PLC控制系統(tǒng)的硬件設計

1、1PLCPLC控制系統(tǒng)的硬件設計控制系統(tǒng)的硬件設計25.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 設計以設計以PLCPLC為核心的控制系統(tǒng)，要考慮：為核心的控制系統(tǒng)，要考慮：1 1、設備的正常運行；、設備的正常運行；2 2、合理、有效的資金投入；、合理、有效的資金投入；3 3、在滿足可靠性和經(jīng)濟性的前提下，具有一定的先進性，、在滿足可靠性和經(jīng)濟性的前提下，具有一定的先進性，能根據(jù)生產(chǎn)工藝的變化擴展部分功能。能根據(jù)生產(chǎn)工藝的變化擴展部分功能。35.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 一、控制系統(tǒng)的設計步驟一、控制系統(tǒng)的設計步驟

2、1 1、分析被控對象、明確控制要求、分析被控對象、明確控制要求2 2、制定電氣控制方案、制定電氣控制方案3 3、確定輸入、確定輸入/ /輸出設備及信號特點輸出設備及信號特點4 4、選擇可編程控制器、選擇可編程控制器5 5、分配輸入、分配輸入/ /輸出點地址輸出點地址6 6、設計電氣線路、設計電氣線路7 7、設計控制程序、設計控制程序8 8、調試（包括模擬調試和聯(lián)機調試）、調試（包括模擬調試和聯(lián)機調試）9 9、技術文件整理、技術文件整理45.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 一、控制系統(tǒng)的設計步驟一、控制系統(tǒng)的設計步驟 詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點

3、，了解被詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對PLCPLC控制控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設計任務書。系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設計任務書。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設備（如：按紐、位置開關、轉換開關及各種傳感器等）備（如：按紐、位置開關、轉換開關及各種傳感器等）和輸出設備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它和輸出設備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與執(zhí)行器等），從而確定與PLCPLC有關的輸入有關

4、的輸入/ /輸出設備，以輸出設備，以確定確定PLCPLC的的I/OI/O點數(shù)。點數(shù)。55.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 一、控制系統(tǒng)的設計步驟一、控制系統(tǒng)的設計步驟 PLC PLC選擇包括對選擇包括對PLCPLC的機型、容量、的機型、容量、I/OI/O模塊、電源等的模塊、電源等的選擇。選擇。 分配分配I/OI/O點：畫出點：畫出PLCPLC的的I/OI/O點與輸入點與輸入/ /輸出設備的連接輸出設備的連接圖或對應關系表。圖或對應關系表。 PLC PLC外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和

5、未進入包括主電路和未進入PLCPLC的控制電路等。的控制電路等。 由由PLCPLC的的I/OI/O連接圖和連接圖和PLCPLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。65.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 一、控制系統(tǒng)的設計步驟一、控制系統(tǒng)的設計步驟 程序設計：程序設計：1 1）控制程序；）控制程序；2 2）初始化程序；）初始化程序；3 3）檢測、故）檢測、故障診斷和顯示等程序；障診斷和顯示等程序；4 4）保護和連鎖程序。）保護和連鎖程序。 模擬調試：

6、根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調試有硬模擬調試：根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。件模擬法和軟件模擬法兩種形式。 設計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖；設計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖； 設計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖；設計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖； 根據(jù)施工圖紙進行現(xiàn)場接線，并進行詳細檢查。根據(jù)施工圖紙進行現(xiàn)場接線，并進行詳細檢查。 由于程序設計與硬件實施可同時進行，因此由于程序設計與硬件實施可同時進行，因此PLCPLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設計周期可大大縮短。的設計周期可大大縮短。75.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)

7、的設計步驟和PLCPLC選型選型 一、控制系統(tǒng)的設計步驟一、控制系統(tǒng)的設計步驟 聯(lián)機調試是將通過模擬調試的程序進一步進行在線統(tǒng)調。聯(lián)聯(lián)機調試是將通過模擬調試的程序進一步進行在線統(tǒng)調。聯(lián)機調試過程應循序漸進，從機調試過程應循序漸進，從PLCPLC只連接輸入設備、再連接輸出設只連接輸入設備、再連接輸出設備、再接上實際負載等逐步進行調試。如不符合要求，則對硬件備、再接上實際負載等逐步進行調試。如不符合要求，則對硬件和程序作調整。通常只需修改部份程序即可。和程序作調整。通常只需修改部份程序即可。 全部調試完畢后，交付試運行。經(jīng)過一段時間運行，如果工全部調試完畢后，交付試運行。經(jīng)過一段時間運行，如果工作

