电气控制系统与可编程控制器 教学课件 ppt 作者 常晓玲 第八章

1、,第八章 PLC控制系统的设计,第一节 PLC的设计步骤及内容 第二节 PLC的编程要求和编程方法 第三节 FX2控制的五层电梯自动控制系统 第四节 PLC控制的恒压供水系统 及组态软件应用 第五节 触摸屏人机界面在半自动内圆磨床 PLC控制系统中的应用,1.最大限度地满足工艺流程和控制要求。 2.监控参数、精度要求以满足实际需要为准，不宜过多、过高，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便，并降低系统的复杂性和开发成本。 3.保证控制系统的运行安全、稳定、可靠。 4.考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。,第一节 PLC的设计步骤及内容,一、PLC控制系统设计的基本原则,所有电气控制系统都是在遵循以上设计原则的基础上，实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求。不论所设计系统的大小，一般都要按照图中的基本步骤来进行。,二、PLC控制系统设计 的基本步骤,1.首先，根据系统需完成的控制任务，对被控对象的工艺过程、工作特点、控制系统的控制过程、控制规律、功能和特性进行详细分析，归纳出工作循环图或状态流程图。 然后，明确其控制要求和设计要求，明确划分控制的各个

2、阶段及各阶段的特点，阶段之间的转换条件，最后归纳出各执行元件的动作顺序表。 2.根据控制要求确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），确定PLC的I/O点数。 3.选型。PLC是控制系统的核心部件，选型一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么公司的PLC和外设。,4、进行合理的PLC变量规划（I/O点以及所用到的内部元件定义），绘制电气原理图。这一步是非常重要的一步。 开关量，变量规划实际上是把PLC的I/O分配给实际的元器件，给实际的元器件赋予一定的PLC地址， 模拟量，输入输出的路数与实际电路也是一一对应的。 在PLC控制系统中， 电气原理图中应增加PLC的I/O连接图。此外，还有一部分“软件程序”，即梯形图。 5.PLC控制程序设计。 6.控制柜设计和现场施工。采用PLC控制系统，可以使软件设计与硬件配备工作平行进行，缩短工程周期。 7.试运行、验收、交付使用，并编制技术文件。,三、选用PLC控制系统的依据,继电器-接触器控制系统,PLC控制系统,微机控制系统

3、,选取哪一种更合适？,提供以下几点依据：,1.输入、输出量以开关量为主，也可有少量模拟量。,2.I/O点数较多。,70年代，I/O点数应在70点以上,80年代，降为40点左右,现在， 10点以上,3.控制对象工艺流程比较复杂，逻辑设计部分用继电器控制难度较大。 4.有较大的工艺变化或控制系统扩充的可能性。 5.现场处于工业环境，而又要求控制系统具有较高的工作可靠性。 6.系统的调试比较方便，能在现场进行。 7.现场人员有条件掌握PLC技术。,PLC的选型基本原则是满足控制系统的功能需要，同时要兼顾维修、备件的通用性。 1.可编程控制器控制系统I/O点数估算 根据被控对象的输入信号与输出信号的总点数，选择相应规模的可编程控制器并留有10%15%的I/O裕量。 2.内存估计 用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：开关量输入输出点数、模拟量输入输出点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。 （1）开关量输入输出的点数 开关量输入所需存储器字数输入点数10 开关量输出所需存储器字数输出点数8,三、PLC的选型,（2）模拟量输入输出总点数 具有模拟量控制的系统就要用到数字传送和运算的功能指

