第7章 PLC控制系统设计与应用实例

7.2.4
智能模块的选择
7.2.1 PLC机型的选择
1.性能与任务相适应 2. PLC的处理速度应满足实时控制的要求 3. PLC机型尽可能统一
4.指令系统
1.性能与任务相适应
对于开关量控制的应用系统，对控制速度要求不高，如对小型泵的顺序控 制、单台机械的自动控制，选用小型PLC(如西门子公司的S7-200 、S71200PLC，三菱公司的FX2N系列)就能满足要求。 对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，如工业生产中 常遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的控制，应选用带有A/D转换的 模拟量输入模块和带D/A转换的模拟输出模块，配接相应的传感器、变送器 (对温度控制系统可选用温度传感器直接输入的温度模块)和驱动装置，并且 选择运算功能较强的小型PLC(如欧姆龙公司的CQM型PLC)。西门子公司的S7200、S7-1200PLC在进行小型数字、模拟混合系统控制时具有较高的性能价 格比，实施起来也较为方便。 对于比较复杂、控制功能要求较高的应用系统，如需要PID调节、闭环控制、 通信联网等功能时，可选用中、大型PLC (如西门子公司的S7-300、S7-400， 欧姆龙公司的C200H、C1000H，或三菱公司的QnA系列等)。当系统的各个 部分分布在不同的地域时，应根据各部分的要求来选择PLC，以组成一个分 布式的控制系统，可考虑选择施耐德MODICON的QUANTUM系列PLC产品。
图7-6 并行序列的分支与合并
3.顺序功能图法
顺序功能图法首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图，然后再依据顺序 功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中，实现转换时使前级步的活动 结束而使后续步的活动开始，步之间没有重叠。这使系统中大量复杂的联 锁关系在步的转换中得以解决。而对于每步的程序段，只需处理极其简单 的逻辑关系。因而这种编程方法简单易学、规律性强,设计出的控制程序结 构清晰、可读性好，程序的调试、运行也很方便，可以极大地提高工作效 率。S7-200 PLC采用顺序功能图法设计时，可用置位/复位(S/R)指令、顺序 控制继电器(SCR)指令、移位寄存器(SHRB)指令等实现编程。
(3)转换和转换条件
图7-3 顺序功能图举例
2.顺序功能图的基本结构
(1)单序列结构 (2)选择序列结构 (3)并行序列结构
(1)单序列结构
单序列由一系列相继激活的步组成。每步的后面仅有一个转换条件，每个 转换条件后面仅有一步，如图7-4所示。
图7-4 单序列结构
(2)选择序列结构
选择序列的开始称为分支。某一步的后面有几个步，当满足不同的转换条件 时，转向不同的步，如图7-5a所示。当步5为活动步时，若满足条件e=1，则步 5转向步6；若满足条件f=1，则步5转向步8；若满足条件g=1，则步5转向步12。 选择序列的结束称为合并。几个选择序列合并到同一个序列上，各个序列上 的步在各自转换条件满足时转换到同一个步，如图7-5b所示。当步7为活动步， 且满足条件h=1时，则步7转向步16；当步9为活动步，且满足条件j=1时，则步 9转向步16；当步12为活动步，且满足条件k=1时，则步12转向步16。
模拟量输出模块的输出类型有电压输出和电流输出两种，输出范围有 0~10V、±10V、0~20mA等。一般的模拟量输出模块都同时具有这两种输出 类型，只是在与负载连接时接线方式不同。另外，模拟量输出模块还有不 同的输出功率，在使用时要根据负载情况选择。 模拟量输出模块的输出精度、分辨率、抗干扰措施等都与模拟量输入模块 的情况类似。S7-200 PLC提供了EM231 4路模拟量输入模块、EM231 4路输 入热电偶、EM231 2路热电阻(RTD)、EM232 2路模拟量输出模块、EM235 4 输入/1输出组合模块，可根据实际需要选用。
图7-10 交通信号灯梯形图程序
7.4.2 顺序控制继电器指令编程
1.深孔钻组合机床控制要求 2. I/O信号地址分配和接线图 3.画出顺序功能图
4.由顺序功能图设计梯形图
1.深孔钻组合机床控制要求
深孔钻组合机床进行深孔钻削时，为利于钻头排屑和冷却，需要周期性地 从工件中退出钻头，刀具进退与行程开关示意图如图7-11所示。 在起始位置O点时，行程开关SQ1被压合，按起动按钮SB2，电动机正转起动， 刀具前进。退刀由行程开关控制，当动力头依次压在SQ3、SQ4、SQ5上时 电动机反转，刀具会自动退刀，退刀到起始位置时，SQ1被压合，退刀结束， 又自动进刀，直到三个过程全部结束。
第7章 PLC控制系统设计与应用实例
7.1 7.2 7.3 PLC控制系统设计的内容和步骤 PLC控制系统的硬件配置 P制梯形图的设计方法 PLC在工业控制系统中的典型应用实例
7.1 PLC控制系统设计的内容和步骤
7.1.1 7.1.2 PLC控制系统设计的内容 PLC控制系统设计的步骤
