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SIMATIC S7 PLC原理及应用 教学课件 ppt 作者 龙志文 第十一章 PLC应用设计举例

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    • 1、第十一章 PLC应用设计举例,11.1 PLC的应用设计方法 11.2 应用实例,(1) 最大限度地满足被控设备或生产过程的控制要求; (2) 在满足控制要求的前提下,力求简单、经济,操作方便; (3) 保证控制系统工作安全可靠; (4) 考虑到今后的发展改进,应适当留有进一步扩展的余地。,1、系统设计的原则与内容设计原则,设计内容: (1) 拟定控制系统设计的技术条件,它是整个设计的依据; (2) 选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构; (3) 选定PLC的型号; (4) 编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图; (5) 根据系统要求编写软件说明书,然后再进行程序设计; (6) 重视人机界面的设计,增强人与机器之间的友善关系; (7) 设计操作台、电气柜及非标准电器元部件; (8) 编写设计说明书和使用说明书。,2、系统设计和调试的主要步骤,1)深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求。 2)确定I/O设备,常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等,常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。 3)选择合适的PLC类型, 根据已确定的用户I/O

      2、设备,统计所需的输入信号和输出信号的点数,选择合适的PLC类型。 4)分配I/O点,编制出输入/输出端子的接线图。 5)设计应用系统梯形图程序,这一步是整个应用系统设计最核心的工作。,6)将程序输入PLC,当使用计算机上编程时,可将程序下载到PLC中。 7)进行软件测试,在将PLC连接到现场设备上之前,必须进行软件测试,以排除程序中的错误。 8)应用系统整体调试,在PLC软硬件设计和控制柜及现场施工完成后,就可以进行整个系统的联机调试。调试中发现的问题要逐一排除,直至调试成功。 9)编制技术文件, 系统技术文件包括功能说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC梯形图等。,3、PLC选型 在满足控制要求的前提下,选型时应选择最佳的性能价格比,具体应考虑以下几点。 1)性能与任务相适应 2)PLC的处理速度应满足实时控制的要求 3)PLC应用系统结构合理、机型系列应统一 4)在线编程和离线编程的选择,4、PLC容量估算 PLC容量包括两个方面:一是I/O的点数,二是用户存储器的 容量。 1)I/O点数的估算 根据功能说明书,可统计出PLC系统的开关量I/O点数及模拟量I/O通道

      3、数,以及开关量和模拟量的信号类型。应在统计后得出I/O总点数的基础上,增加1015的裕量。选定的PLC机型的I/O能力极限值必须大于I/O点数估算值,并应尽量避免使PLC能力接近饱和,一般应留有30左右的裕量。,2)存储器容量估算 用户应用程序占用多少内存与许多因素有关,如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略的估算。根据经验,每个I/O点及有关功能器件占用的内存大致如下:,所需存储器容量(KB)(11.25)(DI10DO8AI/O100CP300)/1024 其中:DI为数字量输入总点数;DO为数字量输出总点数;AI/AO为模拟量I/O通道总数;CP为通信接口总数。,5、 I/O模块的选择 1)开关量输入模块的选择 PLC的输入模块用来检测来自现场(如按钮、行程开关、温控开关、压力开关等)电平信号,并将其转换为PLC内部的低电平信号。开关量输入模块按输入点数分,常用的有8点、12点、16点、32点等;按工作电压分,常用的有直流5 V、12 V、24 V,交流110 V、220 V等;按外部接线方式又可分为汇点输入、分隔输入等。,2)开关量输出模块的

