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西門子PLC300系列的設(shè)計步驟與實例

S7-300系列PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟

PLC應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計

PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計

PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例

PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟

系統(tǒng)設(shè)計的原則與內(nèi)容

1．設(shè)計原則

(1) 大限度地滿足被控設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求,；

(2) 在滿足控制要求的前提下,，力求簡單、經(jīng)濟,，操作方便,；

(3) 保證控制系統(tǒng)工作安全可靠；

(4) 考慮到今后的發(fā)展改進,，應(yīng)適當留有進一步擴展的余地,。

2．設(shè)計內(nèi)容

(1) 擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件，它是整個設(shè)計的依據(jù),；

(2) 選擇電氣傳動形式和電動機,、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)；

(3) 選定PLC的型號,；

(4) 編制PLC的輸入輸出分配表或繪制輸入輸出端子接線圖,；

(5) 根據(jù)系統(tǒng)要求編寫軟件說明書，然后再進行程序設(shè)計,；

(6) 重視人機界面的設(shè)計,，增強人與機器之間的友善關(guān)系；

(7) 設(shè)計操作臺,、電氣柜及非標準電器元部件,；

(8) 編寫設(shè)計說明書和使用說明書。

系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的主要步驟

1．深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求

2．確定IO設(shè)備,，常用的輸入設(shè)備有按鈕,、選擇開關(guān)、行程開關(guān),、傳感器等,，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器,、指示燈、電磁閥等,。

3．選擇合適的PLC類型,， 根據(jù)已確定的用戶IO設(shè)備,，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的PLC類型,。

4．分配IO點,，編制出輸入輸出端子的接線圖。

5．設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序,，這一步是整個應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計核心的工作,。

6．將程序輸入PLC，當使用計算機上編程時,，可將程序下載到PLC中,。

7．進行軟件測試，在將PLC連接到現(xiàn)場設(shè)備上之前,，必須進行軟件測試,，以排除程序中的錯誤。

8．應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試,，在PLC軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后,，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除,，直至調(diào)試成功,。

9．編制技術(shù)文件， 系統(tǒng)技術(shù)文件包括功能說明書,、電氣原理圖,、電器布置圖、電氣元件明細表,、PLC梯形圖等,。

PLC選型

在滿足控制要求的前提下，選型時應(yīng)選擇的性能價格比,，具體應(yīng)考慮以下幾點,。

1．性能與任務(wù)相適應(yīng)

2．PLC的處理速度應(yīng)滿足實時控制的要求

3．PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機型系列應(yīng)統(tǒng)一

4．在線編程和離線編程的選擇

PLC容量估算

PLC容量包括兩個方面：一是IO的點數(shù),，二是用戶存儲器的 容量,。

1．IO點數(shù)的估算

根據(jù)功能說明書，可統(tǒng)計出PLC系統(tǒng)的開關(guān)量IO點數(shù)及模擬量IO通道數(shù),，以及開關(guān)量和模擬量的信號類型,。應(yīng)在統(tǒng)計后得出IO總點數(shù)的基礎(chǔ)上，增加10％～15％的裕量,。選定的PLC機型的IO能力極限值必須大于IO點數(shù)估算值,，并應(yīng)盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應(yīng)留有30％左右的裕量,。

2. 存儲器容量估算

用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān),，如IO點數(shù),、控制要求、運算處理量,、程序結(jié)構(gòu)等,。因此在程序設(shè)計之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗,，每個IO點及有關(guān)功能器件占用的內(nèi)存大致如下：

所需存儲器容量(KB)＝(1～1.25)×(DI×10＋DO×8＋AIO×100＋CP×300)1024

其中：DI為數(shù)字量輸入總點數(shù),；DO為數(shù)字量輸出總點數(shù)；AIAO為模擬量IO通道總數(shù),；CP為通信接口總數(shù),。

IO模塊的選擇

1．開關(guān)量輸入模塊的選擇

PLC的輸入模塊用來檢測來自現(xiàn)場(如按鈕、行程開關(guān),、溫控開關(guān),、壓力開關(guān)等)電平信號，并將其轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號,。開關(guān)量輸入模塊按輸入點數(shù)分,，常用的有8點、12點,、16點,、32點等；按工作電壓分,，常用的有直流5 V,、12 V、24 V,，交流110 V,、220 V等選擇輸入模塊主要應(yīng)考慮以下兩點：

(1) 根據(jù)現(xiàn)場輸入信號(如按鈕、行程開關(guān))與PLC輸入模塊距離的遠近來選擇電壓的高低,。一般,，24 V以下屬低電平，其傳輸距離不宜太遠,。如12 V電壓模塊一般不超過10 m,，距離較遠的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。

