可編程序控制器技術(shù)（第3版）課件：可編程序控制器的應(yīng)用

可編程序控制器的應(yīng)用內(nèi)容提要本章介紹PLC在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，它包括PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，主要介紹順序控制的設(shè)計(jì)調(diào)試方法。一、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟第一節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和PLC選型1．分析被控對(duì)象，明確控制要求2．制定電氣控制方案3．確定輸入/輸出設(shè)備及信號(hào)特點(diǎn)4．選擇可編程控制器5．分配輸入/輸出點(diǎn)地址6．設(shè)計(jì)電氣線路7．設(shè)計(jì)控制程序8．調(diào)試9．技術(shù)文件整理

一、PLC輸入電路的設(shè)計(jì)第二節(jié)

PLC外圍電路設(shè)計(jì)1.根據(jù)輸入信號(hào)類型合理選擇輸入模塊開關(guān)量輸入信號(hào)應(yīng)注意開關(guān)信號(hào)的頻率，當(dāng)頻率較高時(shí)，應(yīng)選用高速計(jì)數(shù)模塊。數(shù)字量輸入信號(hào)應(yīng)合理選擇電壓等級(jí)。按電壓等級(jí)一般可分為交、直流24V，交、直流120V和交、直流230V或使用TTL或與TTL兼容的電平。模擬量輸入信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)范圍的模擬量信號(hào)，如：1~5V，4~20mA，然后選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換模塊。當(dāng)信號(hào)長(zhǎng)距離傳送時(shí)，使用4~20mA的電流信號(hào)為佳。(1)開關(guān)量輸入元件的接線

2.輸入元件的接線方式(2)模擬量輸入/輸出接線以4通道模擬量輸入模塊FX2N—4AD為例

3.防止輸入開關(guān)信號(hào)抖動(dòng)的方法采用RC電路進(jìn)行濾波。編制防止抖動(dòng)單元程序，如第三章單穩(wěn)態(tài)控制程序，延時(shí)時(shí)間可視開關(guān)抖動(dòng)的情況而定。4.減少輸入點(diǎn)的方法減少系統(tǒng)所需的PLC輸入點(diǎn)是降低硬件成本的常用措施，具體的方法可根據(jù)實(shí)際情況參照教材提示。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程需要修改控制方案，或某點(diǎn)損壞時(shí)，可使用備用得輸入/輸出點(diǎn)5.留有余量2）模擬量信號(hào)1.根據(jù)負(fù)載類型確定輸出方法1）開關(guān)量信號(hào)繼電器輸出：交流負(fù)載或直流負(fù)載

