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PLC控制系统概述及基本电路

2020-05-15 18:40
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  PLC控制系统概述及基本电路_计算机硬件及网络_IT/计算机_专业资料。文档均来自网络,如有侵权请联系我删除文档

  回到主目录 基本要求 熟练掌握梯形图的基本电路, 并能够灵活应用;熟练掌握梯形 图程序的设计方法:逻辑设计法、 时序设计法、经验设计法、顺序 设计法、继电器控制电路转换设 计法。掌握多种工作方式系统的 设计。 §4-1 梯形图的基本电路 §4-2 梯形图的经验设计方法 §4-3 梯形图的逻辑设计方法 §4-4 梯形图的时序设计方法 §4-5 继电器控制电路转换设计法 §4-6 梯形图的顺序控制设计方法 §4-7 多种工作方式系统的程序设计 §4-1 梯形图的基本电路 §4-1-1. PLC控制系统设计概述 一. PLC控制系统的组成 PLC 控制 信号输入元件 输出执行元件 系统 PLC 信号输入元件:向PC输入指令信号或被控对象的状态信号。 (如按钮、限位开关、传感器等) 信号输入元件:控制被控对象的工作。(电磁阀、接触器、信 号灯等) PLC:通过执行软件程序来完成控制功能。 二、PLC控制系统设计的基本步骤 1. 对控制任务作深入的调查研究 ●弄清哪些是PLC的输入信号,是模拟量还是开关量信号,用什 么方式来获取信号; ● 哪些是PLC的输出信号,通过什么执行元件去驱动负载; ●弄清整个工艺过程和欲完成的控制内容,; ●了解运动部件的驱动方式,是液压、气动还是电动; ●了解系统是否有周期运行、单周期运行、手动调整等控制要求 等; ●了解哪些量需要监控、报警、显示,是否需要故障诊断,需要 哪些保护措施等; ●了解是否有通信连网要求等。 2. 确定系统总体设计方案 在深入了解控制要求的基础上,确定电气控制总体方案。 3. 确定系统的硬件构成 ● 确定主回路所需的各电器,确定输入、输出元件的种类和数 量; ● 确定保护、报警、显示元件的种类和数量; ● 计算所需PLC的输入/输出点数,并参照其他要求选择合适的 PLC机型。 4.确定PLC的输入/输出点分配 确定各输入/输出元件并作出PLC的I/O分配表。 5.设计应用程序 ● 根据控制要求,拟订几个设计方案,经比较后选择出最佳编 程方案。 ●当控制系统较复杂时,可分成多个相对独立的子任务,分别对 各子任务进行编程,最后将各子任务的程序合理地连接起来。 6.应用程序的调试 编写的程序必须先进行模拟调试。经过反复调试和修改, 使程序满足控制要求。 7.制做电气控制柜和控制盘 ●在开始制作控制柜及控制盘之前,要画出电气控制主回路电 路图。 ●要全面地考虑各种保护、连锁措施等问题。 ●在控制柜布置和敷线时,要采取有效的措施抑制各种干扰信 号。 ●要注意解决防尘、防静电、防雷电等问题。 8.连机调试程序 ●调试前要制定周密的调试计划,以免由于工作的盲目性而隐 藏了故障隐患。 ●程序调试完毕,必须运行实际一段时间,以确认程序是否真 正达到控制要求。 9.编写技术文件 整理程序清单并保存程序,编写元件明细表,整理电气原 理图及主回路电路图,整理相关的技术参数,编写控制系统说 明书等。 三、PLC的应用程序 1.应用程序的内容 应能最大限度地满足控制要求。 应用程序还应包括以下内容: (1)初始化程序。 初始化程序可以为系统启动作好必要的准备,如: 将某些数据区清零;使某些数据区恢复所需数据;对某些 输出位置位/复位;显示某些初始状态等。 (2)检测、故障诊断、显示程序。 这些内容可以在程序设计基本完成时再进行添加。有时, 它们也是相对独立的程序段。 (3)保护、连锁程序。其作用为: 杜绝由于非法操作等引起的逻辑混乱,保证系统安全、可 靠地运行。 通常在PLC外部也要设置连锁和保护措施。 2.应用程序的质量 (1)程序的正确性。 正确的程序必须能经得起系统运行实践的考验。 (2)程序的可靠性。 ●能保证系统在正常和非正常(短时掉电、某些被控量超标、某 个环节有故障等)情况下都能安全可靠地运行。 ●能保证在出现非法操作(如按动或误触动了不该动作的按钮等) 情况下不至于出现系统失控。 (3)参数的易调整性好。 经常修改的参数,在程序设计时必须考虑怎样编写才能易 于修改。 (4)程序结构简练。 简练的程序,可以减少程序扫描时间、提高PLC 对输入信 号的响应速度。 (5)程序的可读性好。 二、典型控制电路的PLC程序设计 典型控制电路包括:电动机的启保停控制、正 / 反转 控制、点动控制、 Y-△启动控制、几台电动机的连锁 控制、异地控制、掉电保持等等。 