清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 第7章PLC控制系统应用设计 本章要求 本章介绍FX2系列PLc控制系统的应用设计, PLC的应用就是在电气控制系统中以PC为主控 实现对生产过程的控制。要求掌握PC应用的 设计步骤、PC的选型和硬件配置、以及PLC的 安裝和维护。掌握PLC的应用程序设计是PLC应 用中的关键,也是整个电气控制系统设计的核 心。本章将以PLC控制系统的经典实例,来介 绍PLc控制系统的应用设计
第7章 PLC控制系统应用设计 本章要求 – 本章介绍FX2系列PLC控制系统的应用设计， PLC的应用就是在电气控制系统中以PLC为主控， 实现对生产过程的控制。要求掌握PLC应用的 设计步骤、PLC的选型和硬件配置、以及PLC的 安装和维护。掌握PLC的应用程序设计是PLC应 用中的关键，也是整个电气控制系统设计的核 心。本章将以PLC控制系统的经典实例，来介 绍PLC控制系统的应用设计
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 7.1PLC控制系统的总体设计 PLC控制系统的设计与微机控制系统的设计还是有区别 的,这是由于PC特有的扫描工作方式和相应的硬件结 构与通用微机不完全一样。同时,PLC与继电器控制系 统也有本质上的区别,因此需要结合PLC本身的一些特 点来进行控制系统的设计。PLC控制系统设计的一个主 要特点是,硬件和软件可以分开进行设计。 711PLC控制系统设计的基本原则 在设计PLc控制系统时,应按照以下基本原则进行。 1.熟悉控制对象,确定控制范围 设计前,要深入现场进行实地考察,全面详细地了解 被控制对象的特点和生产工艺过程。同时要搜集各种 资料,归纳出工作状态流程图,并与有关的机械设计
7.1 PLC控制系统的总体设计 PLC控制系统的设计与微机控制系统的设计还是有区别 的，这是由于PLC特有的扫描工作方式和相应的硬件结 构与通用微机不完全一样。同时，PLC与继电器控制系 统也有本质上的区别，因此需要结合PLC本身的一些特 点来进行控制系统的设计。PLC控制系统设计的一个主 要特点是，硬件和软件可以分开进行设计。 7.1.1 PLC控制系统设计的基本原则 在设计PLC控制系统时，应按照以下基本原则进行。 1．熟悉控制对象，确定控制范围 设计前，要深入现场进行实地考察，全面详细地了解 被控制对象的特点和生产工艺过程。同时要搜集各种 资料，归纳出工作状态流程图，并与有关的机械设计
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 711PLC控制系统设计的基本原则2 人员和实际操作人员相互交流和探讨,明确控制任务 和设计要求。要了解工艺工程和机械运动与电气执行 组件之间的关系和对控制系统的控制要求,共同拟定 出电气控制方案,最后归纳出电气执行组件的动作节 拍表。这个也是PLC要正确实现的根本任务 2.优化控制系统,确定PLC机型 在确定了控制对象和控制范围之后,需要制定相应的 控制方案。在满足控制要求的前提下,力争使得设计 出来的控制系统简单、可靠、经济以及使用和维修方 便。控制方案的制定可以根据生产工艺和机械运动的 控制要求,确定电气控制系统的工作方式。单机控制 就可以满足要求,还是需要多机联网通信的方式。最
人员和实际操作人员相互交流和探讨，明确控制任务 和设计要求。要了解工艺工程和机械运动与电气执行 组件之间的关系和对控制系统的控制要求，共同拟定 出电气控制方案，最后归纳出电气执行组件的动作节 拍表。这个也是PLC要正确实现的根本任务。 2．优化控制系统，确定PLC机型 在确定了控制对象和控制范围之后，需要制定相应的 控制方案。在满足控制要求的前提下，力争使得设计 出来的控制系统简单、可靠、经济以及使用和维修方 便。控制方案的制定可以根据生产工艺和机械运动的 控制要求，确定电气控制系统的工作方式。单机控制 就可以满足要求，还是需要多机联网通信的方式。最 7.1.1 PLC控制系统设计的基本原则 2
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 711PLC控制系统设计的基本原则3 后,综合考虑所有的要求,确定所要选用的PC机型, 以及其它的各种硬件设备 3.提高可靠性和安全性 在考虑完所有的控制细节和应用要求之后,还必须要 特别注意控制系统的安全性和可靠性。大多数工业控 制现场,充满了各种各样的干扰和潜在的突发状态。 因此,在设计的最初阶段就要考虑到这方面的各种因 素,到现场去观察和搜集数据 4.可升级性 要求在设计PLC控制系统的时候,应考虑到日后生产的 发展和工艺的改进,而适当地留有一些余量,方便日 后的升级
