可编程控制系统设计 前面介绍了可编程控制器的硬件基本结构与工作原理、指令系统与编程方法。本章在前面的基础上，进一步介绍可编程控制系统设计的基本原则、设计的一般步骤与方法及PLC控制系统设计应用举例。LC系统设计NEW PLC控制系统设计的基本原则与内容 PLC控制系统设计的基本原则 在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： 最大限度地满足控制要求最大限度地满足控制要求最大限度地满足控制要求最大限度地满足控制要求 调查很重要调查很重要调查很重要调查很重要 保证系统的安全可靠保证系统的安全可靠保证系统的安全可靠保证系统的安全可靠 重要原则 力求简单、经济、使用与维修方便力求简单、经济、使用与维修方便力求简单、经济、使用与维修方便力求简单、经济、使用与维修方便 性价比 适应发展的需要适应发展的需要适应发展的需要适应发展的需要 可扩展性LC系统设计NEWPLC控制系统设计的基本原则与内容 PLC控制系统设计的步骤 1）分析被控对象并提出控制要求）分析被控对象并提出控制要求 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。2）确定输入输出设备）确定输入输出设备以确定PLC的I/O点数。LC系统设计NEWPLC控制系统设计的基本原则与内容 PLC控制系统设计的步骤 3 3）选择）选择）选择）选择PLCPLC PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择 4 4）分配）分配）分配）分配I/OI/O点并设计点并设计点并设计点并设计PLCPLC外围硬件线路外围硬件线路外围硬件线路外围硬件线路分配I/O点：画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表。PLC外围硬件线路：画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。LC系统设计NEWPLC控制系统设计的基本原则与内容 PLC控制系统设计的步骤 5 5）程序设计）程序设计）程序设计）程序设计程序设计：1）控制程序；2）初始化程序；3）检测、故障诊断和显示等程序；4）保护和连锁程序。模拟调试：根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。 6 6）硬件实施）硬件实施）硬件实施）硬件实施设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图；设计系统各部分之间的电气互连图；根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。LC系统设计NEWPLC控制系统设计的基本原则与内容 PLC控制系统设计的步骤 7 7）联机调试）联机调试）联机调试）联机调试联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。 8 8）整理和编写技术文件）整理和编写技术文件）整理和编写技术文件）整理和编写技术文件技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。LC系统设计NEWPLC的选择 随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC的选择主要应从PLCPLC的机型、容量、的机型、容量、的机型、容量、的机型、容量、I/OI/O模块、电模块、电模块、电模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力源模块、特殊功能模块、通信联网能力源模块、特殊功能模块、通信联网能力源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。 LC系统设计NEWPLC的选择 PLC机型的选择 PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点： 合理的结构型式合理的结构型式合理的结构型式合理的结构型式 PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。 