1. 启保停控制程序 下图是常用的启保停PLC控制程序。 00002 00003 ( a) SB1 SB2 KEEP 01000 00002 00003 01000 00002 00003 SET 01000 RESET 01000 01000 (b) 00000 00001 01000 KM ( c) PLC COM COM ~ 220V DC24V 要区别不同场合,采用不同的启保停控制程序。 2. 双向控制(正反转控制) 下面是正反转控制的程序设计(尚有其他方案)。 00000 01001 00001 正转启动 反转启动 停车按钮 SB1 SB2 SB3 DC24V 01002 00000 00001 01001 01002 KM1 KM2 00002 01002 01001 触点互锁 00002 01001 01002 KM2 KM1 正转接触器 KH 00002 PLC COM COM ~ 220V 反转接触器 为确保运行可靠,要采取软、硬件两种互锁措施。 3. 电动机Y- △启动控制程序 下面是电动机Y- △启动控制的程序设计(尚有其他方案). Q FU KM1 KH KM3 U1 SB1 SB2 KH 00000 00001 COM 01000 01001 COM KM1 KM2 KM3 ~ 220V KM3 KM2 DC24V PLC 01002 W1 V1 V2 W2 U2 KM2 启动按钮: 00000 停止按钮: 00001 供电接触器KM1: 01000 星形连接接触器KM2: 01002 三角形连接接触器KM3:01002 3. 电动机Y- △降压启动控制程序 下面是电动机Y- △启动控制的程序设计(尚有其他方案). 00000 01000 00001 IL(02) 01000 TIM001 #SV1 TIM001 TIM001 01002 01001 Y TIM002 #SV2 TIM002 01001 01002 △ ILC(03) 3. 电动机Y- △降压启动控制程序 为 ON→ 电动机星形启动、 TIM001 定时,经过 SV1*0.1 ,星形 启动结束, 01001 线圈 OFF ,同时 TIM002 定时,经过 SV2*0.1 后, 01002 线 圈 为 ON , Y-Δ换接完毕,电机绕组三角形连接, 全压运行 启动: 按下启动按钮 SB1→00000 为 ON 、 01000 和 01001 线圈 停车:按下停止按钮SB2→00001常闭触点OFF→01000线线线圈都为OFF→电机停转。 注 意 : TIM000 对 电 动 机 星 形 启 动 时 间 进 行 定 时 , TIM002 (时间很短)是 Y-Δ换接中间的等待时间,即 星形结束后,过一段时间,三角形才接通 。 4. 电动机顺序启/停控制程序 下面是两台电动机顺序启/停控制的程序设计(尚有其他方案)。 输 00001 01001 00000 01000 01000 00002 00003 入 输 出 KM1 01000 KM2 01001 M1启动 00000 M1停车 00001 01001 01001 M2启动 00002 M2停车 00003 启动时,只有电动机M1启动(01000 ON)、电动机M2 才可能启动(01001 ON);停止时,只有M2先停、 M1 才可能停。 5. 电动机既可长动、又可点动的控制程序 下面是电动机长/点动控制的程序(尚有其他方案)。 00000 20000 00001 20000 00002 01000 输 入 点动按钮SB1 00000 输 出 KM 01000 20000 长动按钮SB2 00001 停车按钮SB3 00002 长动: 按一下SB2。 停车: 按一下SB3。 点动: 按住SB1不放,电动机转动,释放SB1电动机停转。 6. 电动机异地控制程序 00000 下面是电动机在三地启 / 停控制的程序 ( 尚有其他方案 ) 。 00001 00002 20000 20000 01000 DIFD(14) 20000 输 入 输 出 甲地启/停SB1 00000 KM 01000 KEEP 01000 乙地启/停SB2 00001 丙地启/停SB2 00002 本例,各地电动机的启动和停车都共用一个按钮。 无论在何地,第一次按动按钮是启动电动机,第二次 按动按钮就是停车。 7. 单按钮启停控制 00000 DIFU(13) 20000 20000 01000 00000 DIFU(13) 20000 20001 20000 20000 01000 KEEP 01000 20000 20001 01000 01000 (a)用KEEP指令 (b)用基本指令实现 8. 