7.1.1 PLC控制系统设计的基本原则 3 后，综合考虑所有的要求，确定所要选用的PLC机型， 以及其它的各种硬件设备。 3．提高可靠性和安全性 在考虑完所有的控制细节和应用要求之后，还必须要 特别注意控制系统的安全性和可靠性。大多数工业控 制现场，充满了各种各样的干扰和潜在的突发状态。 因此，在设计的最初阶段就要考虑到这方面的各种因 素，到现场去观察和搜集数据。 4．可升级性 要求在设计PLC控制系统的时候，应考虑到日后生产的 发展和工艺的改进，而适当地留有一些余量，方便日 后的升级
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 7.1.2PLC控制系统的设计流程1 PLC控制系统的设计流程 分析被控对象, 明确控制要求 图如图7.1,具体步骤: (1)分析被控对象,明 PLC型号选择 确控制要求。 根据生产和工艺过程分析 硬件设计 软件设计及模拟 控制要求,确定控制对象 及控制范围,确定控制系 总装统调 统的工作方式,例如全自 动、半自动、手动、单机 N 是否符 N 调整硬件 合设计 调整软件 运行、多机联合运行等。 要求? 还要确定系统应有的其它 功能,例如故障检测 投入运行 断与显示报警、紧急情况 图71PLC控制系统的设计流程图
7.1.2 PLC控制系统的设计流程 1 PLC控制系统的设计流程 图如图7.1，具体步骤： （1）分析被控对象，明 确控制要求。 根据生产和工艺过程分析 控制要求，确定控制对象 及控制范围，确定控制系 统的工作方式，例如全自 动、半自动、手动、单机 运行、多机联合运行等。 还要确定系统应有的其它 功能，例如故障检测、诊 断与显示报警、紧急情况
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 7.12PLC控制系统的设计流程2 的处理、管理功能、联网通信功能等 (2)确定所需要的PLC机型,以及用户输入/输出设备 据此确定PLC的I/O点数。根据系统的控制要求,确 定系统的输入/输出设备的数量及种类,如按钮、开关 接触器、电磁阀和信号灯等;明确这些设备对控制 信号的要求,如电压流的大小、直流还是交流、开关 量还是模拟量和信号幅度等。据此确定PLC的I/0设备 的类型、性质及数量。 (3)分配PC的输入/输出点地址,设计1/o连接图。根 据已确定的输入/输岀设备和选定的可编程控制器,列 出输入输出设备与PLC的/O点的地址分配表,以便于编 制控制程序、设计接线图及硬件安装
7.1.2 PLC控制系统的设计流程 2 的处理、管理功能、联网通信功能等。 （2）确定所需要的PLC机型，以及用户输入/输出设备 ，据此确定PLC的I/O点数。根据系统的控制要求，确 定系统的输入/输出设备的数量及种类，如按钮、开关 、接触器、电磁阀和信号灯等；明确这些设备对控制 信号的要求，如电压流的大小、直流还是交流、开关 量还是模拟量和信号幅度等。据此确定PLC的I/O设备 的类型、性质及数量。 （3）分配PLC的输入/输出点地址，设计I/O连接图。根 据已确定的输入/输出设备和选定的可编程控制器，列 出输入输出设备与PLC的I/O点的地址分配表，以便于编 制控制程序、设计接线图及硬件安装
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 7.1.2PLC控制系统的设计流程3 (4)可同时进行PLC的硬件设计和软件设计 硬件设计指电气线路设计,包括主电路及PLC外部控制 电路,PIC输入输出接线图,设备供电系统图,电气控 制柜结构及电器设备安装图等。软件设计包括状态表 状态转换图、梯形图、指令表等,控制程序设计是 PLC系统应用中最关键的问题,也是整个控制系统设计 的核心。 (5)进行总装统调 般先要进行模拟调试,即不带输出设备根据输入/输 出模块的指示灯显示进行调试。发现问题及时修改, 直到完全满足符合设计要求。此后就可联机调试,先 连接电气柜而不带负载,各输出设备调试正常后,再 接上负载运行调试,直到完全满足设计要求为止
7.1.2 PLC控制系统的设计流程 3 （4）可同时进行PLC的硬件设计和软件设计。 硬件设计指电气线路设计，包括主电路及PLC外部控制 电路，PLC输入输出接线图，设备供电系统图，电气控 制柜结构及电器设备安装图等。软件设计包括状态表 、状态转换图、梯形图、指令表等，控制程序设计是 PLC系统应用中最关键的问题，也是整个控制系统设计 的核心。 （5）进行总装统调。 一般先要进行模拟调试，即不带输出设备根据输入/输 出模块的指示灯显示进行调试。发现问题及时修改， 直到完全满足符合设计要求。此后就可联机调试，先 连接电气柜而不带负载，各输出设备调试正常后，再 接上负载运行调试，直到完全满足设计要求为止
