07 PLC控制系统设计内容及步骤

自动/手动程序1
2、执行自动程序的初始状态 开始执行自动程序之前，要求系统处于规定的初始状态。 如果开机时系统没有处于初始状态，则应进入手动工作方 式，用手动操作进入初始状态后，在切换到自动工作方式 ，也可以通过初始化程序使系统自动进入初始状态。 系统满足规定的初始状态后，应将顺序功能图的初始步对 应存储器位置1，使初始步变为活动步，为启动自动运行作 好准备。同时还应将其余各步的存储器位复位为0，
使用置位/复位指令编写单序列
使用置位/复位指令编写选择并行序列
7.5 开关量控制系统的设计 1. 关于开关量控制系统 开关量控制是指控制系统的输入信号和输出信都是只有两个状态 的开关量。这类系统包含手动、单次和自动控制。这类系统的设计 要特别注意I/O模块的隔离、接口的匹配和功率的消耗问题。 •手动控制 手动控制在调试、维修过程中是不可少的。 •单次控制 这种控制的特点是一旦控制系统被启动起来之后，控制过程将自 动完成一个周期。如果系统需要再次启动，则必须再次人工启动。 这种系统更便于参数的修改、调整。 •自动控制 系统启动之后，就可以按照工程要求进行控制。整个控制过程无 人工干预。系统对输入/输出要求都很严格，系统的可靠性、安全 性设计尤为重要。 本节主要介绍自动控制的设计方法
Y2 上升 Y3 右移 Y0 下降 [ RST Y1 ] 放松 T1 K10
上限位 右限位 下限位
S23 X3 X1 S24 S25 T1 S26 X2
Y2 上升
上限位
Y4 左移 S27 X4 左限位
4 建立输入输出变量表 （1） 输入输出点信号名称定义 输入/输出点名称定义要简短，明确，合理。下面提出逻辑变 量在名称定义时应当注意的问题。 •信号的有效状态 有些信号在“1”状态有效，有些信号在“0”状态有效。在名称 定义上也有对“1”信号有效还是对“0＂信号有效的问题。 •信号有效方式 持续状态有效，在编程序时，使用的是信号的状态。例如 I0.0=1时系统启动，I0.1=0系统停止。 信号状态变化有效是指信号由一种状态向另一种状态变化时 ，发出的控制要求。当一个电机的启动和停止由两个按钮完成的 时候，就是这种情况。电机启动按钮是能自动回位的常开节点， 按下启动按钮时，I2.0的状态由“0”变为“1”，发出电机启动要求 ，抬起时启动按钮，I2.0自动复位由“1”变“0”，已不再影响对电 机的控制。
3、双线圈问题 在同时有手动和自动方式的程序中，都需要控制PLC输出Q，因此同 一个输出位的线圈可能会出现多次，称为双线圈问题。 在跳转条件相反的两个程序段（如图9-1的手动和自动程序）中，允 许出现双线圈，即同一元件的线圈可以在自动程序和手动程序中分别 出现一次。实际上CPU在每次循环中，只执行手动程序或只执行自动 程序，不可能同时执行两个程序。对于分别位于这两个程序中的两个 相同线圈，每次循环只执行其中一个，因此在本质上并没有违反不允 许出现双线圈的规定。 在图9-2中用相反的条件调用功能时，也允许同一元件的线圈在自动 程序和手动程序中各出现一次。因为两个功能的调用条件相反，在一 个扫描周期中只会调用其中的一个功能，而功能中的指令只在该功能 被调用时才执行，因此实际上CPU只是处理其中的一个线圈。
自动/手动程序2
图9-1和图9-2中的I2.0是手/自动切 换开关，在图9-1中，当I2.0为1时第一 条条件跳转指令（JMP）的跳转条件 满足，将跳过自动程序，执行手动程 序，I2.0为0时第二条跳转指令的跳转 条件满足，将跳过手动程序，执行自 动程序。 图9-2中的梯形图中，当I2.0为1时 调用处理手动操作的子程序“MAN”， 为0时调用处理自动操作的子程序 “AUTO”。
六、PLC 应用系统的软件设计步骤
① 制定设备运行方案； ② 画控制流程图或系统状态转换图； ③ 制定系统的抗干扰措施； ④ 编写控制程序； ⑤ 软件调试； ⑥ 编制程序使用说明书。
PLC应用系统的软件设计过程
Y3 X4
X3 Y4 X2 上 升 Y2
右移 左移 Y0 下 降 X1
3 状 态 转 移 图单序列编程方法M0.0I0.0*I0.3
M0.1
I0.1
Q4.0/Q4.1
M0.2
I0.2
Q4.0
M0.3
T0
T0
M0.4
I0.3
Q4.2
单序列顺序功能图
对应的程序
选择序列和并行序列的编程方法
M0.0
I0.0
M0.1
I0.1
Q4.0
I0.2
M0.2
I0.3