优先权程序 (a)级别高的信号优先响应 00001 20000 20001 00002 20000 00003 20001 20002 20002 20003 输入信号分别为: 00000~00003 优先级由高到低为: 00000~00003 功能分析:(1)设4 个信号00000~00003 同时输入,根据扫描 原理,只有20000线)某个级别低的信号先输入了,此后有级别高的信号输入,得到响应,同 时封锁低级别的信号。假设00002为ON,线线为OFF,封锁了对信号00002的响应。 8. 优先权程序 (b)先输入先响应 00000 20000 20001 20002 20003 00004 20000 00001 20001 00002 20002 20000 20002 20003 00004 20001 20000 20001 20003 00004 20002 00003 20003 20000 20001 20002 00004 20003 如图中4个输入信号 00000~00003中,不论 那个信号先输入,即使 其他信号出现,其他信 号也不响应。例如,若 00001先输入,20001线常闭触 点OFF,使其他3个新号 无法得到响应。00004为 复位信号。 9. 分频器→二分频 00001 DIFU(13) 20000 20001 00000 Ts 20000 20002 20000 20001 20000 20001 20002 20002 20002 (a)程序 (b)波形 分析:当输入信号00000第一次由OFF变为ON时,20000线圈 ON一个扫描周期,20002线第二次由OFF 变为ON时,20000线 DIFU(13) 20000 (1)单脉冲发生器 00000 20000 TIM000 20001 20001 20001 TIM000 #SV SV? 0.1 SV? 0.1 (a) 分析:每当出现输入信号00000的上升沿时,20001线圈ON并自 保。定时器TIM000开始定时,经过SV?0.1s,定时器TIM000ON ,TIM000常闭触点OFF,使20001线圈OFF,定时器复位。由此 可知:改变SV就可以调整脉冲宽度。 B图自己分析。 10. 脉冲发生器 00000 TIM000 TIM000 TIM000 #1000 (2)连续脉冲发生器 00000 20000 100s 100s 100s 100s 20000 (a)定时器实现的脉冲序列发生器 分析:当输入信号00000闭合时,TIM000线s后,定时时间到,常闭触点断开。在下一个扫描周期, TIM000常闭触点使其自身线圈断电,其常闭触点闭合。再下一 个工作周期, TIM000线圈又得电,开始第二次定时,如此循环。 由此可知:脉冲序列的周期为100s。该电路中定时器线圈串接自 身的常闭触点,定时时间到,常闭触点断开使其自身线圈断电, 此电路称为自复位定时器。 10. 脉冲发生器 00000 25502 25315 CNT000 CNT000 20000 CNT000 #0100 (2)连续脉冲发生器 00000 20000 100s 100s 100s 100s 计数器实现的脉冲序列发生器 分析:当输入信号00000闭合时,计数器CNT000开始计数, 100s后,计数到,常开触点CNT000闭合,线为ON,同 时复位计数器。在下一个扫描周期,CNT000常开触点断开时 20000断电同时计数器重新开始计数。如此循环。此电路称为自 复位计数器。 10. 脉冲发生器 00000 TIM000 TIM000 20002 20001 TIM000 # SV 脉冲宽度可调,占空比1:1的连续脉 冲序列发生器 00000 SV?0.1s 20002 TIM000 20001 20002 20002 SV?0.1s 分析:从00000的上升沿开始,定时器TIM000开始定时,经过SV?0.1s后, 定时器TIM000为ON,20002线圈为ON并自保。下一个扫描周期,定时器 TIM000复位并又开始定时。经过SV?0.1s,定时器又ON,20001线线圈OFF。下一个扫描周期,定时器TIM000复位并又开始定时。在 00000ON 期间,不断重复上述过程。由此可以看出,在20002线圈的ON和 OFF的时间都是SV?0.1s,占空比固定为1:1,调整SV即可调整脉冲宽度。 10. 脉冲发生器 00000 TIM001 TIM000 20000 TIM001 # SV2 脉冲宽度、占空比可调的连续脉冲序 列发生器 TIM000 # SV1 00000 20000 SV2?0.1s SV1?0.1s 分析:从00000的上升沿开始,20000线圈OFF,定时器TIM000 开始定时,经过SV1?0.1s后,定时器TIM000为ON,使20000线 圈为ON,定时器TIM001开始定时。