8、正常、程序不需要修改，應將程序固化到作正常、程序不需要修改，應將程序固化到EPROMEPROM中，以防程序中，以防程序丟失。丟失。 技術文件包括設計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣技術文件包括設計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細表、元件明細表、PLCPLC程序以及使用說明書等。程序以及使用說明書等。85.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 二、可編程控制器的選擇二、可編程控制器的選擇 隨著隨著PLCPLC技術的發(fā)展，技術的發(fā)展，PLCPLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的型號的PLCPLC，其結構形式、性能、容量、

9、指令系統(tǒng)、編程方其結構形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側重。式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側重。 因此，合理選用因此，合理選用PLCPLC，對于提高對于提高PLCPLC控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標有著重要意義。指標有著重要意義。 PLC PLC的選擇主要應從的選擇主要應從等方面加以綜合考慮。等方面加以綜合考慮。 95.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 1 1、可編程控制器的機型選擇、可編程控制器的機型選擇 PLC機型選擇的機型選擇的基本原則基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提是在滿

10、足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： PLC主要有整體式和模塊式兩種結構型式。主要有整體式和模塊式兩種結構型式。 安裝方式有集中式、遠程安裝方式有集中式、遠程IO式以及多臺式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。聯(lián)網(wǎng)的分布式。 對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng) 便于備品備件的采購和管理；有利于技術力量的培訓和技術水平的提高，便于備品備件的采購和管理；有利于技術力量的培訓和技術水平的提高，外部設備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通

11、信。外部設備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信。105.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 2 2、指令系統(tǒng)的選擇、指令系統(tǒng)的選擇1）總指令數(shù)）總指令數(shù)2）指令種類）指令種類3）表達方式）表達方式4）編程工具）編程工具115.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 3 3、I/OI/O模塊的選擇模塊的選擇 1）輸入信號的類型及電壓等級）輸入信號的類型及電壓等級 有有三種類型。選擇時主要三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。 模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開模塊的

12、延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；關等電子輸入設備連接； 模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境。模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境。 開關量輸入模塊的開關量輸入模塊的有：直流有：直流5、12、24、48、60等；交流等；交流110、220等。等。 。 一般一般5、12、24用于傳輸距離較近場合，如用于傳輸距離較近場合，如5輸入模塊最輸入模塊最遠不得超過米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的。遠不得超過米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的。125.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 3 3、I/OI/O模塊的選擇

13、模塊的選擇 2）輸入接線方式）輸入接線方式 主要有兩種接線方式 135.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 3 3、I/OI/O模塊的選擇模塊的選擇 3）注意同時接通的輸入點數(shù)量）注意同時接通的輸入點數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊對于選用高密度的輸入模塊(如如30點、點、40點等點等)，應考慮該模塊同時，應考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60。 4）輸入門檻電平）輸入門檻電平 門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱PLC說明書。說明書。1

14、45.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 3 3、I/OI/O模塊的選擇模塊的選擇 1）輸出方式）輸出方式 開關量輸出模塊有開關量輸出模塊有三種方三種方式：式： ：價格便宜，可以驅動交、直流負載，適用的電壓大：價格便宜，可以驅動交、直流負載，適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但小范圍較寬、導通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但動作速度較慢（驅動感性負載時，觸點動作頻率不超過動作速度較慢（驅動感性負載時，觸點動作頻率不超過1HZ）、）、壽命壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。較短、可靠性較差，只能適

15、用于不頻繁通斷的場合。 對于頻繁通斷的負載，應該選用對于頻繁通斷的負載，應該選用或或，它們，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。能用于直流負載。 155.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 3 3、I/OI/O模塊的選擇模塊的選擇 2）輸出接線方式）輸出接線方式 開關量輸出模塊主要有兩種接線方式165.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 3 3、I/OI/O模塊的選擇模塊的選擇 3）驅動能力）驅動能力 應根據(jù)實際輸出