4、令，这些功能指令内存利用率较低，因此所占内存数要增加。 模拟量所需存储器字数模拟量通道数100 这些经验公式的算法是在10点模拟量左右，当点数小于10时，内存字数要适当加大，点数多时，可适当减小。 （3）程序结构 推荐下面的经验计算公式： 总存储器字数（开关量输人点数+开关量输出点数） l0+模拟量点数150。 然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。 3.响应时间 系统响应时间输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期。, 选择CPU处理速度快的PLC, 优化应用软件，缩短扫描周期, 采用高速响应模块，其响应时间不受PLC扫描周期的 影响，而只取决于硬件的延时,4.性价比要高 在功能方面，所有PLC一般都具有常规的功能，但对于某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否能完成控制任务。 在价格方面，不同厂家的PLC产品价格差异不大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC价格相差40%以上。因此，在选择机型时，这些因素需要综合考虑。还存在个人喜好问题，另外，可能政治因素也会成为选择的原因。,5.结构型式的选择 整体式：把PLC的I/O和CPU放在一块大印刷电路板上，节省插接环节，结构紧凑，

5、体积小，价格便宜，小型PLC控制系统多采用的结构。 模块式：模块式PLC的功能扩展，I/O点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式方便灵活。维修方便。因此，对于较复杂的要求较高的系统，一般选用模块式结构。 PLC的主机选择以后，根据需要，相应配套模块也就选定。如通讯模块、模拟量单元、显示输出单元等。,四、系统调试,模拟调试,联机调试 将程序下载到PLC主机，断开主电路， 只对控制电路进行调试,硬件模拟调试 断开主电路，试手动,软件模拟调试 电脑上模拟调试,一、编程要求 1.所编的程序要合乎所使用的PLC的有关规定 2.要使所编的程序尽可能简洁 3.程序的可读性要好 4.要使所编的程序合乎PLC的性能指标及工作要求 5.所编程序的可靠性好、能够循环运行,第二节 PLC的编程要求和编程方法,二.编程方法,经验法 运用已掌握的成功设计经验，结合实际情况 进行修改，直至满足新的设计任务要求。,解析法 利用组合逻辑或时序逻辑，画成梯形图或直 接写出程序。,图解法 靠画图进行设计。常用的方法有梯形图法、 波形图法及流程法。,1.电梯的基本结构,主要由轿厢、对重、曳引机、控制柜/箱、导轨等主要部

6、件组成,2.电梯的电力拖动部分,第三节 FX2控制的五层电梯自动控制系统,电梯主拖动类型有可控硅供电（SCRM）的直流拖动、交流双速电机拖动，交流调压调速（ACVV）拖动、交流变频调速（VVVF）等，以交流变频调速（VVVF）最有前途。,3.电梯的电气控制部分,电梯的电气控制有继电器控制和计算机控制两种方式。继电器控制故障率高，基本上已淘汰。计算机控制分为PLC控制与微机控制两种方式。PLC以其体积小、功能强、故障率低等诸多优点得到广泛应用。,.PLC控制的恒压变频供水系统,二、五层电梯的 逻辑设计,1.主体设计： 五层电梯的简化模型和控制柜示意图。 本例中着重电梯的升降逻辑，不调节主电机升降速度。,表8-3输入、输出点分配表,2 输入、输出点分配表,编程时可用手持式编程器或计算机软件编程，通过编程口传输至PLC程序存储区，可进行独立控制和远程控制。,4 五层电梯的逻辑程序,3 梯形图编程,参见教材,第四节 PLC控制的恒压供水系统 及组态软件的应用,一 . PLC控制的恒压变频供水系统 1.总体方案,2.楼层及供水系统模型,供水系统分两路，一路为变频器调速系统提供的生活用水，一路为消

7、防用水。楼底层放置水源水箱（实际生活中水源水箱可放在地下室中），顶部放置消防水箱。水箱内有水位检测仪，当高位水箱（或水源蓄水池）液面高于溢流水位时自动报警；当夜面低于最低报警水位时，自动报警。当发生火灾时，消防泵自动启动，如果蓄水池液面达到最高设定水位，将自动停止。,3.恒压供水系统的I/O分配表,PLC梯形图程序可在Step 7 FOR WIN 系统软件上完成，然后，通过PC/PPI电缆线将程序传入PLC的存储区内。,3.梯形图编程,二、组态软件简介,1 .“组态王”软件的组成,“组态王”软件包： 工程管理器 工程浏览器（TouchExplorer） 画面运行系统（TouchView） 信息窗口,2 .组态王的数据采集工作原理,1.设置I/O设备：,打开“组态王”软件，如果下位机采用与上位机的串行口进行通讯的话，点击“设备”中的“COM1”或者“COM2”，单击“新建”，选中相应的设备，指定设备的地址。同样可以设置另外的设备。,三、利用“组态王”软件对供水系统进行监控,正确地安装“组态王”和I/O设备驱动程序后，在“组态王”软件对供水系统进行监控运行之前，必须先进行必要的设置、画面绘

