电气控制与可编程序控制器,主编 黄净,第八章 PLC控制系统的设计、安装和维护,第一节 PLC控制系统设计简介 第二节 减少IO点数的措施 第三节 PLC应用中应注意的若干问题 第四节 PLC控制系统对安装的要求 第五节 PLC的维护和故障诊断 第六节 PLC通信网络简介,第一节 PLC控制系统设计简介,一、PLC控制系统设计的步骤和内容 1.系统采用PLC控制的一般条件 1)系统所需的IO点数较多，控制要求较复杂。 2)系统对可靠性的要求特别高，继电器控制不能满足要求。 3)系统的工艺流程和加工的产品种类经常变化，需要经常改变控制电路结构和修改系统参数，或控制系统功能有扩充的可能。 4)可以用一台PLC控制多台设备的系统。 5)需要与其他设备实现通信或联网的系统。 2. PLC控制系统设计的基本原则 1)充分发挥PLC的功能，最大程度地满足被控对象的控制要求。 2)在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。,第一节 PLC控制系统设计简介,3)保证控制系统安全可靠。 4)在选用PLC时，在IO点数和内存容量上应适当留有余地，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 3. PLC控制系统设计的基本内容 1)拟定控制系统设计的技术条件。 2)选择电力拖动形式和电动机、电磁阀等执行机构。 3)选定PLC的型号。 4)分配PLC的IO点，绘制PLC的IO硬件接线图。 5)设计控制系统梯形图并调试。 6)设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及它们的安装接线图。 7)编写设计说明书和使用说明书。 4. PLC控制系统设计的一般步骤,第一节 PLC控制系统设计简介,图8-1 PLC控制系统设计的一般步骤,第一节 PLC控制系统设计简介,(1)分析被控对象 分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象的全部功能，设备内部机械、液压、气动、仪表、电气几大系统之间的关系，可编程序控制器与其他智能设备(如别的可编程序控制器、计算机、变频器、工业电视、机器人)之间的关系，可编程序控制器是否需要通信联网，需要显示那些数据及显示的方法等等，从而确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。 (2)确定输入/输出设备 根据系统的控制要求，确定系统所需的输入设备(如按钮、位置开关、转换开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)。 (3)选择PLC 包括PLC的机型、容量、IO模块、电源和其他扩展模块的选择。 (4)分配IO点 分配PLC的IO点，画出PLC的IO端子与输入/输出设备的连接图或对应表。,第一节 PLC控制系统设计简介,(5)设计控制程序 PLC程序设计的一般步骤如下：对于较复杂系统，需要绘制系统功能表图(对于简单的控制系统可省去这一步)；设计梯形图程序；根据梯形图编写语句表程序清单；对程序进行模拟调试及修改，直到满足控制要求为止。 (6)硬件设计及现场施工 硬件设计及现场施工的步骤如下：设计控制柜及操作面板电器布置图及安装接线图；设计控制系统各部分的电气互联图；根据图纸进行现场接线，并检查。 (7)联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。 (8)整理技术文件 系统交付使用后，应根据调试的最终结果整理出完整的技术文件，并提供给用户，以利于系统的维修和改进。 二、PLC的选择 1. PLC的机型选择,第一节 PLC控制系统设计简介,(1)合理的结构形式 整体式PLC的每一个IO点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，IO点数量、输入点数与输出点数的比例、IO模块的种类等方面，选择余地大。 (2)安装方式的选择 根据PLC的安装方式，系统分为集中式、远程IO式和多台PLC联网的分布式。,第一节 PLC控制系统设计简介,(3)相当的功能要求 一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、计时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足控制要求；对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带AD和DA转换单元、具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC；对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC，但价格一般较贵。 (4)响应速度的要求 PLC的扫描工作方式引起的延迟可达23个扫描周期。 (5)系统可靠性的要求 对于一般系统，PLC的可靠性均能满足。 (6)机型统一 一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。 2. PLC的容量选择,第一节 PLC控制系统设计简介,(1)IO点数 PLC平均的IO点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的IO点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的IO点最少，但必须留有一定的备用量。 (2)用户程序存储容量 用户程序存储容量是指PLC用于存储用户程序的存储器容量，其大小由用户程序的长短决定。 3. IO模块的选择 (1)开关量输入模块的选择 PLC的输入模块是用来检测接收现场输入设备的信号，并将输入的信号转换为PLC内部接受的低电压信号。,第一节 PLC控制系统设计简介,图8-2 输入的接线方式 a)汇点式输入 b)分组式输入,第一节 PLC控制系统设计简介,(2)开关量输出模块的选择 输出模块是将PLC内部低电压信号转换成外部输出设备所需的驱动信号。,图8-3 输出的接线方式 a)分组式输出 b)分隔式输出,第一节 PLC控制系统设计简介,4.电源模块及其他外设的选择 (1)电源模块的选择 电源模块的选择较为简单，只需考虑电源的额定输出电流。 (2)编程器的选择 对于小型控制系统或不需要在线编程的系统，一般选用价格便宜的简易编程器。 (3)写入器的选择 为了防止因干扰、锂电池电压变化等原因破坏RAM中的用户程序，可选用EEPROM写入器，通过它将用户程序固化在EEPROM中。,第二节 减少IO点数的措施,一、减少输入点数的措施 1.分时分组输入,图8-4 分时分组输入,第二节 减少IO点数的措施,2.矩阵输入,图8-5 矩阵输入,第二节 减少IO点数的措施,3.组合输入 4.输入设备多功能化,图8-6 矩阵输入的梯形图和波形图 a)梯形图 b)波形图,第二节 减少IO点数的措施,图8-7 组合输入 a)接线图 b)梯形图,第二节 减少IO点数的措施,图8-8 只用一个按钮的起动、保持、停止电路 a)梯形图 b)波形图,5.输入触点的合并,第二节 减少IO点数的措施,6.某些输入设备可不进PLC,图8-9 输入触点的合并,第二节 减少IO点数的措施,图8-10 输入信号设在PLC外部,7.巧妙利用RUN口,第二节 减少IO点数的措施,二、减少输出点数的措施 1.矩阵输出 2.分组输出,图8-11 矩阵输出,第二节 减少IO点数的措施,图8-12 分组输出,3.并联输出,第二节 减少IO点数的措施,4.负载多功能化 5.某些输出设备可不进PLC,第三节 PLC应用中应注意的若干问题,一、对PLC的某些输入信号的处理 1. PLC输入信号抖动的消除,图8-13 输入信号抖动的影响与消除 a)抖动的影响 b)抖动的消除,第三节 PLC应用中应注意的若干问题,2.两线式传感器输入的处理,第三节 PLC应用中应注意的若干问题,3.由晶体管提供输入信号的处理,图8-14 两线式传感器输入的处理,第三节 PLC应用中应注意的若干问题,二、PLC的安全保护 1.短路保护 2.感性输入/输出的处理,第三节 PLC应用中应注意的若干问题,图8-15 感性输入/输出的处理,第三节 PLC应用中应注意的若干问题,三、冗余系统与热备用系统,图8-16 冗余系统与热备用系统 a)冗余控制系统 b)热备用系统,第三节 PLC应用中应注意的若干问题,1.冗余控制系统 2.热备用系统,第四节 PLC控制系统对安装的要求,一、PLC对工作环境的要求 1)PLC一般要求环境温度为055。 2)PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85，以保证PLC的绝缘性能。 3)不宜把PLC安装在有灰尘、油烟、腐蚀性气体和可燃性气体的场所。 4)PLC应远离有强烈振动和冲击的场所。 5)PLC应远离强干扰源，如大功率的晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等。 6)PLC不能与高压电器安装在同一控制柜内。 7)与PLC安装在同一控制柜内且不是由PLC控制的电感性元件，也应并联RC或DR消弧电路。,第四节 PLC控制系统对安装的要求,二、PLC控制系统对电源要求 1)动力部分、PLC以及IO电源应分别配线。 2)隔离变压器与PLC和IO电源之间最好采用双绞线连接，以控制串模干扰。 3)系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备起动时引起的线路压降。 4)PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压电源，以保证正确的输入信号。 三、PLC控制系统的布线要求 1)IO线与动力线及其他控制线应分开走线，并保持一定距离，尽量不要在同一线槽中布线。 2)交流线与直流线、输入线与输出线最好也分开走线。,第四节 PLC控制系统对安装的要求,3)开关量与模拟量的IO线最好分开走线，对于传送模拟量信号的IO线最好用屏蔽线，且,图8-17 PLC的接地 a)分别接地 b)公共接地 c)串联接地,第四节 PLC控制系统对安装的要求,4)PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高，很容易受干扰。 四、PLC控制系统的接地要求,第五节 PLC的维护和故障诊断,一、PLC的维护,表8-1 PLC维护检修项目、内容,二、PLC的故障诊断 1.超时检测 2.逻辑错误检测,第六节 PLC通信网络简介,1.上位连接系统,图8-20 工厂自动化通信网络的示意图,第六节 PLC通信网络简介,一、S7200的通信方式与通信参数的设置 1. S7200的通信方式,图8-21 单主站通信系统,第六节 PLC通信网络简介,(1)单主站方式 单主站连到一个或多个从站(如图8-21所示)， STEP 7-Micro/WIN 32每次和一个S7200 CPU通信，但是它可以访问网络上的所有CPU。 (2)多主站方式 通信网络中有多个主站，一个或多个从站。 (3)使用调制解调器的远程通信方式 对11位调制解调器用户，单主站与一个或多个作为从站的S7200 CPU相连；对10位调制解调器用户，单主站通过调制解调器与一个作为从站的S7200 CPU相连。,第六节 PLC通信网络简介,图8-22 多主站通信系统,第六节 PLC通信网络简介,表8-2 STEP 7-Micro/WIN 32支持的硬件组态,2.选择S7200的通信组态,第六节 PLC通信网络简介,表8-3 S7200与PROFIBUS通信模块EM 277的性能,3.网络部件 (1)通信口 S7200 CPU上的通信口是与RS485兼容的9针D型连接器，符合欧洲标准EN 50170。,第六节 PLC通信网络简介,表8-4 S7200 CPU通信口引脚分配,(2)网络连接器 利用西门子提供的两种网络连接器可以把多个设备很容易的连到网络中。,第六节 PLC通信网络简介,图8-23 网络连接器,第六节 PLC通信网络简介,(3)PROFIBUS网络电缆 表8-5列出了PROFIBUS网络电缆的总规范。,表8-5 PROFIBUS网络电缆的总规范,第六节 PLC通信网络简介,表8-6 PROFIBUS中网络段的最大电缆长度,(4)网络中继器(如图8-24所示) RS485中继器为网段提供偏压电阻和终端电阻。 4.使用自由端口通信功能和PC/PPI电缆的通信,第六节 PLC通信网络简介,1)带RS232口的隔离型PC/PPI电缆，用5个DIP开关设置波特率和其他配置项，详见附录B。 2)带RS232口的非隔离型PC/PPI电缆，用4个DIP开关设置波特率，这种电缆已经被隔离型的PC/PPI电缆取代。,图8-24 带中继器的网络举例,第六节 P