響應(yīng)速度較慢晶體管輸出：直流負(fù)載

開通與關(guān)斷時(shí)間均小于1ms合適的D/A模塊晶閘管輸出：交流負(fù)載

開通與關(guān)斷時(shí)間約為1ms和10ms二、PLC輸出電路的設(shè)計(jì)2.輸出負(fù)載接線方式交流負(fù)載直流負(fù)載（漏型輸出）1）輸出模塊的額定輸出電流、電壓必須大于負(fù)載所需求的電流和電壓。如果負(fù)載實(shí)際電流較大，輸出模塊無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)，可以加中間驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。3．選擇輸出電流、電壓2）在同一公共端所有輸出點(diǎn)的數(shù)量，必須確保同時(shí)接通輸出負(fù)載的電流之和小于公共端所允許通過的電流值。1）在輸出負(fù)載回路中加裝熔斷器，進(jìn)行短路保護(hù)。2）直流電感性負(fù)載，在電感性負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。3）交流電感性負(fù)載，應(yīng)在其兩端并聯(lián)阻容吸收回路。4）實(shí)際使用中常將所有的開關(guān)量輸出都通過中間繼電器驅(qū)動(dòng)負(fù)載，以保證PLC輸出模塊的安全。4．輸出電路的保護(hù)5.減少輸出點(diǎn)的方法（4）某些相對(duì)獨(dú)立的受控設(shè)備也可用普通繼電器直接控制。（3）矩陣輸出（2）并聯(lián)輸出（1）分組輸出分組輸出三、系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)及接地1.系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)隔離變壓器交流穩(wěn)壓器UPS電源1）采用專用接地或共用接地方式，但不能使用串聯(lián)接地的方式，2）交流地和信號(hào)地不能使用同一根地線。3）屏蔽地和保護(hù)地應(yīng)各自獨(dú)立地接到接地銅排上。4）模擬地、數(shù)字地、屏蔽地的接法，按《操作手冊(cè)》要求連接。2.接地處理緊密結(jié)合生產(chǎn)工藝熟悉控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)具備計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化方面的知識(shí)第三節(jié)控制程序設(shè)計(jì)本節(jié)介紹幾個(gè)常用的設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)以應(yīng)用得最多的順序控制問題為例，介紹梯形圖的設(shè)計(jì)，(1)分清主電路和控制電路一、基本電氣控制1.圖形轉(zhuǎn)換法虛線內(nèi)是控制電路這是主電路(2)確定輸入/輸出元件，分配地址輸入輸出其他SB2X000KM1Y000KAM20SB1X001KM2Y001KSX002KM3Y002熱繼電器的觸點(diǎn)不接入PLC的輸入點(diǎn)(3)主電路、PLC的供電和I/O接線設(shè)計(jì)(4)設(shè)計(jì)梯形圖原控制電路控制梯形圖該方法能基本解決簡(jiǎn)單的控制回路改造。但不是百分之百成功！！2.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法需要兩個(gè)基礎(chǔ)熟悉繼電器控制電路，能抓住控制電路的核心所在，能將一個(gè)較復(fù)雜的控制電路分解成若干個(gè)分電路，能熟練分析各分電路的功能和各分電路之間的聯(lián)系；熟悉梯形圖中一些典型的單元程序，如定時(shí)、計(jì)數(shù)、單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)、互鎖、啟停保、脈沖輸出等。(1)繪制主電路和I/O接線圖主電路和I/O接線圖分析設(shè)計(jì)同前（2）電路分析1）起動(dòng)→SB2

→

KM1得電→主觸點(diǎn)閉合→電動(dòng)機(jī)起動(dòng)→轉(zhuǎn)速上升一定值時(shí)→KS動(dòng)合觸點(diǎn)閉合→KA得電并自鎖→KM3得電→短接起動(dòng)電阻→電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升→至穩(wěn)定運(yùn)行。2）制動(dòng)→SB1

→KM1失電→其動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合（KA得電并保持）→KM2得電，KM3失電→電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)（串入電阻限流）→當(dāng)轉(zhuǎn)速快速下降到一定值時(shí)→KS動(dòng)合觸點(diǎn)斷開，KM2釋放→電動(dòng)機(jī)進(jìn)入自由停車。（2）電路分析1）起動(dòng)→SB2

→

KM1得電→主觸點(diǎn)閉合→電動(dòng)機(jī)起動(dòng)→轉(zhuǎn)速上升一定值時(shí)→KS動(dòng)合觸點(diǎn)閉合→KA得電并自鎖→KM3得電→短接起動(dòng)電阻→電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升→至穩(wěn)定運(yùn)行。2）制動(dòng)→SB1

→KM1失電→其動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合（KA得電并保持）→KM2得電，KM3失電→電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)（串入電阻限流）→當(dāng)轉(zhuǎn)速快速下降到一定值時(shí)→KS動(dòng)合觸點(diǎn)斷開，KM2釋放→電動(dòng)機(jī)進(jìn)入自由停車。1）起動(dòng)SB2+→

