PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計2015

第八章PLC

控制系統(tǒng)的設(shè)計概述邏輯設(shè)計法時序圖設(shè)計法順序控制設(shè)計法PLC的典型控制程序8.1

概述PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

對控制任務做深入的調(diào)查研究確定系統(tǒng)總體設(shè)計方案根據(jù)控制要求確定輸入/輸出元件,選擇PLC機型確定PLC的I/O點分配設(shè)計應用程序調(diào)試應用程序制作電氣控制柜和控制盤連機調(diào)試程序編寫技術(shù)文件8.2

邏輯設(shè)計法邏輯設(shè)計法適合對開關(guān)量進行控制，基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)。電路中電器元件的邏輯規(guī)定：元件觸點的規(guī)定：用原變量表示常開觸點，反變量表示常閉 觸點。如按鈕的常開觸點用SB，常閉觸點用SB。元件觸點狀態(tài)的規(guī)定：觸點閉合狀態(tài)為邏輯“1”，觸點斷開 狀態(tài)為邏輯“0”。如常開觸點閉合為SB=1，如常閉觸點閉 合為SB=1。接觸器等電磁效應元件線圈的規(guī)定：線圈用原變量表示；線 圈狀態(tài)得電為邏輯“1”，線圈斷電狀態(tài)為邏輯“0”。如接 觸器線圈得電為KM=1，接觸器線圈斷電為KM=0。邏輯代數(shù)的基本邏輯關(guān)系：邏輯“與”：只有全部條件同時具備時，結(jié)果才能發(fā)生。它的邏輯關(guān)系式為：KM=K1*K2，式中K1、K2稱為輸入變量，KM稱為輸出變量。只有當K1和K2觸點全部閉合時，接觸器

KM線圈才能通電為“1”；如果在K1和K2觸點中，只要其中之一斷開，則線圈就斷電為“0”。這種邏輯關(guān)系與串聯(lián)電路相對應。邏輯“或”：

只要有任何一個條件滿足，結(jié)果就會發(fā)生。它 的邏輯關(guān)系式為：

KM=K1+K2 。這種邏輯關(guān)系與并聯(lián)電路相 對應

。邏輯“非”：

它的邏輯關(guān)系式為：

KM=K

。這種邏輯關(guān)系在 電路中稱為反向控制，通過串聯(lián)常閉觸點實現(xiàn)。例8.1

某系統(tǒng)中有4

臺通風機，要求在以下幾種運行狀態(tài)下應發(fā)出不同的顯示信號：3

臺及3

臺以上開機時，綠燈常亮；兩臺開機時，綠燈以5Hz

的頻率閃爍；一臺開機時，紅燈以5Hz

的頻率閃爍；全部停機時，紅燈常亮。4臺通風機的各種運行狀態(tài)是PLC的輸入信號;各種運行狀態(tài)對應的顯示信號（即紅燈和綠燈）是PLC的輸出。設(shè)4臺通風機分別為A、B、C、D。當通風機開機時，為邏輯“1”狀態(tài)，用原變量表示，如A；當通風機停機時，為邏輯

“0”狀態(tài)，用反變量表示，如A。設(shè)紅燈為F1，綠燈為F2。燈亮時為“1”，滅時為“0”。5Hz的頻率閃爍，周期為0.2s，可使用25501實現(xiàn)。1.紅燈常亮的程序設(shè)計ABCDF100001由狀態(tài)表可得F1的邏輯函數(shù):圖8.1紅燈常亮的梯形圖根據(jù)邏輯函數(shù)容易畫出其梯形圖四臺通風機全部停機時，紅燈常亮，其狀態(tài)表為2.紅燈閃爍的程序設(shè)計ABCDF100011001010100110001圖8.2紅燈閃爍的梯形圖一臺開機時,紅燈閃爍，其狀態(tài)表為由狀態(tài)表可得F1的邏輯函數(shù):將上式化簡為根據(jù)邏輯函數(shù)容易畫出其梯形圖3.同理，可得綠燈常亮和綠燈閃爍的程序設(shè)計圖8.3綠燈常亮的梯形圖圖8.4綠燈閃爍的梯形圖4.選擇PLC機型、作I/O點分配本例只有A、B、C、D共4個輸入信號，F(xiàn)1、F2兩個輸出信號，若系F2統(tǒng)選擇的機型是CPM1A,輸入A