7.4 顺序控制梯形图的设计方法
7.4.1 7.4.2 7.4.3 置位、复位指令编程 顺序控制继电器指令编程 具有多种工作方式的顺序控制梯形图设计方法
7.4.1 置位、复位指令编程
1.控制要求 2.输入、输出信号地址分配 3.设计顺序功能图和梯形图程序
1.控制要求
1)接通起动按钮后，信号灯开始工作，南北向红灯、东西向绿灯同时亮。 2)东西向绿灯亮25s后，闪烁3次(1s/次)，接着东西向黄灯亮，2s后东西向 红灯亮，30s后东西向绿灯又亮……如此不断循环，直至停止工作。
7.2.4 智能模块的选择
一般的智能模块包括PROFIBUS-DP模块(如EM277模块)、工业以太网模块(如 CP243-1、CP243-1 IT)、调制解调器模块(如EM241模块)、定位模块(如EM253 模块)等。需要注意：一般智能模块价格比较昂贵，而有些功能采用一般I/O 模块也可以实现，只是要增加软件的工作量，因此应根据实际情况决定取舍。 对PLC机型、开关量I/O模块、模拟量I/O模块以及智能模块进行选择后，就粗 略地完成了PLC系统的硬件配置工作。根据控制要求，如果有些参数需要监 控和设置，则可以选择文本编辑器(如TD400C)、操作面板(如OP270)、触摸屏 (如TP270)等人机接口单元。硬件设计还包括画出I/O硬件接线图，它表明PLC 输入/输出模块与现场设备之间的连接。I/O硬件接线图的具体画法可参见本 章相关内容。
4.指令系统
1)指令系统的总语句数。 2)指令系统种类。 3)指令系统的表达方式。
4)应用软件的程序结构。
7.2.2 开关量I/O模块的选择
1.开关量输入模块的选择 2.开关量输出模块的选择
1.开关量输入模块的选择
1)选择工作电压等级。 2)选择模块密度。 3)门坎电平。
2.开关量输出模块的选择
7.1.1 PLC控制系统设计的内容
1)分析控制对象、明确设计任务和要求是整个设计的依据。 2)选定PLC的型号及所需的输入/输出模块，对控制系统的硬件进行配置。 3)编制PLC的输入/输出分配表和绘制输入/输出端子接线图。
4)根据系统设计的要求编写软件规格要求说明书，然后再用相应的编程语 言(常用梯形图)进行程序设计。 5)设计操作台、电气柜，选择所需的电气元件。
3)南北向红灯亮30s后，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3次(1s/次)， 接着南北向黄灯亮，2s后南北向红灯又亮……如此不断循环，直至停止工 作。
图7-7 交通信号灯控制示意图
2.输入、输出信号地址分配
表7-1 交通信号灯控制I/O地址分配表
输入信号 起动按钮SB1 停止按钮SB2 I0．1 I0．2
输出信号 南北红灯HL1、HL2 南北绿灯HL3、HL4 南北黄灯HL5、HL6 东西红灯HL7、HL8 东西绿灯HL9、HL10 东西黄灯HL11、HL1 2 Q0．0 Q0．4 Q0．5 Q0．3 Q0．1 Q0．2
图7-8 I/O接线图
3.设计顺序功能图和梯形图程序
图7-9 交通信号灯控制顺序功能图
2. I/O信号地址分配和接线图
图7-11 深孔钻组合机床工作示意图
图7-12 深孔钻控制I/O接线图
表7-2 深孔钻控制I/O地址分配表
输入信号
SB1 停止按钮 SB2起动按钮 SQ1原始位置行 程开关 SQ3退刀行程开 关
I0．1 I0．2 I0．6 I0．3 Q0．1
SQ4 退刀行程开 关 SQ5 退刀行程开 关 SB3 正向调整点 动按钮 SB4 反向调整点 动按钮 KM2 钻头后退 接触器线圈
7.3 PLC控制系统梯形图程序的设计
7.3.1 7.3.2 经验设计法 顺序控制设计法与顺序功能图
7.3.1 经验设计法
1.考虑不周、设计麻烦、设计周期长 2.梯形图的可读性差、系统维护困难
图7-2 运料小车控制系统
7.3.2 顺序控制设计法与顺序功能图
1.顺序功能图 2.顺序功能图的基本结构 3.顺序功能图法
1)输出方式的选择。 2)输出电流的选择。
7.2.3 模拟量I/O模块的选择
1.模拟量输入模块的选择 2.模拟量输出模块的选择
1.模拟量输入模块的选择
1)模拟量值的输入范围。 2)模拟量输入模块的分辨率、输入精度、转换时间等参数指标应符合具体 的系统要求。
3)在应用中要注意抗干扰措施。
2.模拟量输出模块的选择
2. PLC的处理速度应满足实时控制的要求
1)选择CPU速度比较快的PLC，使执行一条基本指令的时间不超过0.5μs。 2)优化应用软件，缩短扫描周期。 3)采用高速响应模块，其响应的时间不受PLC周期的影响，而只取决于硬
件的延时。
3. PLC机型尽可能统一
一个大型企业，应尽量做到机型统一。因为同一机型的PLC ，其模块可互为 备用，便于备品备件的采购和管理，这不仅使模块通用性好，减少备件量， 而且给编程和维修带来极大的方便，也给扩展系统升级留有余地；其功能 及编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发； 其外部设备通用，资源可共享，配以上位计算机后，可把控制各独立系统 的多台PLC连成一个多级分布式控制系统，相互通信，集中管理。