经过SV2?0.1s后,定时器 TIM001ON,20000线圈OFF,定时器TIM000复位,定时器 TIM001也复位,定时器TIM000又开始定时。此后,在00000ON 期间,不断重复上面的过程,由20000连续输出脉冲,调整来年 各个定时器的设定值就可以改变脉冲信号的宽度和占空比。 11. 长定时程序 00000 TIM000 TIM001 用多个定时器实现 25400 TIM000 # SV1 TIM001 # SV2 00001 CNT100 CNT100 00001 CNT100 # SV1 TIM001 00001 CNT101 # SV2 20000 CNT101 20000 20000 分析:用两个定时器实现长定 时,定时时间是SV1+SV2,最 大为1999.8秒。 分析:25400为分钟脉冲,第一级 CNT100产生计数脉冲,计数脉冲周 期为SV1分钟。第二级CNT101对 CNT100产生的脉冲序列进行计数, 总的定时时间为SV1?SV2,最大值 为9999*9999=99980001分钟。 12. 断电延时定时器 00000 TIM000 01000 01000 01000 00000 TIM001 # SV 00000 01000 分析:一般定时器为通电延时型。当从某个输入条件断开时 延时,就是断电延时定时器。 如图当输入00000接通时,01000线圈得电并自锁,但定时器 TIM000的输入却无法接通。只有当00000断开时,TIM000才 定时,经过SV?0.1s,TIM000常闭触点断开,使01000线圈断 电,实现断电延时。 13. 双延时定时器 00000 01000 00000 TIM001 # SV2 TIM000 TIM001 01000 TIM000 # SV1 所谓双延时定时器是指通电和断电均 延时的定时器,用两个定时器完成双 延时控制。 00000 01000 SV1?0.1s SV2?0.1s 01000 分析:当输入00000接通时,TIM000开始定时,SV1?0.1s后, TIM000常开触点闭合,01000线常闭触点断 开,01000线在通电和断电均产生延 时的效果。 14. 移位寄存器的应用 检查站 剔除站 1、在自动生产线 IN SP SFT(10) 200 200 1 2 3 4 5 00001 00002 (a)自动生产线 (b) 移位寄存器示意图 20003 01000 分析:某生产线号为剔除站。产 品经过检查站时检查是否合格,若不合格要在5号工位剔除。 从1号工位到5号工位要移动4次使用4位移位寄存器 20000~20003。检查结果(合格为0,不合格为1)由00000输入 到移位寄存器,传送带的主动轮上装有移位信号传感器 14. 移位寄存器的应用 检查站 剔除站 1、在自动生产线 IN SP SFT(10) 200 200 1 2 3 4 5 00001 00002 (a)自动生产线 (b) 移位寄存器示意图 20003 01000 分析:产品每移动一个工位,传感器即发出一个移位脉冲 (由00001输入),使移位寄存器右移一位。开始时产品处在 一号工位接受检查,从1工位移动到2工位,产生一个移位脉冲, 使检查结果移到20000。经过4次移动,检查结果移到20003, 通过01000控制机械手动作,剔除不合格产品。 14. 移位寄存器的应用 00100 TIM000 20007 TIM000 00100 25315 00000 SET20000 00001 SET20001 2、彩灯控制。 00102 20000 20001 JMP(04) 00 01000 01001 TIM000 # 20 SFT(10) 200 200 IN SP R 右移 20007 01007 JME(05) 00 JMP(04) 01 00102 20000 20001 01007 01006 左移 00007 SET20007 20007 01000 JME(05) 01 14. 移位寄存器的应用 2、彩灯控制。 分析:用移位寄存器的20000~20007通过01000~01007控制外 接8个彩灯,20007用作移位寄存器的数据输入端,这样可实现 环形移位。用自复位定时器产生2s的脉冲序列,作为移位脉冲。 外接输入开关给移位寄存器的各位设置初始值。 彩灯移位的方向由00102控制,即可左移也可右移。当00102为 ON时,彩灯右移;当00102为OFF时,彩灯左移。

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