B00101

00102則I/O分配如下表所示。輸出C

D

F100103

00104

0110101102圖8.5通風機運行狀態(tài)顯示的梯形圖5.總梯形圖邏輯設(shè)計法歸納如下:用不同的邏輯變量來表示各輸入、輸出信號

,并設(shè)定對應輸入、輸出信號各種狀態(tài)時的邏輯值。根據(jù)控制要求,列出狀態(tài)表。由狀態(tài)表寫出相應的邏輯函數(shù),并進行化簡。(4)根據(jù)化簡后的邏輯函數(shù)畫出梯形圖。(5)上機調(diào)試,使程序滿足要求。8.3

時序圖設(shè)計法適用于PLC各輸出信號的狀態(tài)變化有一定的時間順序例8.2在十字路口上設(shè)置紅、黃、綠交通信號燈。由于東西方向的車流量較小、南北方向的車流量較大，所以南北方向的放行時間(綠燈亮)為30s,東西方向的放行時間(綠燈亮)

20s。當東西(或南北)方向的綠燈滅時,該方向的黃燈與南北方向的紅燈一起以5Hz的頻率閃爍5s,以提醒司機和行入注意。閃爍5s之后,立即開始另一個方向的放行。要求只用一個控制開關(guān)對系統(tǒng)進行啟停控制。1.為了明確各燈之間亮、滅的時間關(guān)系,根據(jù)控制要求,可以先畫出各方向三色燈的工作時序圖。圖8.6交通燈工作時序圖2.由時序圖分析各輸出信號之間的時間關(guān)系。一個循環(huán)內(nèi)分

為4個區(qū)段,這4個時間區(qū)段對應著4個分界點:t1、t2、t3、t4。3.4個時間區(qū)段必須用4個定時器來控制定時器

t0t2t3t4TIM000定時30s開始定時南北綠燈、東西紅燈開始亮t1定時到,輸出0N且保持南北綠燈滅;南北黃燈、東西紅燈開始閃ONON開始下一個循環(huán)的定時TIM001定時35s開始定時繼續(xù)定時定時到,輸出0N且保持南北黃燈、東西紅燈滅;東西綠燈、南北紅燈開始亮ON開始下一個循環(huán)的定時TIM002定時55s開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時定時到,輸出0N且保持東西綠燈滅;東西黃燈、南北紅燈開始閃開始下一個循環(huán)的定時TIM003定時60s開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時定時到,輸出0N，隨即自復位且開始下一個循

環(huán)的定時東西黃燈、南北紅燈滅;南北綠燈、東西紅燈開始亮4.選擇PLC機型、作I/O點分配5.總梯形圖輸入控制開關(guān)南北綠燈南北黃燈南北紅燈輸出東西綠燈東西黃燈東西紅燈00000010000100101002010030100401005時序圖設(shè)計法歸納如下:(1)詳細分析控制要求,明確輸入輸出信號個數(shù),合理選擇機型。

(2)明確各輸入和輸出信號之間的時序關(guān)系,畫出各輸入和輸出信號的工作時序圖。把時序圖劃分成若干個時間區(qū)段,確定各區(qū)段的時間長短。找出區(qū)段間的分界點,明確分界點處各輸出信號狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系和轉(zhuǎn)換條件。根據(jù)時間區(qū)段的個數(shù)確定需要幾個定時器,分配定時器號,確定各定時器的設(shè)定值,確各定時器開始定時和定時時間到這兩個關(guān)鍵時刻對各輸出信號狀態(tài)的影響。對PLC進行I/O分配。根據(jù)定時器的功能明細表、時序圖和I/O分配畫出梯形圖。作模擬運行實驗,檢查程序是否符合控制要求,進一步修改程序。8.4

順序控制設(shè)計法對那些按動作的先后順序進行控制的系統(tǒng)