KM1+→KS+→KM3+2）制動(dòng)：SB1

→KM1-→KM2+，KM3-

→KS-

→

KM2-寫的簡(jiǎn)單一點(diǎn)（3）根據(jù)控制要求編寫梯形圖1）起動(dòng)SB2+→

KM1+→KS+→KM3+2）制動(dòng)SB1

→KM1-→KM2+，KM3-

→KS-

→

KM2-這樣是不是更簡(jiǎn)單，調(diào)試更方便3.邏輯函數(shù)設(shè)計(jì)法（1）根據(jù)控制要求建立真值表（2）按真值表寫出邏輯表達(dá)式（3）按邏輯表達(dá)式畫出梯形圖例：三個(gè)按鈕中任意一個(gè)按下時(shí)，燈H0亮；任意兩個(gè)按鈕按下時(shí)，燈H1亮；三個(gè)按鈕同時(shí)按下時(shí)，燈H2亮；沒有按鈕按下時(shí)，所有燈都不亮。二、順序控制所謂順序控制，就是在生產(chǎn)過程中，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照生產(chǎn)工藝規(guī)定的順序，在各輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，自動(dòng)地有次序的操作。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，順序控制的應(yīng)用最為廣泛，特別在機(jī)械行業(yè)中，幾乎都是利用順序控制來實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)循環(huán)。順序控制程序設(shè)計(jì)的方法很多，其中順序功能圖（SFC）設(shè)計(jì)法是當(dāng)前順序控制設(shè)計(jì)中最常用的設(shè)計(jì)方法之一。1.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（1）熟悉被控對(duì)象的工作過程工作過程：開始時(shí)，小車處于最左端，裝料開始，裝料電磁閥YC1得電，延時(shí)20秒；裝料結(jié)束，接觸器KM3、KM5得電，向右快行；碰到限位開關(guān)SQ2后，KM5失電，小車慢行；碰到SQ4時(shí)，KM3失電，小車停，電磁閥YC2得電，卸料開始，延時(shí)15秒；卸料結(jié)束后，接觸器KM4、KM5得電，小車向左快行；碰到限位開關(guān)SQ1，KM5失電，小車慢行；碰到SQ3，KM4失電，小車停，裝料開始……如此周而復(fù)始。以送料小車的工作過程為例介紹（2）

確定相鄰狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件(3)對(duì)I/O設(shè)備按PLC的I/O點(diǎn)進(jìn)行分配(4)畫出狀態(tài)表或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是一一對(duì)應(yīng)的。雙線框M0表示初始狀態(tài)（5）

使用步進(jìn)指令編寫梯形圖（5）

使用步進(jìn)指令編寫梯形圖（6）使用SFC工具繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

SFC是SequentialFunctionChart（順序功能圖）的縮寫，也就是狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。使用SFC工具圖標(biāo)，能很簡(jiǎn)單地繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。圖形的繪制過程就是程序編寫的過程，完整的SFC能方便的轉(zhuǎn)換成用步進(jìn)指令編寫的梯形圖。編寫和轉(zhuǎn)換的詳細(xì)過程見附錄C。（7）使用基本指令編寫梯形圖“狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板”有三個(gè)功能：①本步的激活必須出現(xiàn)在上一步正在執(zhí)行，且本步轉(zhuǎn)入條件已經(jīng)滿足，而下一步尚未出現(xiàn)的情況下，才能實(shí)現(xiàn)；②本步的自鎖本步一旦激活，必須能自鎖，確保本步執(zhí)行，同時(shí)為下一步的激活創(chuàng)造條件；③本步的復(fù)位下一步標(biāo)志的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)用于實(shí)現(xiàn)互鎖，其作用是在執(zhí)行下一步時(shí)復(fù)位本步。（7）使用基本指令編寫梯形圖裝料右快行右慢行卸料左快行左慢行YC1YC2KM3KM4KM5a)循環(huán)程序段b)組合輸出程序段2.綜合設(shè)計(jì)操作面板輸入點(diǎn)分配表I/O接線圖（1）起動(dòng)與急停2）急停設(shè)計(jì)繪制的結(jié)構(gòu)圖將急停觸點(diǎn)設(shè)置在自動(dòng)循環(huán)程序段

