于负载电流额定值。额定值。4 4确定确定PLCPLC的输入的输入/输出点分配输出点分配 对系统中的全部对系统中的全部I IO O点确定名称、分配点确定名称、分配I IO O模块的端子。模块的端子。合理地进行合理地进行I IO O分配,是进行程序设计、分配,是进行程序设计、系统调试的前提。系
8、统调试的前提。输入点输入点输入点输入点功能(名称)功能(名称)功能(名称)功能(名称)输出点输出点输出点输出点功能(名称)功能(名称)功能(名称)功能(名称)I IO O分配表分配表5 5设计应用程序设计应用程序6 6应用程序的调试应用程序的调试7 7制做电气控制柜和控制盘制做电气控制柜和控制盘8 8联机调试程序联机调试程序9 9编写技术文件编写技术文件程序清单、编写元器件明细表、程序清单、编写元器件明细表、绘制电气原理图、主回路电路图、绘制电气原理图、主回路电路图、整理技术参数、编写控制说明书等。整理技术参数、编写控制说明书等。1.1.对控制任务作深入的调查研究对控制任务作深入的调查研究对控
9、制任务作深入的调查研究对控制任务作深入的调查研究2 2 2 2确定系统总体设计方案确定系统总体设计方案确定系统总体设计方案确定系统总体设计方案3 3 3 3根据控制要求确定输入根据控制要求确定输入根据控制要求确定输入根据控制要求确定输入/输出元件,选择输出元件,选择输出元件,选择输出元件,选择PLCPLCPLCPLC机型机型机型机型4 4 4 4确定确定确定确定PLCPLCPLCPLC的输入的输入的输入的输入/输出点分配输出点分配输出点分配输出点分配5 5 5 5设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序6 6 6 6应用程序的调试应用程序的调试应用程序的调试应用程序的调试7 7 7 7
10、制做电气控制柜和控制盘制做电气控制柜和控制盘制做电气控制柜和控制盘制做电气控制柜和控制盘8 8 8 8联机调试程序联机调试程序联机调试程序联机调试程序9 9 9 9编写技术文件编写技术文件编写技术文件编写技术文件 设计步骤小结:设计步骤小结:逻逻辑辑设设计计法法根根据据控控制制功功能能,将将输输入入与与输输出出信信号号之之间间建建立立起起逻辑函数关系(可先列出逻辑状态表);逻辑函数关系(可先列出逻辑状态表);对上述所得的逻辑函数进行化简或变换;对上述所得的逻辑函数进行化简或变换;对对化化简简后后的的函函数数,利利用用PLC的的逻逻辑辑指指令令实实现现其其函数关系(作出函数关系(作出I/O分配,
11、画出分配,画出PLC梯形图);梯形图);逻辑设计法的基本步骤逻辑设计法的基本步骤添加特殊要求的程序。添加特殊要求的程序。上机调试程序,进行修改和完善。上机调试程序,进行修改和完善。逻逻辑辑设设计计法法举举例例之一之一某系统中有某系统中有3台通风机,欲用一台指示灯显示通风机台通风机,欲用一台指示灯显示通风机的各种运行状态。的各种运行状态。要求:要求:2台及台及2台以上风机开机时,指示灯常亮;若台以上风机开机时,指示灯常亮;若只有一个台开机时,指示灯以只有一个台开机时,指示灯以0.5Hz的频率闪烁;全的频率闪烁;全部停机时,指示灯以部停机时,指示灯以2Hz的频率闪烁。用一个开关控的频率闪烁。用一个
12、开关控制系统的工作。制系统的工作。分析控制要求可知:分析控制要求可知:反映通风机运行状态及控制系统工作的信号是反映通风机运行状态及控制系统工作的信号是PLC的输入信号;的输入信号;用用PLC的输出信号来控制一台指示灯的工作情况。的输出信号来控制一台指示灯的工作情况。对逻辑关系简单的控制,可以直接进行对逻辑关系简单的控制,可以直接进行I/O分配。分配。I/O分配为如下:分配为如下:输输 入入 输输 出出 风机风机1 1 风机风机2 2风机风机3 3 控制开关控制开关 指示灯指示灯 0000000000 0000100001 0000200002 0000300003 0100001000用辅助继
13、电器用辅助继电器2000020002表示指示灯的几种状态。表示指示灯的几种状态。输输 入入 输输 出出000000000100002200002000120002000001010011001010010100100101110111010100100100由表可看出:由表可看出:20001=2000020002常亮常亮2Hz闪闪0.5Hz闪闪风机风机1风机风机3风机风机2设开机为设开机为1、停为、停为0;指示灯亮和闪为;指示灯亮和闪为1,灭为,灭为0。20000=000000000100002+000000000100002000000000100002+000000000100002200