,非常適宜使用順序控制設(shè)計法編程。順序控制設(shè)計法規(guī)律性很強,雖然編出的程序偏長,但是程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好。順序功能圖能清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。1.順序功能圖的組成某動力頭的運動狀態(tài)有3種,即快進→工進→快退。各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件是:快進到一定位置壓限位開關(guān)ST1則轉(zhuǎn)為工進,工進到一定位置壓限位開關(guān)ST2則轉(zhuǎn)為快退,退回原位壓

ST3,動力頭自動停止運行。其順序功能圖如下圖所示。順序功能圖是由步、有向連線、轉(zhuǎn)換條件和動作內(nèi)容說明等組成的。用矩形框表示各步,框內(nèi)的數(shù)字是步的編號。初始步使用雙線框，每步的動作內(nèi)容放在該步旁邊的框中,步與步之間用有向線段相連,箭頭表示步的轉(zhuǎn)換方向，步與步之間的短橫線旁標注轉(zhuǎn)換條件。正在執(zhí)行的步稱為活動步,當前一步為活動步且轉(zhuǎn)換條件滿足時,將啟動下一步并終止前一步的執(zhí)行。2.順序功能圖的類型(1)單序列結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的順序功能圖沒有分支,每步后只有一步,步與步之間只有一個轉(zhuǎn)換條件。2.順序功能圖的類型(2)選擇序列結(jié)構(gòu)選擇序列的開始稱為分支,如步1之后有3個分支，例如,當步1為活動步且條件a滿足時則轉(zhuǎn)向步2,步1自動變?yōu)椴换顒硬健８鬟x擇分支不能同時執(zhí)行,所以應該使各選擇分支之間聯(lián)鎖。選擇序列的結(jié)束稱為合并:無論哪個分支的最后一步成為活動步,當轉(zhuǎn)換條件滿足時都要轉(zhuǎn)向步5。2.順序功能圖的類型(3)并行序列結(jié)構(gòu)并行序列的開始也稱為分支,為了區(qū)別于選擇序列結(jié)構(gòu)的順序功能圖,用雙線來表示并行序列分支的開始,轉(zhuǎn)換條件放在雙線之上。例如,圖中的步1之后有3個并行分支，當步1為活動步且條件a滿足時,則步2、步3、步4同時被激活變?yōu)榛顒硬?而步1變?yōu)椴换顒硬健２⑿行蛄械慕Y(jié)束稱為合并,用雙線表示并行序列的合并,轉(zhuǎn)換條件放在雙線之下。當各并行序列的最后一步即步5、6、7都為活動步且條件e滿足時,將同時轉(zhuǎn)換到步8,且步5、步6、步7同時都變?yōu)椴换顒硬健?.順序功能圖與梯形圖的對應關(guān)系線圈Si、Si+1、S

i+2等是各步的控制位,Ci、Ci+1是各步的轉(zhuǎn)換條件。某一步成為活動步的條件是:前一步是活動步且轉(zhuǎn)換條件滿足。所以圖中將常開觸點Si-1、Ci以及Si、Ci+1相串聯(lián)作為步啟動的條件。由于轉(zhuǎn)換條件是短信號,因此每步要加自鎖。當后續(xù)步成為活動步時,前一步要變?yōu)椴换顒硬?所以圖中將常閉觸點Si+1和S

i+2與前一步的控制位線圈相串聯(lián)。當某一步成為活動步時,其控制位為ON,這個ON信號可以控制輸出繼電器以實現(xiàn)相應的控制,如圖中的B1、B2。4.根據(jù)順序功能圖畫梯形圖的方法圖8.18的順序功能圖總體上是并行的,其中包括了一個單序列和一個選擇序列。4.根據(jù)順序功能圖畫梯形圖的方法順序控制設(shè)計法有一定的規(guī)律可循,所編寫的程序易讀、易檢查、易修改,是常用的設(shè)計方法之一。使用順序控制設(shè)計法的關(guān)鍵有3點:一是理順動作順序,明確各步的轉(zhuǎn)換條件;二是準確地畫出順序功能圖;三是根據(jù)順序功能圖正確地畫出相應的梯形圖,最后根據(jù)某些特殊功能要求,添加部分控制程序。要想用好順序控制設(shè)計法,重要的是熟練掌握順序功能圖的畫法以及根據(jù)順序功能圖畫出相應梯形圖的方法。8.5