16、設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法直接驅動，。 4）注意同時接通的輸出點數(shù)量）注意同時接通的輸出點數(shù)量 一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60 5）輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關）輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關 與不同的負載類型密切相關，特別是輸出的最大電流。晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。175.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 3 3、I/OI/O模塊的選擇模塊的選擇 （A/D）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連模塊是將現(xiàn)場由傳

17、感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉換成續(xù)的模擬量信號轉換成PLC內部可接受的數(shù)字量；內部可接受的數(shù)字量； (D/A)模塊是將模塊是將PLC內部的數(shù)字量轉換為模擬量內部的數(shù)字量轉換為模擬量信號輸出。信號輸出。 典型模擬量典型模擬量I/O模塊的量程為模塊的量程為等，可根據(jù)實際需要選用，同時還應考慮其等，可根據(jù)實際需要選用，同時還應考慮其等因素。等因素。 一些一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如接接收低電平信號（如RTD、熱電偶等信號）。熱電偶等信號）。185.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPL

18、C選型選型 3 3、I/OI/O模塊的選擇模塊的選擇 PLC廠家相繼推出了一些具有特殊功能的廠家相繼推出了一些具有特殊功能的I/O模塊，模塊，有的還推出了自帶有的還推出了自帶CPU的智能型的智能型I/O模塊，如高速計數(shù)器、模塊，如高速計數(shù)器、凸輪模擬器、位置控制模塊、凸輪模擬器、位置控制模塊、PID控制模塊、通信模塊等?？刂颇K、通信模塊等。195.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 3 3、I/OI/O模塊的選擇模塊的選擇 1）電源模塊的選擇）電源模塊的選擇 電源模塊選擇僅對于模塊式結構的電源模塊選擇僅對于模塊式結構的PLC而言，對于整體式而言，對于整體

19、式PLC不不存在電源的選擇。存在電源的選擇。 電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。 2）編程器的選擇）編程器的選擇 3）寫入器的選擇）寫入器的選擇 為了防止由于干擾或鋰電池電壓不足等原因破壞為了防止由于干擾或鋰電池電壓不足等原因破壞RAM中的用戶程中的用戶程序，可選用序，可選用EPROM寫入器，通過它將用戶程序固化在寫入器，通過它將用戶程序固化在EPROM中。有中。有些些PLC或其編程器本身就具有或其編程器本身就具有EPROM 寫入的功能。寫入的功能。205.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC

20、選型選型 4 4、PLCPLC容量的選擇容量的選擇（1）在滿足控制要求的前提下力爭使用的）在滿足控制要求的前提下力爭使用的IO點最少。點最少。（2）需要加上）需要加上1015的裕量。的裕量。 存儲容量大小不僅與存儲容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關，還與功能實現(xiàn)的方法、程序系統(tǒng)的功能有關，還與功能實現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學者，在完成同一復雜功能時編寫水平有關。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學者，在完成同一復雜功能時，其程序量可能相差，其程序量可能相差25之多。之多。 在在IO點數(shù)確定的基礎上，按下式估算存儲容量后，再加點數(shù)確定的基礎上，按下式估算存儲容量后，再加20

21、30的的裕量。裕量。 存儲容量存儲容量(字節(jié)字節(jié))開關量開關量I/O點數(shù)點數(shù)10 模擬量模擬量I/O通道數(shù)通道數(shù)100 存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。 215.1 5.1 控制系統(tǒng)的設計步驟和控制系統(tǒng)的設計步驟和PLCPLC選型選型 5 5、其他的選擇、其他的選擇225.2 5.2 系統(tǒng)硬件的設計方案系統(tǒng)硬件的設計方案1 1、系統(tǒng)設計的總體方案、系統(tǒng)設計的總體方案235.2 5.2 系統(tǒng)硬件的設計方案系統(tǒng)硬件的設計方案2 2、系統(tǒng)硬件設計依據(jù)、系統(tǒng)硬件設計依據(jù)245.2 5.2 系統(tǒng)硬件的設計方案系統(tǒng)硬件的設計方案3 3、系統(tǒng)硬件設

