西门子PLC300系列的设计步骤与实例

1、S7-300系列PLC应用系统设计PLC应用系统设计的容和步骤PLC应用系统的硬件设计PLC应用系统的软件设计PLC应用系统设计实例PLC应用系统设计的容和步骤 系统设计的原则与容1设计原则(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。2设计容(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。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10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

2、，根据已确定的用户10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10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。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PLC容量估算PLC容量包括两个方面：一是10的点数，二是用户存储器的容量。1. 10点数的估算根据功能说明书，可统计出PLC系统的开关量10点数及模拟量10通道数，以及开关量和模拟量的信号类型

3、。应在统计后得出10总点数的基础 上，增加10%15%的裕量。选定的PLC机型的10能力极限值必须大于10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存与许多因素有关，如10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I0点及有关功能器件占用的存大致如下：所需存储器容量(KB) = (1 1.25) X (DIX10+D0X8+AI0X100+CPX300) 1024其中：DI为数字量输入总点数；D0为数字量输出总点数；AIA0为模拟量10通道总数；CP为通信接口总数。10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等选择输入模块主要应考虑以下两 点：（1）根据现场输入信号（如按钮、行程开关）与PLC输入模块距离的远近

4、来选择电压的髙低。一般，24 V以下属低电平，其传输距离不宜太远。如 12 V电压模块一般不超过10 m,距离较远的设备选用较髙电压模块比较可靠。（2）髙密度的输入模块，如32点输入模块，允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。一般，同时接通的点数不得超过总输入点数的60。 ；按外部接线方式又可分为汇点输入、分隔输入等。2开关量输出模块的选择输出模块的任务是将PLC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。1）输出方式的选择 继电器输出价格便宜，使用电压围广，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髙的反压，必须采取 抑制措施2）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

5、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。3）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2A（AC250 VDC24 V）。 但整个模块允许通过的最大电流仅8 A。分配输入输出点 一般输入点与输入信号、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10通道围不同型号的PLC，其输入输出通道的围是不一样的，应根据所选PLC型号，弄清相应的10点地址的分配。2. 部辅助继电器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的部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各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安

6、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括以下容：(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。PLC应用系统的软件设计PLC应用软件设计的容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容：(1) PLC软件功能的分析与设计；(2) 10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。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

7、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 操作容和操作顺序。据此便可画出流程图。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

8、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10信号，软件程序操作使用的步骤、注意事项等。PLC应用系统设计实例机械手控制系统设计1.工艺过程及控制要求1）工艺过程 图6.1所示为一简易物料搬运机械手的工艺流程图。该机械手是一个水平垂直位移的机械设备，其操作是将工件从左工作台搬运到右工作台，由光耦合器VLC来检测工作台上有没有工件。机械手通常位于原点，它的动作全部由气缸驱动，而气缸则由相应的电磁阀控制。其中，上升下降和左移 右移分别由双线圈二位电磁阀控制，放松夹紧由一个单线圈二位电磁阀（称为夹紧电磁阀）控制。2）控制要求 机械手整个搬运过程要求都能自动控制。在启动过程中能切换到手动控制及自动控制或半自动控制（又称单周期控制），以便对设备进行调整和 检修。图6.2是机械手控制系统的逻辑流程图。系统启动之前，机械手处于原始位置，条件是机械手在髙位、左位。2. 可编程序控制器选型1) 硬件配置 系统输入信号有3个启动按钮，4个限位开关，5个手动输入信号，1个有工件检测信号，共计14个数字量输入信号；输出信号有机械手上升下降驱动信号、左移右移驱动

9、信号和机械手夹紧驱动信号，共有5个数字量输出信号。不需模拟量模块，选择S7-300系列的CPU313，加上数字量输入模块 SM321及输出模块SM322就可以满足要求，而且还有一定的裕量。2) 10地址分配将14个输入信号、5个输出信号与PLC的IO端一一对应，编排好地址，其它地址分配(1) 夹紧定时器T1，定时5 s；(2) 放松定时器T2，定时5 s；(3) 自动方式标志M0.0；(4) 单动方式标志M0.1；(5) 手动方式标志M0.2；(6) 结束标志M0.5。3. 机械手程序设计1) 逻辑功能块(子程序)逻辑功能块包括两个部分：自动方式或单动方式控制(FC10)和手动方式控制(FC11)。(1) 自动方式或单动方式控制(FC10)的具体程序(梯形图表示)如图6.3所示。(2) 手动方式控制(FC11)的具体程序(梯形图表示)如图6.4所示。2) 组织块(主程序)组织块OB1用于设定机械手启动方式，主要负责功能块或子程序的调用，是自动运行还是单动运行，以及系统的循环扫描、故障诊断和输出刷新。其梯形图如图6.5所示。5.1 编程方式与程序块5.2 数据块与数据结构5.3 S7系列PLC程序设计5.1.1S7-300编程方式简介S7-300系列PLC的编程语言是STEP 7。STEP 7继承了 STEP 5语言结构化程序设计的优点，用文件块的形式管理用户编写的程序及程序运行所 需的数据。如果这些文件块是子程序，则可以通过调用语句，将它们组成结构化的用户程序。这样，PLC的程序组织明确，结构清晰，易于修改。 为支持结构化程序设计，STEP 7用户程序通常由组织块(0B)、功能块(FB)或功能块(FC)等三种类型的逻辑块和数据块(DB)组成。组织

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