安装方式的选择安装方式的选择安装方式的选择安装方式的选择 安装方式有集中式、远程IO式以及多台PLC联网的分布式。 系统可靠性的要求系统可靠性的要求系统可靠性的要求系统可靠性的要求 对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统 机型尽量统一机型尽量统一机型尽量统一机型尽量统一LC系统设计NEWPLC的选择 PLC容量的选择 I IOO点数的选择点数的选择点数的选择点数的选择在满足控制要求的前提下力争使用的IO点最少。需要加上1015的裕量。 存储容量的选择存储容量的选择存储容量的选择存储容量的选择存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25之多。在IO点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加2030的裕量。 存存储储容容量量(字字节节)开开关关量量I/O点点数数10 模模拟拟量量I/O通通道数道数100存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。 LC系统设计NEWPLC的选择 IO模块的选择 开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择开关量输入模块的选择 1）输入信号的类型及电压等级）输入信号的类型及电压等级 有直直直直流流流流输输输输入入入入、交交交交流流流流输输输输入入入入和和和和交交交交流流流流直直直直流流流流输输输输入入入入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。 直直直直流流流流输输输输入入入入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接； 交交交交流流流流输输输输入入入入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境。 开关量输入模块的电电电电压压压压等等等等级级级级有：直流5、12、24、48、60等；交流110、220等。 选选选选择择择择时时时时主主主主要要要要根根根根据据据据现现现现场场场场输输输输入入入入设设设设备备备备与与与与输输输输入入入入模模模模块块块块之之之之间间间间的的的的距距距距离来考虑离来考虑离来考虑离来考虑。 LC系统设计NEW课题一课题一 全自动洗衣机控制系统全自动洗衣机控制系统LC系统设计NEW波轮式全自动洗衣机的洗衣桶(外桶)和脱水桶(内桶)是以同一中心安装的。外桶固定，作为盛水用，内桶可以旋转，作为脱水(甩干)用。内桶的四周有许多小孔，使内、外桶的水流相通。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀打开将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电机拖动，通过电磁离合器来控制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶(内桶)。电磁离合器失电，电动机带动洗涤波轮实现正、反转，进行洗涤；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干(此时波轮不转)。水位高低分别由高低水位开关进行检测。起动按钮用来启动洗衣机工作。LC系统设计NEW控制要求控制要求启动时，首先进水，到高水位时停止进启动时，首先进水，到高水位时停止进水，开始洗涤。正转洗涤水，开始洗涤。正转洗涤15s，暂停，暂停3s后后反转洗涤反转洗涤15s，暂停，暂停3s后再正转洗涤，如后再正转洗涤，如此反复此反复30次。洗涤结束后，开始排水，次。洗涤结束后，开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水当水位下降到低水位时，进行脱水(同时同时排水排水)，脱水时间为，脱水时间为10s。这样完成一次从。这样完成一次从进水到脱水的大循环过程。进水到脱水的大循环过程。