1）啟動(dòng)設(shè)計(jì)主要考慮的是啟動(dòng)的條件，送料小車啟動(dòng)的條件是小車在裝料位置，即壓合行程開關(guān)SQ3（Ｘ003），否則，按下啟動(dòng)按鈕SB1（X000）無(wú)效，不能啟動(dòng)，因此要將X003和X000串聯(lián)。將急停觸點(diǎn)設(shè)置在組合輸出程序段（2）單循環(huán)和多循環(huán)單循環(huán)和多循環(huán)的切換在PLC輸入端增接一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1（X007），SA1閉合時(shí)，系統(tǒng)處于多循環(huán)狀態(tài)；SA1斷開時(shí)，系統(tǒng)處于單循環(huán)狀態(tài)。（3）循環(huán)停止循環(huán)停止按下循環(huán)停止按鈕，系統(tǒng)并非立即停止，而是在系統(tǒng)做完一個(gè)循環(huán)才停止將多循環(huán)/單循環(huán)轉(zhuǎn)換開關(guān)從“多循環(huán)”切換到“單循環(huán)：處，使小車在一個(gè)循環(huán)后自動(dòng)停止。再單獨(dú)設(shè)置一個(gè)循環(huán)停止按鈕SB3，連接到X006，當(dāng)按下SB3時(shí)，使動(dòng)力滑臺(tái)處于單循環(huán)狀態(tài)。（4）計(jì)數(shù)循環(huán)和不計(jì)數(shù)循環(huán)不計(jì)數(shù)循環(huán)就是上述的多循環(huán)的例子；計(jì)數(shù)循環(huán)記錄循環(huán)個(gè)數(shù)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)停止。轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3（X011），常開觸點(diǎn)SA3位于計(jì)數(shù)器的復(fù)位端。當(dāng)SA3閉合時(shí)，系統(tǒng)處于不計(jì)數(shù)狀態(tài)；SA3斷開時(shí)，系統(tǒng)處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。（5）自動(dòng)控制和手動(dòng)控制手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2（X010）。當(dāng)Ｘ010的常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)X010的常開觸點(diǎn)斷開時(shí)，系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)。三、程序設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)1.采用模塊化編程方法各模塊的功能在邏輯上盡可能單一化、明確化，做到模塊和功能一一對(duì)應(yīng)。模塊之間的聯(lián)系及互相影響盡可能減少，對(duì)必要的聯(lián)系應(yīng)加以明確的說明。2.程序的編寫要有可讀性程序風(fēng)格應(yīng)盡量明確、清晰，在必要處適當(dāng)添加注釋。規(guī)范的程序便于同行中的交流，也便于日后維護(hù)。3.注意梯形圖的特殊性正確處理在單元程序中講到的一些問題。如：雙重輸出的問題，不能編程序的電路轉(zhuǎn)換問題等。第五節(jié)PLC控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試及維護(hù)

一、PLC控制系統(tǒng)的安裝1．PLC控制系統(tǒng)對(duì)布線的要求1）對(duì)PLC主機(jī)電源的配線應(yīng)使用雙絞線，并與動(dòng)力線分開。2）接地端子必須接地，接地線必須使用2mm2以上的導(dǎo)線。3）輸出/輸入線應(yīng)與動(dòng)力線及其它控制線分開走線。4）傳遞模擬量的信號(hào)線應(yīng)使用屏蔽線，一端接地。5）基本單元和擴(kuò)展單元間傳輸要采用廠家提供的專用連接線。6）所有配線必須使用壓接端子或單線。7）系統(tǒng)的動(dòng)力線應(yīng)足夠粗。二、PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試及試運(yùn)行的操作1．調(diào)試前的操作1）在通電前，認(rèn)真檢查電源線、接地線、輸出/輸入線是否正確連接，各接線端子螺絲是否擰緊。2）在斷電情況下，將編程器或帶有編程軟件的PC機(jī)等編程外圍設(shè)備通過通訊電纜和PLC的通訊接口連接。3）接通PLC電源，確認(rèn)“PWR”電源指示LED點(diǎn)亮。將PLC的模式設(shè)定為“編程”狀態(tài)。4）寫入程序，檢查控制梯形圖的錯(cuò)誤和文法錯(cuò)誤。2．調(diào)試及試運(yùn)行進(jìn)入調(diào)試及試運(yùn)行階段，調(diào)試分為模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。調(diào)試流程圖調(diào)試流程圖主檢查流程圖主檢查流程圖三、PLC控制系統(tǒng)的維護(hù)

應(yīng)做好定期的常規(guī)維護(hù)、檢修工作。以每六個(gè)月到一年一次為宜，若外部環(huán)境較差時(shí)，可視具體情況縮短檢修時(shí)間。

PLC日常維護(hù)檢修的項(xiàng)目為：供給電源在電