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 7.12PLC控制系统的设计流程4 (6)修改或调整软硬件设计,使之符合设计的要求。 (7)完成PC控制系统的设计,投入实际使用。 总装统调后,还要经过一段时间的试运行,以检验系 统的可靠性。 (8)技术文件整理 技术文件包括设计说明书、电气原理图和安装图、器 件明细表、状态表、梯形图及软件使用说明书等。 72PLC控制系统的设计步骤 72.1确定控制对象和控制范围 由图7.中,控制系统设计的第一步就是要先确定控制 对象和控制范围。因为这样,才知道PLC控制系统所应 该具有的功能,从而去选择一款适合的PLC机型
7.1.2 PLC控制系统的设计流程 4 （6）修改或调整软硬件设计，使之符合设计的要求。 （7）完成PLC控制系统的设计，投入实际使用。 总装统调后，还要经过一段时间的试运行，以检验系 统的可靠性。 （8）技术文件整理。 技术文件包括设计说明书、电气原理图和安装图、器 件明细表、状态表、梯形图及软件使用说明书等。 7.2 PLC控制系统的设计步骤 7.2.1 确定控制对象和控制范围 由图7.1中，控制系统设计的第一步就是要先确定控制 对象和控制范围。因为这样，才知道PLC控制系统所应 该具有的功能，从而去选择一款适合的PLC机型。 2
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 72PLC控制系统的设计步骤2 首先,要详细分析被控对象、控制过程和要求,熟悉 了工艺流程和列出了所有的功能和指标要求后,与继 电器控制系统和工业控制系统进行比较,加以选择 如果对于可靠性和安全性的要去比较高,同时控制对 象所处的环境又比较差,特别是系统工艺复杂多变, 输入/输出又以开关量居多,那么比较适合用PLC进行控 制,而用常规的继电器控制系统往往难以胜仼。确定 了控制对象之后,应进一步确定PLC的控制范围。对于 那种机械重复式的操作,或者容易出错的操作,以及 要求比较精确的操作,应该交给PLC来控制。而那些紧 急状况的处理,和对智能判断要求比较高的操作,可 以留有人工的手动操作方式的接口
7.2 PLC控制系统的设计步骤 2 首先，要详细分析被控对象、控制过程和要求，熟悉 了工艺流程和列出了所有的功能和指标要求后，与继 电器控制系统和工业控制系统进行比较，加以选择。 如果对于可靠性和安全性的要去比较高，同时控制对 象所处的环境又比较差，特别是系统工艺复杂多变， 输入/输出又以开关量居多，那么比较适合用PLC进行控 制，而用常规的继电器控制系统往往难以胜任。确定 了控制对象之后，应进一步确定PLC的控制范围。对于 那种机械重复式的操作，或者容易出错的操作，以及 要求比较精确的操作，应该交给PLC来控制。而那些紧 急状况的处理，和对智能判断要求比较高的操作，可 以留有人工的手动操作方式的接口。 2
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 722PLC机型的选择1 机型选择基本原则:在功能满足的前提下,力争最好 的性价比,并有一定的可升级性。 首先,按实际控制要求要进行功能选择:单机控制还 是要联网通信;一般开关量控制,还是要增加特殊单 元;是否需要远程控制;现场对控制器响应速度有何 要求;控制系统与现场是分开还是在一起等。 然后,根据控制对象的多少选择适当的/O点数和信道 数;根据l/o信号选择l/o模块,选择适当的程序存储量 在具体选择PLC的型号可考虑以下几个方面: .功能的选择 对于以开关量为主,带少量模拟量控制的设备,一般 的小型PLC都可以满足要求。对于模拟量控制的系统
7.2.2 PLC机型的选择 1 机型选择基本原则：在功能满足的前提下，力争最好 的性价比，并有一定的可升级性。 首先，按实际控制要求要进行功能选择：单机控制还 是要联网通信；一般开关量控制，还是要增加特殊单 元；是否需要远程控制；现场对控制器响应速度有何 要求；控制系统与现场是分开还是在一起等。 然后，根据控制对象的多少选择适当的I/O点数和信道 数；根据I/O信号选择I/O模块，选择适当的程序存储量 。在具体选择PLC的型号可考虑以下几个方面： 1．功能的选择 对于以开关量为主，带少量模拟量控制的设备，一般 的小型PLC都可以满足要求。对于模拟量控制的系统