Q4.1
M0.3
I0.4
Q4.2
M0.5
4、设计顺序控制程序的基本方法 根据顺序功能图设计梯形图时，可以用M存储器来代表步。为了便于将顺序功能图转换 为梯形图，用代表各步的存储器位的地址作为步的代号，并用编程元件地址的逻辑代数表 达式来标注转换条件，用编程元件的地址来标注各步的动作。转换实现的两个条件对应的 串联电路接通的时间只有一个扫描周期，因此应使用有记忆功能的电路或指令来控制代表 步的存储器位。起保停电路和置位/复位电路都有记忆功能 .
I0.5
Q4.3
M0.4
M0.6
Q4.4
I0.6
选择与并行序列
对应的梯形图
9.2 使用置位/复位指令的顺序控制梯形图编程方法
该电路接通时，应执行两个动作： （1）应该将转换所有的后续步变为活动步，即将代表后续步的存储器位变为1状 态，并保持。这一要求刚好可以使用置位指令来完成。 （2）将转换所有的前级步变为不活动步，即将代表前级步的存储器位变为0状态 ，并保持。这一要求刚好可以使用复位指令来完成。
•计算机辅助设计编程 计算机辅助设计是通过PLC编程软件在计算机上进行程序设计 、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。S7-3200的编程软 件“STEP 7”, 仿真软件“PLCSIM”和“WINCC”等都是S7-300系列 PLC编程专用软件。使用这些编程软件可以十分方便地在计算机上 离线或在线编程、在线调试。 5 设计过程 •对系统任务分块 分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小 的任务。这样就把一个复杂的、大的问题化为多个简单的、小的问 题。这样是便于编制程序。 •编制控制系统的逻辑关系图 从逻辑关系图上可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一 结果又应该导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺 序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为准。逻辑关系图反映 了输入与输出的关系。
二、PLC控制系统设计的内容
① 拟定控制系统设计的技术条件； （技术条件通常以设计任务书的形式来确定，它是整个 设计的依据） ② 选定电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构； ③ 选定PLC的型号； ④ 编制PLC的输入/输出（I/O）分配表并绘制PLC的外部 接线图； ⑤ 根据系统的设计要求编写软件规格说明书，然后进行控 制程序的设计； ⑥ 设计操作控制台、电气柜及非标准电气元件； ⑦ 编写设计说明书和使用说明书。
三、PLC控制系统设计的一般方法
1. 深入了解和分析被控制对象的工艺条件和控制要求； 2. 确定现场I/O设备； 3. 选择合适的PLC类型； 4. 分配I/O点； 5. 设计应用系统的控制程序； 6. 下载程序，进行控制程序的测试； 7. 应用系统的整体调试； 8. 编写技术文件。
PLC系统设计与调试的主要步骤
7.4 程序设计的方法与过程 1设计方法 • 时序流程图法： 时序流程图法是首先画出控制系统的时序图，再根据时序关系 画出对应的控制任务的程序框图，最后把程序框图写成PLC程序 。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。 • 步进顺控法： 一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序 段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从这个角度去 看，一个复杂的系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统 控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成 对各个步的控制。 • 经验法编程 经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先 选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验 程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之 适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验 总结，有的可能是别人的设计经验。
