第9章+PLC控制系统的设计.doc

第9章 PLC控制系统的设计 学习目标 掌握PLC控制系统的设计原则及步骤； 掌握PLC机型选择的方法； 掌握PLC输入输出线路及供电线路的设计方法； 掌握PLC程序的顺序设计法及功能图设计法。 由PLC为核心组成的自动控制系统，称为PLC控制系统。PLC控制系统的设计同其它形式自动控制系统的设计不尽相同，需围绕PLC本身的特点，以满足生产工艺的控制要求为目的开展设计工作。一般应包括硬件系统设计、软件系统设计及施工设计等内容。 9．1 PLC控制系统设计的基本原则及步骤 9．1．1 PLC控制系统设计的基本原则 为了实现生产工艺的控制要求，以提高生产效率和产品质量，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： 1．最大限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、维修方便。 3．保证控制系统的安全、可靠。 4．考虑到生产的发展和工艺的改进，应适当留有扩充裕量。 9．1．2 PLC控制系统设计的一般步骤 PLC控制系统的设计遵循自动控制系统设计的一般规律，其设计流程图如图9-1所示。 1．分析生产工艺过程，明确工艺过程对电气控制的要求 分析生产工艺过程，是了解被控对象控制要求的前提。只有了解了被控对象的工艺过程及工作特点，才能弄清被控对象的控制要求。在这一过程中，要详细调查被控对象的工作性质，明确其功能要求，弄清系统是以逻辑量控制为主还是以模拟量控制为主，对模拟量控制系统还要弄清是慢连续量的过程控制系统还是快连续量的实时运动控制系统，并绘制出工艺控制过程流程图。 2．确定控制方案 在分析被控对象的基础上，根据PLC的特点，与继电接触器控制系统比较，与微型计算机控制系统比较，如果被控对象的工业环境较差，而安全性、可靠性要求较高，用人工进行控制工作量大、操作复杂、容易出错或者操作过于频繁，人工操作不容易满足工艺要求及工艺流程有要经常变动的对象和场合，往往由PLC控制。对于采用PLC控制的系统，通常可考虑以下方案： 1）单控制器系统 单控制器系统是指采用一台PLC控制一台被控设备或多台被控设备的控制系统。如图9-2所示。 2）多控制器系统 多控制器系统即分布式控制系统，该系统中每一个控制对象都由一台PLC控制器来控制，各PLC控制器之间可以通过信号传递进行内部联锁，或由上位机通过数据总线进行通讯控制。如图9-3所示。 3）远程I/O控制系统 远程I/O系统就是I/O模块不与控制器放在一起而是远距离地放在被控设备附近。如图9-4所示。 3．选择可编程控制器机型 控制系统方案确定以后，进入PLC选型阶段。选用PLC时，除把可靠性、环境适应性等放在首位外，还要根据应用场合尽量选用合适的可编程控制器。具体选用时应考虑的方面参看9.2“PLC的选择”。 4．硬软件设计 选择好可编程控制器的机型后，就可根据控制系统的要求具体安排输入、输出的配置，并对输入、输出进行地址分配。这项工作考虑的合理，会给硬件设计、程序编写和系统调试带来很多方便。然后便可分头对控制系统进行硬软件的设计。 硬件设计是指对可编程控制器外围电路的设计，如输入输出电路的设计，电源、负载供电回路的设计等等。具体做法参看9.3“PLC控制系统的硬件设计”。 软件设计的过程是指根据工艺要求使用PLC编程语言进行用户程序设计的过程。这是PLC控制系统设计的主要工作，其质量的好坏直接影响到系统工作的可靠性。具体设计方法参看9.4“PLC控制系统的程序设计”。 5．总装调试 总装统调是可编程控制器构成控制系统的最后一个设计步骤。总装调试前，应分别对硬件系统及软件系统进行彻底的检查，在确认一切正常的前提下才能进入该阶段。首先对可编程控制器外部接线作仔细检查，外部接线一定要准确、无误。如果用户程序还没有送到机器里去，可用自行编写的试验程序对外部接线作扫描通电检查，查找接线故障。为了安全可靠起见，常常将主电路断开，进行预调，当确认接线无误再接主电路，将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致成为一个完整的整体控制为止。 由此可见，在进行完具体的硬件系统设计和软件系统设计后，除要分别对硬件系统和软件系统进行调试外，还必须对硬件系统和软件系统进行联合调试和试运行，反复进行硬件系统和软件系统的修改调整，直到整个控制系统全部投入正常工作为止，才算最终完成系统设计。 6．编制技术说明书 将控制系统的性能用文字形式详细地作出说明，同时给出必需的电气原理图、及接线图。 9．2 PLC的选择 随着PLC的推广普及，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日趋完善。PLC的品种繁多，其结构形式、性能、存储容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的