8、制和程序的编写。具体的设置如下：,2.设置数据词典：,3.网络设置：,“组态王”可以选择单机或网络监控，在相应的网络设置窗口设置是单机或网络，如果采用网络控制的话，必须进行网络设置，包括设置连接的远程站点、本机节点名、URL路径、协议类型和服务器的配置设定等网络参数。,4.监控画面 的绘制,5.“组态王”的软件编制,要使所绘制的画面以动画的方式进行实时的监控，在运行前还必须进行必要的运行程序的编制，“组态王”的程序是采用类C语言的编程方式，使用户编程变的非常容易。 部分程序段示例：,本站点生活水箱水位=本站点生活水箱水位+10; if(本站点变频泵启停指示=1) 本站点生活水箱水位=本站点生活水箱水位-10; 本站点管网水位=本站点管网水位+10; if(本站点变频泵启停指示=0) 本站点管网水位=本站点管网水位-10;,第五节 触摸屏人机界面在半自动内圆磨床 PLC控制系统中的应用,一、 触摸屏人机界面的用途和接线 触摸屏是工业级人机界面的通常称呼，触摸屏产品配备有大型LCD显示荧屏及触控面板、具有工业级防水防尘设计、可适用于各种恶劣环境。在各种系列的PLC控制系统设计中，当用户需要

9、多个输入按钮、设值开关或多个输出状态显示、模拟量仪表显示时，使用触摸屏产品作为人机界面就成为较为理想的选择。 运行时只要接通PLC触摸屏之间的通讯线，触摸屏产品就可以作为设备的操作面板兼显示器使用。在触摸屏人机界面上定义过的输入输出变量将不占用PLC的I/O点，简化了电气控制系统的结构，提高了设备运行的可靠性。,PWS3260型触摸屏的外形图,正面,背面,一、 触摸屏软件ADP3的使用方法 1建立新的工程文件 如果要将PWS触摸屏产品作为人机界面用于某一设备的控制，首先应在PC机上安装ADP3软件，并建立一个新的工程文件，这时需要输入的内容是：新文件的应用名称、人机界面的产品型号和所使用的PLC产品型号。新文件建立之后即可进入画面编辑。,触摸屏软件ADP3示窗,2画面编辑 在ADP3软件中，可使用的画面元件有4类： 1）可触摸元件 指在画面上定义的按钮、设置数值按键、状态选择按键、翻页按键等，这些按键一般兼有可触摸功能和显示功能。 2）状态显示元件 指在画面上定义的显示灯、动态数字文字信息显示（可以在不同情况下呈现不同颜色，包括数字文字提醒、信息移动等）、显示仪表等，触摸这些元件时系统没有反应，仅仅被用作信号的运行状态显示。 3）动态资料及人机记录缓冲区显示元件 指在画面上定义的历史趋势图或人机界面使用PLC内存作记录缓冲区时的缓冲区状态显示元件。 4）静态显示元件 指在画面上定义的静态文字、静态背景元件，不受PLC程序控制。,三、 触摸屏人机界面在半自动内圆磨床PLC控制系统中的应用 PLC-Z2-010是用于磨削高圆度内圆的半自动精密磨床，该机床的电气系统以三菱FX2系列PLC为控制核心，以PWS系列10.4触摸屏为人机界面，十分方便地对机床的四种工作状态：调整、半自动、砂轮修整和参数调整实现自动控制。 触摸屏控制画面设计示例:,

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