      4、选择 输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号转换为外部所需电平的输出信号,驱动外部负载。输出模块有三种输出方式:继电器输出、双向可控硅输出和晶体管输出。 输出方式的选择 继电器输出价格便宜,使用电压范围广,导通压降小,承受瞬间过电压和过电流的能力较强,且有隔离作用。但继电器有触点,寿命较短,且响应速度较慢,适用于动作不频繁的交/直流负载。当驱动电感性负载时,最大开闭频率不得超过1 Hz。 晶闸管输出(交流)和晶体管输出(直流)都属于无触点开关输出,适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高的反压,必须采取抑制措施。,输出电流的选择 模块的输出电流必须大于负载电流的额定值,如果负载电流较大,输出模块不能直接驱动,则应增加中间放大环节。对于电容性负载、热敏电阻负载,考虑到接通时有冲击电流,故要留有足够的裕量。,允许同时接通的输出点数 在选用输出模块时,还要看整个输出模块的满负荷能力,如OMRON公司的CQM1-OC222是16点输出模块,每个点允许通过电流2 A(AC250 V/DC24 V)。但整个模块允许通过的最大电流仅8 A。,6 分配输入/输出点 一般输入点与输入

      5、信号、输出点与输出控制是一一对应的;在个别情况下,也有两个信号用一个输入点的,那样就应在接入输入点前,按逻辑关系接好线(如两个触点先串联或并联),然后再接到输入点。 1) 明确I/O通道范围 不同型号的PLC,其输入/输出通道的范围是不一样的,应根据所选PLC型号,弄清相应的I/O点地址的分配。,2)内部辅助继电器 内部辅助继电器不对外输出,不能直接连接外部器件,而是在控制其他继电器、定时器、计数器时作数据存储或数据处理用。根据程序设计的需要,应合理安排PLC的内部辅助继电器,在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途,避免重复使用。 3)分配定时器/计数器 对用到定时器和计数器的控制系统,注意定时器和计数器的编号不能相同。若扫描时间较长,则要使用高速定时器以保证计时准确。,5、安全回路设计 安全回路起保护人身安全和设备安全的作用,它应能独立于PLC工作,并采用非半导体的机电元件以硬接线方式构成。 确保系统安全的硬接线逻辑回路,在以下几种情况下将发挥安全保护作用: PLC或机电元件检测到设备发生紧急异常状态时; PLC失控时; 操作人员需要紧急干预时。 设计安全回路的任务包

      6、括以下内容: (1) 确定控制回路之间逻辑和操作上的互锁关系; (2) 设计硬回路以提供对过程中重要设备的手动安全性干预手段; (3) 为PLC定义故障形式和重新启动特性。,8、PLC应用软件设计的内容 PLC应用软件的设计是一项十分复杂的工作,它要求设计人员既要有PLC、计算机程序设计的基础,又要有自动控制的技术,还要有一定的现场实践经验。,一个实用的PLC软件工程的设计通常要涉及以下几个方面的内容: (1) PLC软件功能的分析与设计; (2) I/O信号及数据结构分析与设计;,(3) 程序结构分析与设计; (4) 软件设计规格说明书编制; (5) 用编程语言、PLC指令进行程序设计; (6) 软件测试; (7) 程序使用说明书编制。,9、PLC应用系统的软件设计步骤 根据可编程序控制器系统硬件结构和生产工艺要 求,在软件规格说明书的基础上,编制实际应用程序并 形成程序说明书的过程就是应用系统的软件设计。,1)制定设备运行方案 制定方案就是根据生产工艺的要求,分析各输入、输出与各种操作之间的逻辑关系,确定需要检测的量和控制的方法,并设计出系统中各设备的操作内容和操作顺序。据此便可画

      7、出流程图。 2)画控制流程图 对于较复杂的应用系统,需要绘制系统控制流程图,用以清楚地表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统,可省去这一步。,3)制定系统的抗干扰措施 根据现场工作环境、干扰源的性质等因素,综合制定系统的硬件和软件抗干扰措施,如硬件上的电源隔离、信号滤波,软件上的平均值滤波等。 4)编写程序 根据被控对象的输入/输出信号及所选定的PLC型号分配PLC的硬件资源,为梯形图的各种继电器或接点进行编号,再按照软件规格说明书(技术要求、编制依据、测试),用梯形图进行编程。,5)软件测试 刚编写好的程序难免有缺陷或错误。为了及时发现和消除程序中的错误和缺陷,需要对程序进行离线测试。经调试、排错、修改及模拟运行后,才能正式投入运行。 6)编制程序使用说明书 当一项软件工程完成后,为了便于用户和现场调试人员的使用,应对所编制的程序进行说明,说明书应包括程序设计的依据、结构、功能、流程图,各项功能单元的分析,PLC的I/O信号,软件程序操作使用的步骤、注意事项等。,11.2 应用实例,1 、异步电动机Y-起动控制,Y-起动是交流鼠笼型电动机的降压起动方式之一,这种降压起动方式适用于正