(2) 高密度的輸入模塊,，如32點輸入模塊,，允許同時接通的點數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般,，同時接通的點數(shù)不得超過總輸入點數(shù)的60％,。

；按外部接線方式又可分為匯點輸入、分隔輸入等,。

2．開關(guān)量輸出模塊的選擇

輸出模塊的任務(wù)是將PLC內(nèi)部低電平的控制信號轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號,，驅(qū)動外部負載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出,、雙向可控硅輸出和晶體管輸出。

1) 輸出方式的選擇

繼電器輸出價格便宜,，使用電壓范圍廣,，導通壓降小，承受瞬間過電壓和過電流的能力較強,，且有隔離作用,。但繼電器有觸點，壽命較短,，且響應(yīng)速度較慢,，適用于動作不頻繁的交直流負載。當驅(qū)動電感性負載時,，大開閉頻率不得超過1 Hz,。

晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無觸點開關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負載,。感性負載在斷開瞬間會產(chǎn)生較高的反壓,，必須采取抑制措施

2) 輸出電流的選擇

模塊的輸出電流必須大于負載電流的額定值，如果負載電流較大,，輸出模塊不能直接驅(qū)動,，則應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負載,、熱敏電阻負載,，考慮到接通時有沖擊電流，故要留有足夠的裕量,。

3) 允許同時接通的輸出點數(shù)

在選用輸出模塊時,，還要看整個輸出模塊的滿負荷能力，如OMRON公司的CQM1-OC222是16點輸出模塊,，每個點允許通過電流2 A(AC250 VDC24 V),。但整個模塊允許通過的大電流僅8 A。

分配輸入輸出點

一般輸入點與輸入信號,、輸出點與輸出控制是一一對應(yīng)的,；在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的,，那樣就應(yīng)在接入輸入點前,，按邏輯關(guān)系接好線(如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián))，然后再接到輸入點。

1. 明確IO通道范圍

不同型號的PLC,，其輸入輸出通道的范圍是不一樣的,，應(yīng)根據(jù)所選PLC型號，弄清相應(yīng)的IO點地址的分配,。

2. 內(nèi)部輔助繼電器

內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出,，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器,、定時器,、計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。根據(jù)程序設(shè)計的需要,，應(yīng)合理安排PLC的內(nèi)部輔助繼電器,，在設(shè)計說明書中應(yīng)詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復(fù)使用,。

3．分配定時器計數(shù)器

對用到定時器和計數(shù)器的控制系統(tǒng),，注意定時器和計數(shù)器的編號不能相同。若掃描時間較長,，則要使用高速定時器以保證計時準確

安全回路設(shè)計

安全回路起保護人身安全和設(shè)備安全的作用,，它應(yīng)能獨立于PLC工作，并采用非半導體的機電元件以硬接線方式構(gòu)成,。

確保系統(tǒng)安全的硬接線邏輯回路,，在以下幾種情況下將發(fā)揮安全保護作用：① PLC或機電元件檢測到設(shè)備發(fā)生緊急異常狀態(tài)時；② PLC失控時,；③ 操作人員需要緊急干預(yù)時,。

設(shè)計安全回路的任務(wù)包括以下內(nèi)容：

(1) 確定控制回路之間邏輯和操作上的互鎖關(guān)系；

(2) 設(shè)計硬回路以提供對過程中重要設(shè)備的手動安全性干預(yù)手段,；

(3) 為PLC定義故障形式和重新啟動特性,。

PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計

PLC應(yīng)用軟件設(shè)計的內(nèi)容

PLC應(yīng)用軟件的設(shè)計是一項十分復(fù)雜的工作，它要求設(shè)計人員既要有PLC,、計算機程序設(shè)計的基礎(chǔ),，又要有自動控制的技術(shù)，還要有一定的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗,。

一個實用的PLC軟件工程的設(shè)計通常要涉及以下幾個方面的內(nèi)容：

(1) PLC軟件功能的分析與設(shè)計,；

(2) IO信號及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(3) 程序結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計；

(4) 軟件設(shè)計規(guī)格說明書編制,；

(5) 用編程語言,、PLC指令進行程序設(shè)計；

(6) 軟件測試,；

(7) 程序使用說明書編制,。

PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計步驟

根據(jù)可編程序控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝要求,，在軟件規(guī)格說明書的基礎(chǔ)上，編制實際應(yīng)用程序并形成程序說明書的過程就是應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計,。

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