22、計文件、系統(tǒng)硬件設計文件255.3 PLC5.3 PLC輸入輸入/ /輸出電路設計輸出電路設計1 1、輸入電路的設計、輸入電路的設計： （1）PLC的的I/O點數(shù)不夠，需要擴展，然而增加點數(shù)不夠，需要擴展，然而增加I/O點數(shù)將提點數(shù)將提高成本；高成本； （2）是已選定的）是已選定的PLC可擴展的可擴展的I/O點數(shù)有限，無法再增加。點數(shù)有限，無法再增加。265.3 PLC5.3 PLC輸入輸入/ /輸出電路設計輸出電路設計減少輸入點數(shù)方法減少輸入點數(shù)方法275.3 PLC5.3 PLC輸入輸入/ /輸出電路設計輸出電路設計減少輸入點數(shù)方法減少輸入點數(shù)方法 1）矩陣輸入方法需要）矩陣輸入方法需要來

23、完成來完成2）由于矩陣輸入的）由于矩陣輸入的。3）應保證）應保證285.3 PLC5.3 PLC輸入輸入/ /輸出電路設計輸出電路設計減少輸入點數(shù)方法減少輸入點數(shù)方法 對于不會同時接通的輸入信號，可采用組合編碼的方式輸入。對于不會同時接通的輸入信號，可采用組合編碼的方式輸入。295.3 PLC5.3 PLC輸入輸入/ /輸出電路設計輸出電路設計減少輸入點數(shù)方法減少輸入點數(shù)方法305.3 PLC5.3 PLC輸入輸入/ /輸出電路設計輸出電路設計減少輸入點數(shù)方法減少輸入點數(shù)方法 將某些功能相同的開關量輸入設備合并輸入。如果是幾個常閉觸點，將某些功能相同的開關量輸入設備合并輸入。如果是幾個常閉觸點

24、，則串聯(lián)輸入；如果是幾個常開觸點，則并聯(lián)輸入。則串聯(lián)輸入；如果是幾個常開觸點，則并聯(lián)輸入。 有些輸入信號功能簡單、有些輸入信號功能簡單、 涉及面很窄，有時就沒有必要涉及面很窄，有時就沒有必要 作為作為PLC的輸入，將它們放在的輸入，將它們放在 外部電路中同樣可以滿足要求。外部電路中同樣可以滿足要求。 315.3 PLC5.3 PLC輸入輸入/ /輸出電路設計輸出電路設計2 2、輸出電路的設計、輸出電路的設計325.3 PLC5.3 PLC輸入輸入/ /輸出電路設計輸出電路設計減少輸出點數(shù)方法減少輸出點數(shù)方法 當兩組輸出設備或負載當兩組輸出設備或負載不會同時工作，可通過外部不會同時工作，可通過外

25、部轉換開關或通過受轉換開關或通過受PLC控制控制的電器觸點進行切換，所以的電器觸點進行切換，所以PLC的每個輸出點可以控制的每個輸出點可以控制兩個不同時工作的負載。兩個不同時工作的負載。 335.3 PLC5.3 PLC輸入輸入/ /輸出電路設計輸出電路設計減少輸出點數(shù)方法減少輸出點數(shù)方法 注意：采用矩陣輸注意：采用矩陣輸出時，必須要將同一時出時，必須要將同一時間段接通的負載安排在間段接通的負載安排在同一行或同一列中，否同一行或同一列中，否則無法控制。則無法控制。 345.3 PLC5.3 PLC輸入輸入/ /輸出電路設計輸出電路設計減少輸出點數(shù)方法減少輸出點數(shù)方法 注意注意PLC輸出點同時驅動多個負載時，應考慮輸出點同時驅動多個負載時，應考慮PLC輸輸出點的驅動能力是否足夠。出點的驅動能力是否足夠。 利用利用PLC的邏輯處理功能，一個輸出設備可實現(xiàn)多種的邏輯處理功能，一個輸出設備可實現(xiàn)多種用途。用途。 系統(tǒng)中某些相對獨立、比較簡單的控制部分，可直接系統(tǒng)中某些相對獨立、比較簡單的控