14、02=000000000100002要求:要求:2台及台及2台以上风机台以上风机开机时,指示灯常亮;若开机时,指示灯常亮;若只有一个台开机时,指示只有一个台开机时,指示灯以灯以0.5Hz的频率闪烁;全的频率闪烁;全部停机时,指示灯以部停机时,指示灯以2Hz的频率闪烁。的频率闪烁。将将2000020002的逻辑表达式化简:的逻辑表达式化简:化简得:化简得:20000=0000000001+0000000002+000010000220002=00000000010000220001=200002000220000=000000000100002+0000000001000020000000001
15、00002+000000000100002设计梯形图程序设计梯形图程序20002=00000000010000220000=0000000001+0000000002+000010000220001=2000020002常亮常亮控制开关控制开关2Hz闪闪0.5Hz闪闪TIM003#0003TIM002TIM002#0002TIM003a原变量用常开接点表示,反变量用常闭接点表示。原变量用常开接点表示,反变量用常闭接点表示。逻逻辑辑设设计计法法举举例例之二之二某系统中有某系统中有4台通风机,欲用两台指示灯显示通台通风机,欲用两台指示灯显示通风机的各种运行状态。风机的各种运行状态。要求:要求:3台
16、及台及3台以上风机开机时,绿灯常亮;两台台以上风机开机时,绿灯常亮;两台开机时,绿灯以开机时,绿灯以5Hz的频率闪烁;一台开机时,红灯的频率闪烁;一台开机时,红灯以以5Hz的频率闪烁;全部停机时,红灯常亮。的频率闪烁;全部停机时,红灯常亮。分析控制要求得知:分析控制要求得知:反映各台风机运行状态的信号是反映各台风机运行状态的信号是PLC的输入信号;的输入信号;要用要用PLC的输出信号来控制各指示灯的亮、灭。的输出信号来控制各指示灯的亮、灭。上述几种运行情况可分开考虑,以简化程序设计。上述几种运行情况可分开考虑,以简化程序设计。本例,用本例,用A、B、C、D表示表示4台通风机,红灯为台通风机,红
17、灯为F1,绿灯为绿灯为F2;设灯亮为;设灯亮为“1”、灯灭为、灯灭为“0”;风机开风机开为为“1”、停为、停为“0”。1.1.红灯(红灯(F1)常亮的程序设计)常亮的程序设计当当4台风机都不开机时,红灯常亮,其台风机都不开机时,红灯常亮,其逻辑关系可列表为:逻辑关系可列表为:由表可得函数:由表可得函数:F1=ABCD(1)ABCDF1由式(由式(1)可画出梯形图如下:)可画出梯形图如下:ABCDF100001 2.绿灯(绿灯(F2)常亮的程序设计)常亮的程序设计ABCDF20111110111110111110111111能引起绿灯常亮的情况有能引起绿灯常亮的情况有5种,列逻辑状态表如下:种,
18、列逻辑状态表如下:由此得逻辑函数为:由此得逻辑函数为:将式(将式(2)化简为:)化简为:F2=AB(D+C)+CD(A+B)(3)F2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD(2)根据式(根据式(3)画梯形图:)画梯形图:F2CABDACDB 3.红灯(红灯(F1)闪烁的程序设计)闪烁的程序设计ABCDF100011001010100110001根据红灯闪烁的情况列表如下(根据红灯闪烁的情况列表如下(设闪烁为设闪烁为“1 1”):):由表得逻辑函数为:由表得逻辑函数为:将式(将式(4)化简为:)化简为:F1=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD(4)根据式(根据式(5)画梯形图:)
19、画梯形图:F1CDAB25501CDABCDABF1=AB(CD+CD)+CD(AB+AB)()(5)25501产生产生5Hz的脉冲的脉冲 4.绿灯(绿灯(F2)闪烁的程序设计)闪烁的程序设计ABCDF2001110101101101100111010111001根据绿灯闪烁的情况列表如下(根据绿灯闪烁的情况列表如下(设闪烁为设闪烁为“1 1”):):由此得逻辑函数为:由此得逻辑函数为:将式(将式(6)化简为:)化简为:F2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD(6)F2=(AB+AB)(CD+CD)+ABCD+ABCD(7)F2=(AB+AB)(CD+CD)+ABCD+