      8、常运转时为接的交流鼠笼型电动机。在起动过程中将电机定子绕组接成Y形起动,起动电流是直接起动的三分之一,达到规定的速度后(或者经过一定的时间),再将电动机的定子绕组切换成形运行。,任务描述,图11-1 Y-起动控制的原理图和时序图,方案选择及地址分配 1. 方案选择 由于系统的输入/输出点较少(3I/3O)且控制任务比较简单,所以选用S7-200的CPU222(8I/6O)完成控制,而且控制任务中只涉及到延时控制,采用S7-200的基本指令即可完成控制。 2. 编程元件的地址分配 输入/输出地址分配 采用CPU222控制的电动机Y-起动的输入/输出接线如图11-2所示,其输入/输出地址分配如表11-3所示.,图11-2 电动机Y-起动的输入/输出接线,表11-1 输入/输出继电器地址分配,表11-1 输入输出继电器地址及其它编程元件地址分配表,图11-3 异步电动机Y-起动控制梯形图程序,2、机床顺序控制,任务描述 某组合机床动力头初始位置停在最左边(见图11-4),行程开关SQ1接通,系统控制要求如下: (1)系统启动后,动力头的进给运动如图11-4所示。工作一个循环后,返回初始位置延

      9、时10s后,进入下一个循环的运行。 (2)若断开控制开关,必须将当前的运行过程结束(即退回初始位置)后才能自动停止运行。 (3)动力头的运行状态取决于电磁阀线圈的通、断电,对应关系如表11-3所示。表中的“+”表示该电磁阀线圈通电,“-”表示该电磁阀线圈不通电。,图11-4 某机床动力头运行工艺简图,表11-2 某机床动力头运行对应关系表,方案选择及地址分配 1方案选择 由控制任务可以看出,本例需要一个启/停开关、4个限位开关,一个急停按钮,它们是PLC的输入元件;系统还需要4个电磁阀,它们是PLC的输出执行元件,可选用CPU222(8I/6O)来完成控制。 由控制任务描述可知机床动力头的工作步数和相应的转换条件,这是一个非常典型的顺序控制系统,可选用步进指令编程方法进行设计,由于每个步和步之间的转换条件是单向进行的,可采用单流程步进指令结构。 输入/输出地址分配如表11-3所示。,表11-3 输入/输出继电器地址分配,其他编程元件地址分配表如表11-4所示,表11-4 其他编程元件地址分配表,程序设计 步进控制程序可借助状态流程图来编程,该机床动力头的状态流程图如图11-5所示。采用PLC控制的梯形图及语句表程序如图11-6所示(参考)。,图11-5 某机床动力头的状态流程图,图11-6 某机床动力头的参考程序,3、 交通路口信号灯控制,控制要求 在十字路口南北方向以及东西方向均设有红、黄、绿三只信号灯,六只信号灯依一定的时序循环往复工作。信号灯受电源总开关控制,接通电源,信号灯系统开始工作;关闭电源,所有的信号灯都熄灭。当程序运行出错,东西与南北方向的绿灯同时点亮时,程序自动关闭。在晚上车辆稀少时,要求交通灯处于下班状态,即两个方向的黄灯一直闪烁。 在信号灯工作期间,东西以及南北方向的红灯为长亮,时间为30s,在红灯亮时的最后2s,东西以及南北方向的黄灯同时点亮,时间为2s,东西以及南北方向的绿灯为长亮25s,然后闪烁3s。红绿灯示意图如图11-7所示,具体要求如表11-8所示。,图11-7 十字路口交通信号灯示意图,表11-8 交通灯控制具体要求,采用S7-200 (一)系统配置 根据信号控制要求,如果采用S7-200控制,可选用CP

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