7、PLC控制系统设计内容及步骤
一、PLC控制系统设计的原则 二、PLC控制系统设计的内容 三、PLC控制系统设计的一般方法 四、PLC应用系统的硬件设计 五、PLC应用系统的软件设计内容 六、PLC应用系统的软件设计步骤
一、PLC控制系统设计的原则
① 最大限度地满足被控制设备或生产过程的控制要求； ② 在满足控制要求的前提下，力求使系统简单、经济， 操作方便； ③ 保证控制系统工作安全可靠； ④ 为系统的扩展和改进，应考虑设计余量。
数字量控制系统程序的设计方法
1 使用起保停电路的顺序控制梯形图编程方法 2 使用置位/复位指令的顺序控制梯形图编程方法
1 使用起保停电路的顺序控制梯形图编程方法
1、程序的基本结构 绝大多数自动控制系统除了自动工作模式外，还需要设置手 动工作模式。 有自动、手动工作方式的控制系统的两种典型控制结构如图 :
•绘制各种电路图 在绘制PLC的输入电路时，要考虑到输入端的电压和电流是否合适 ，也要考虑到在特殊条件下运行的可靠性与稳定条件等问题。特别 要考虑到能否把高压引导到PLC的输入端，把高压引入PLC的输入端 会对PLC造成比较大的伤害。 在绘制PLC的输出电路时，不仅要考虑到PLC输出模块的带负载能力 和耐电压能力，还要考虑到电源的输出功率和极性问题。在整个电 路的绘制中还要考虑就设计的原则，努力提高其稳定性和可靠性。 在电路的设计上需要紧慎、全面。在绘制电路图时要考虑周全，何 处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。 •编制PLC程序并进行模拟调试 (略） •制作控制台与控制柜 (略） •现场调试 (略） •编写技术文件并现场试运行 经过现场调试以后，控制电路和控制程序基本被确定了。这时就要 全面整理技术文件，包括整理电路图、PLC程序、使用说明及帮助 文件
四、PLC应用系统的硬件设计
1. PLC的选型； 2. PLC的容量估算； 3. PLC I/O模块的选择； 4. PLC输入/输出点的分配； 5. 安全回路的设计；
五、PLC 应用系统软件设计的内容
① PLC软件功能的分析与设计； ② I/O信号及数据结构分析与设计； ③ 程序结构分析与设计； ④ 软件设计规格说明书编制； ⑤ 用编程语言、PLC指令进行程序设计； ⑥ 软件测试； ⑦ 程序使用说明书编制。
M8002 S0 X0 X1
初始脉冲
启动按钮 Y0 下降 [ SET Y1 ] 夹紧 T0 K10 下限位
S20 S21
工件
A点
B点
T0 S22 X2
1、控制装置简图 2、I/O分配表
I/O 位 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 X0 X1 X2 X3 X4 现场装置 电磁阀 电磁阀 电磁阀 电磁阀 电磁阀 按钮 行程开关 行程开关 行程开关 行程开关 注释 竖直缸下降 夹爪夹紧 竖直缸上升 水平缸右移 水平缸左移 启动 竖直缸下限位 竖直缸上限位 水平缸右限位 水平缸左限位
2.开关量控制系统设计方法举例 (1)机械手控制系统线性程序设计 •控制要求： 机械手一个循 环周期可分为 八步。 •控制方式： 自动、单动和 手动。 下面讨论自动 控制过程。
• 硬件选择
• 硬件接线原理图
•由逻辑流程图设计程序
•由时序流程图设计程序 由时序流程图来设计程序，首先要把整个工程的各个任务分成 多个时序，在不同的时序中完成不同的任务。 例如本例子 中可分成8 个时序。用 M1.0、M1.1 …M1.7分别 表述各个时 序的特征位。 当M1.O=1时 为机械手下 降1时序， M1.1为机械 手抓紧时序等。
（3）建立内存变量分配表 输入输出点占用PLC的一部分内存单元，即输入输出映像区。此外 ，一个应用程序还会用到定时器、计数器和一系列的PLC内部变量 。在编制程序之前，对于程序可能用到的各种变量都要充分考虑 ，并建立内存变量分配表。内存变量分配表包含了程序中所用到 的全部元件和变量，它是阅读程序、查找故障的依据。如果把内 存变量分配表写到S7-300的符号表内，就可以用变量名称代替变 量地址编写程序。