20、ABCD(7)根据式(根据式(7)画梯形图如下:)画梯形图如下:F2ABCD25501ABCDABCDABCD 5.根据所选用的根据所选用的PLC机型,作出机型,作出I/O分配分配表。用表。用PLC的的I/O点编号替换梯形图中的变量。点编号替换梯形图中的变量。(1)作)作I/O分配表(本例使用的分配表(本例使用的PLC是是CPM1A):):输输 入入 输输 出出 A A B B C C D D F1F1 F2F2 0010100101 0010200102 0010300103 0010400104 0110101101 0110201102(2)将上面各梯形图中的)将上面各梯形图中的A、D、
21、C、D、F1、F2用用表中的表中的PLC输入输入/输出点编号替换。输出点编号替换。作其梯形图如下:作其梯形图如下:ABCDF10010100102001030010401101F1=ABCD下面以红灯的程序为例说明合并的方法。下面以红灯的程序为例说明合并的方法。00101001020010300104F1F100103001040010100102255010010300104001010010200103001040010100102 6.综合几个综合几个梯形图,得出最后的程序。梯形图,得出最后的程序。两张图的合并应作如图处理。两张图的合并应作如图处理。照此处理绿灯及整个照此处理绿灯及整个程
22、序。程序。红灯的程序红灯的程序7.上机调试程序,进上机调试程序,进一步修改、完善。一步修改、完善。红灯常亮红灯常亮红灯闪烁红灯闪烁时时序序图图设设计计法法若若PLC各各输输出出信信号号的的状状态态变变化化有有一一定定的的时时间间顺序,可由时序图入手进行程序设计。顺序,可由时序图入手进行程序设计。(1)根根据据各各输输入入、输输出出信信号号之之间间的的时时序序关关系系,画画出出输输入和输出信号的工作时序图。入和输出信号的工作时序图。(2)把把时时序序图图划划分分成成若若干干个个区区段段,确确定定各各区区段段的的时时间间长长短短。找找出出区区段段间间的的分分界界点点,弄弄清清分分界界点点处处各各输
23、输出出信号状态的转换关系和转换条件。信号状态的转换关系和转换条件。一般方法为:一般方法为:(3)确确定定所所需需的的定定时时器器个个数数,分分配配定定时时器器号号,确确定定各定时器的设定值。各定时器的设定值。(4)明明确确各各定定时时器器开开始始定定时时和和定定时时到到两两个个时时刻刻各各输输出信号的状态。最好作一个状态转换明细表出信号的状态。最好作一个状态转换明细表。(5)作作PLC的的I/O分配表。分配表。(6)根根据据时时序序图图、状状态态转转换换明明细细表表和和I/O分分配配表表,画画出出PLC梯形图。梯形图。(7)作模拟实验,进一步修改、完善程序。作模拟实验,进一步修改、完善程序。时
24、序图设计法举例时序图设计法举例图图为为十十字字路路口口上上的的红红、黄黄、绿绿交交通通信信号号灯灯。绿绿灯灯亮亮放放行行、红红灯亮禁行。灯亮禁行。控制要求:控制要求:放行时间:南北方向为放行时间:南北方向为30秒,东西方向为秒,东西方向为20秒。秒。禁行预告:欲禁行方向的黄灯和欲放行方向的红灯禁行预告:欲禁行方向的黄灯和欲放行方向的红灯以以5Hz的频率闪烁的频率闪烁5秒,秒,5秒后另一个方向放行。秒后另一个方向放行。只用一个控制开关对系统进行运行控制。只用一个控制开关对系统进行运行控制。南南北北西西东东(1)分析控制要求,确定输入和输出信号。)分析控制要求,确定输入和输出信号。原原则则:在在满
25、满足足控控制制要要求求的的前前提提下下,应应尽尽量量少少占占用用PLC的的I/O点数。点数。对对本本例例,由由控控制制开开关关输输入入的的信信号号是是输输入入信信号号;指指示示灯灯的亮、灭由的亮、灭由PLC的输出信号控制。的输出信号控制。由由于于同同方方向向的的同同色色灯灯在在同同一一时时间间亮亮、灭灭,可可将将同同色色灯灯并联,用一个输出信号控制。这样只占并联,用一个输出信号控制。这样只占6个输出点。个输出点。南南北北西西东东(2)画出各方向三色灯的工作时序图。)画出各方向三色灯的工作时序图。5s5s南北黄灯南北黄灯南北绿灯南北绿灯30s30s5s东西红灯东西红灯5s20s20s东西绿灯东西
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