经过经过3次上述大循环后次上述大循环后(第第2、3次为漂洗次为漂洗)，洗衣完成报警，报警，洗衣完成报警，报警10s后结束全过程，后结束全过程，自动停机。自动停机。LC系统设计NEWIO设备及分配设备及分配 输入元件入元件输入地址入地址输出元件出元件输出地址出地址起动按钮X000进水电磁阀Y000高水位开关X001电机正转控制Y001低水位开关X002电机反转控制Y002排水电磁阀Y003脱水电磁离合器Y004报警蜂鸣器Y005LC系统设计NEW状态转移图的设计状态转移图的设计 （1）任务分解。根据控制要求，将洗衣机的工作过程分解为下面几个工序(状态)：进水：S20 ；正转洗涤：S21 ；暂停：S22；反转洗涤：S23；暂停：S24；排水：S25；脱水：S26；报警：S27。LC系统设计NEW （2 2）弄清各状态的功能）弄清各状态的功能）弄清各状态的功能）弄清各状态的功能 S20 S20 使进水电磁阀得电打开：使进水电磁阀得电打开：使进水电磁阀得电打开：使进水电磁阀得电打开： Y000Y000为为为为ONON S21 S21 正转洗涤正转洗涤正转洗涤正转洗涤15s 15s Y001Y001为为为为ONON，定时，定时，定时，定时T0T0，K150K150 S22 S22 暂停暂停暂停暂停3s 3s ： T1T1为为为为ONON，K30K30，延时，延时，延时，延时3s3s S23 S23 反转洗涤反转洗涤反转洗涤反转洗涤15s 15s ： Y002Y002为为为为ONON，定时，定时，定时，定时T2T2，K150K150 S23 S23 暂停暂停暂停暂停3s3s： T3T3为为为为ONON，K30K30，延时，延时，延时，延时3s3s 洗涤次数计数洗涤次数计数洗涤次数计数洗涤次数计数3030次，次，次，次， COCO，K30K30LC系统设计NEWS25 使排水电磁阀得电排水： Y003为ONS26 脱水： 排水电磁阀打开 Y003为ON 电磁离合器得电 Y004为ON 电机正转 Y001为ON 脱水定时10s T4,K100 大循环次数计数3次 C1,K3S27 报警（蜂鸣器工作）： Y005为ON 定时10s，T5，K100LC系统设计NEW（3）找出各状态的转移条件和转移方向，将系统中各状态连接成状态转移图，并设置初始条件 LC系统设计NEW根据全自动洗衣机的控制要求，其系统接线图如图1.3所示 LC系统设计NEW课题二课题二 物料自动混合装置控制系统物料自动混合装置控制系统LC系统设计NEW控制要求控制要求1初始状态如图2.1所示混合装置的容器是空，F1、F2、F3和F4分别是物料A、B、C进料及混合液排空电磁阀，M是搅拌电动机，Ll、L2和L3分别是贮罐的高液位、中液位和低液位的液位传感器，H是加热器，T为温度传感器。2物料自动混合控制按下启动按钮，开始下列操作。（1）电磁阀F1开启，开始注入物料A，至高度L2(此时L2、L3均为ON)时，关闭阀F1,同时开启电磁阀F2，注入物料B，当液面上升至L1时，关闭阀F2。（2）停止物料B注入后，启动搅拌电动机M，使A、B两种物料混合10s。（3）10s后停止搅拌，开启电磁阀F4，放出混合物料,当液面高度降至L3后，再经5s关闭阀F4。3停止操作按下停止按钮，停止操作，回到初始状态。LC系统设计NEW物料自动混合装置中电磁阀的动作，受液位传感器输入信号的控制。如果物料混合需要加热，按SB2，启用加热器H开始加热。当温度达到规定要求时，温度传感器T动作(D4指示)，加热器H停止加热。液面位置分别由D1、D2和D3指示。LC系统设计NEW程序设计用步进指令编程。物料自动混合过程，从进料混合放料及液位信号的输入和输出显示实际上是一个按一定顺序操作的控制过程。因此，可以用步进指令编程，其状态转移图如图2.3所示。LC系统设计NEW课题四课题四 机械手机械手PLC控制系统控制系统LC系统设计NEW设计要求设计一个用PLC控制的将工件从A点移到B点的机械手的控制系统。其控制要求如下：1手动操作，每个动作均能单独操作，用于将机械手复归至原点位置；2连续运行，在原点位置按起动按钮或当光电探测器探测到有工件时，机械手按图4.1连续工作一个周期，一个周期的工作过程如下：原点下降夹夹紧(T)上上升右移下降放松(T)上升左移到原点，时间T由教师现场规定。LC系统设计NEWIO分配分配X0：自动手动转换；：自动手动转换；Xl：停止；：停止；X2：自动起动；自动起动；X3：上限位；：上限位；X4：下限位；：下限位；X5：左限位；：左限位；X6：右限位；：右限位；X7：手动向：手动向上；上；X10：手动向下；：手动向下；X11：手动左移；：手动左移；X12：手动向右；：手动向右；X13：手动放松；：手动放松；X14：光电开关：光电开关(当探测到有工件时接通当探测到有工件时接通)Y0：夹紧放松：夹紧放松(为安全，断电时要求夹为安全，断电时要求夹紧以免工件伤人，即紧以免工件伤人，即Y0=0时夹紧，时夹紧，Y0=1时放松时放松)；Y1：上升；：上升；Y2：下降；：下降；Y3：左移；左移；Y4：右移；：右移；Y5：原点指示。：原点指示。LC系统设计NEW系统接线系统接线 LC系统设计NEWLC系统设计NEW课题三课题三 双头钻床双头钻床PLC控制系统控制系统LC系统设计NEW设计要求设计一个用PLC控制的双头钻床的控制系统。其控制要求如下：1双头钻床用来加工圆盘状零件上均匀分布的6个孔如图3.1所示。操作人员将工件放好后，按下起动按钮，工件被夹紧，夹紧后压力继电器为ON，此时两个钻头同时开始向下进给。大钻头钻到设定的深度(SQ1)时，钻头上升，升到设定的起始位置(SQ2)时，停止上升；小钻头钻到设定的深度(SQ3)时，钻头上升，升到设定的起始位置(SQ4)时，停止上升。两个都到位后，工件旋转120，旋转到位时SQ5为ON，然后又开始钻第二对孔。3对孔都钻完后，工件松开，松开到位时，限位开关SQ6为ON，系统返回初始位置。2具有手动和自动运行功能。3具有上电和急停断电功能。4.大钻头、小钻头由两台三相异步电动机带动。电机的正反转完成上升、下降的功能；旋转由第三台电机带动。上升、下降及旋转限位开关均为霍尔接近开关；夹紧、放松均由电磁阀带动。LC系统设计NEW1I/0分配分配X0：工件夹紧；大钻头到下限位开关Xl：SQ1；大钻头到上限位开关X2：SQ2；小钻头到下限位开关X3：SQ3；小钻头到上限位开关X4：SQ4；旋转120限位开关X5：SQ5；工件松开限位开关X6：SQ6；X7：自动位起动；Xl0：手动自动转换；X11：大钻头手动下降；X12：大钻头手动上升；X13：小钻头手动下降；X14：小钻头手动上升；X15：工件手动夹紧；X16：工件手动放松；X17：工件手动旋转；X20：停止按钮：Y0：原位指示；Y1：大钻头下降；Y2：大钻头上升；Y3：小钻头下降；Y4：小钻头上升；Y5：工件夹紧；Y6：工件放松；Y7：工件旋转。LC系统设计NEW硬件接线LC系统设计NEW程序设计LC系统设计NEW课题五课题五 自动焊锡机自动焊锡机PLC控制系统控制系统LC系统设计NEW设计要求设计一个用PLC控制的自动焊锡机的控制系统。其控制要求如下。自动焊锡机的控制过程为：起动机器，除渣机械手上升电磁阀得电上升，将待除渣工件托盘上升到位碰SQ7，停止上升；左行电磁阀得电，机械手左行到位碰SQ5，停止左行；下降电磁阀得电，机械手下降到位碰SQ8，停止下降；将己焊好工件取出，然后右行电磁阀得电，机械手右行到位碰SQ6，停止右行，对己焊好工件除渣。如需对工件焊锡，则焊锡机械手上升电磁阀得电，将待焊伴锡工件托盘上升，上升到位碰SQ3，停止上升；托盘右行电磁阀得电，托盘右行到位碰SQ2，托盘停止右行；托盘下降电磁阀得电，托盘下降到位碰SQ4，停止下降，工件焊锡。当焊锡时间到；托盘上升电磁阀得电，托盘上升到位碰SQ3，停止上升；托盘左行电磁阀得电，托盘左行到位碰SQl，托盘停止左行；托盘下降电磁阀得电，托盘下降到位碰SQ4，托盘停止下降，已焊好工件取出。延时5s后，自动进入下一循环。要求能单次或连续循环运转。简易的动作示意图如图4.1所示。LC系统设计NEWI0分配X0：自动位起动；X11：停止；X12单次(单循环)；X13连续(多循环)。焊锡机械手输入：Xl：左限位SQ1；X2：右限位SQ2；X3：上限位SQ3；X4：下限位SQ4。除渣机械手输入：X5：左限位SQ5；X6：右限位SQ6；X7：上限位SQ7；X10：下限位SQ8； 除渣机械手输出：Y0：除渣上行；Y1：除渣下行；Y2：除渣左行；Y3：除渣右行；焊锡机械手输出：Y4：托盘上行；Y5：托盘下行；Y6：托盘左行；Y7：托盘右行。LC系统设计NEWLC系统设计NEWLC系统设计NEW