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西門(mén)子PLC300系列的設(shè)計(jì)步驟與實(shí)例

S7-300系列PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟

PLC應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與內(nèi)容

1．設(shè)計(jì)原則

(1) 大限度地滿足被控設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程的控制要求,；

(2) 在滿足控制要求的前提下，力求簡(jiǎn)單,、經(jīng)濟(jì),，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(jìn),，應(yīng)適當(dāng)留有進(jìn)一步擴(kuò)展的余地,。

2．設(shè)計(jì)內(nèi)容

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

(2) 選擇電氣傳動(dòng)形式和電動(dòng)機(jī),、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

(3) 選定PLC的型號(hào),；

(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(xiě)軟件說(shuō)明書(shū)，然后再進(jìn)行程序設(shè)計(jì),；

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

(7) 設(shè)計(jì)操作臺(tái),、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元部件,；

(8) 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和使用說(shuō)明書(shū)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的主要步驟

1．深入了解和分析被控對(duì)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(kāi)關(guān)、行程開(kāi)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(jì)所需的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，選擇合適的PLC類型,。

4．分配IO點(diǎn),，編制出輸入輸出端子的接線圖。

5．設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序,，這一步是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心的工作,。

6．將程序輸入PLC，當(dāng)使用計(jì)算機(jī)上編程時(shí),，可將程序下載到PLC中,。

7．進(jìn)行軟件測(cè)試，在將PLC連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上之前，必須進(jìn)行軟件測(cè)試,，以排除程序中的錯(cuò)誤,。

8．應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后,，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試,。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)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(shuō)明書(shū)、電氣原理圖,、電器布置圖,、電氣元件明細(xì)表、PLC梯形圖等,。

PLC選型

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

1．性能與任務(wù)相適應(yīng)

2．PLC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求

3．PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)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(gè)方面：一是IO的點(diǎn)數(shù),，二是用戶存儲(chǔ)器的 容量,。

1．IO點(diǎn)數(shù)的估算

根據(jù)功能說(shuō)明書(shū)，可統(tǒng)計(jì)出PLC系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量IO點(diǎn)數(shù)及模擬量IO通道數(shù),，以及開(kāi)關(guān)量和模擬量的信號(hào)類型,。應(yīng)在統(tǒng)計(jì)后得出IO總點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上，增加10％～15％的裕量,。選定的PLC機(jī)型的IO能力極限值必須大于IO點(diǎn)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(chǔ)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(diǎn)數(shù)、控制要求,、運(yùn)算處理量,、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略的估算,。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),，每個(gè)IO點(diǎn)及有關(guān)功能器件占用的內(nèi)存大致如下：

所需存儲(chǔ)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(diǎn)數(shù)；DO為數(shù)字量輸出總點(diǎn)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(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇

PLC的輸入模塊用來(lái)檢測(cè)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)(如按鈕、行程開(kāi)關(guān),、溫控開(kāi)關(guān),、壓力開(kāi)關(guān)等)電平信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號(hào),。開(kāi)關(guān)量輸入模塊按輸入點(diǎn)數(shù)分,，常用的有8點(diǎn)、12點(diǎn),、16點(diǎn),、32點(diǎn)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(diǎn)：

(1) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)(如按鈕、行程開(kāi)關(guān))與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來(lái)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(yuǎn),。如12 V電壓模塊一般不超過(guò)10 m,，距離較遠(yuǎn)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(diǎn)輸入模塊,，允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般,，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)數(shù)的60％,。

；按外部接線方式又可分為匯點(diǎn)輸入,、分隔輸入等,。

2．開(kāi)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(hào)轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)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(jià)格便宜,，使用電壓范圍廣,，導(dǎo)通壓降小，承受瞬間過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng),，且有隔離作用,。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢,，適用于動(dòng)作不頻繁的交直流負(fù)載,。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載時(shí)，大開(kāi)閉頻率不得超過(guò)1 Hz,。

晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出,，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開(kāi)瞬間會(huì)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(fù)載電流的額定值,，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng),，則應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié),。對(duì)于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載,，考慮到接通時(shí)有沖擊電流,，故要留有足夠的裕量。

3) 允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)

在選用輸出模塊時(shí),，還要看整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)荷能力,，如OMRON公司的CQM1-OC222是16點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)點(diǎn)允許通過(guò)電流2 A(AC250 VDC24 V),。但整個(gè)模塊允許通過(guò)的大電流僅8 A。

分配輸入輸出點(diǎn)

一般輸入點(diǎn)與輸入信號(hào),、輸出點(diǎn)與輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的,；在個(gè)別情況下，也有兩個(gè)信號(hào)用一個(gè)輸入點(diǎn)的,，那樣就應(yīng)在接入輸入點(diǎn)前,，按邏輯關(guān)系接好線(如兩個(gè)觸點(diǎn)先串聯(lián)或并聯(lián))，然后再接到輸入點(diǎn),。

1. 明確IO通道范圍

不同型號(hào)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(hào),，弄清相應(yīng)的IO點(diǎn)地址的分配,。

2. 內(nèi)部輔助繼電器

內(nèi)部輔助繼電器不對(duì)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(shí)器、計(jì)數(shù)器時(shí)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)處理用,。根據(jù)程序設(shè)計(jì)的需要,，應(yīng)合理安排PLC的內(nèi)部輔助繼電器，在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中應(yīng)詳細(xì)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(shí)器計(jì)數(shù)器

對(duì)用到定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的控制系統(tǒng),，注意定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的編號(hào)不能相同。若掃描時(shí)間較長(zhǎng),，則要使用高速定時(shí)器以保證計(jì)時(shí)準(zhǔn)確

安全回路設(shè)計(jì)

安全回路起保護(hù)人身安全和設(shè)備安全的作用,，它應(yīng)能獨(dú)立于PLC工作，并采用非半導(dǎo)體的機(jī)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(hù)作用：① PLC或機(jī)電元件檢測(cè)到設(shè)備發(fā)生緊急異常狀態(tài)時(shí)；② PLC失控時(shí),；③ 操作人員需要緊急干預(yù)時(shí),。

設(shè)計(jì)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(jì)硬回路以提供對(duì)過(guò)程中重要設(shè)備的手動(dòng)安全性干預(yù)手段,；

(3) 為PLC定義故障形式和重新啟動(dòng)特性,。

PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

PLC應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容

PLC應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，它要求設(shè)計(jì)人員既要有PLC,、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),，又要有自動(dòng)控制的技術(shù)，還要有一定的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),。

一個(gè)實(shí)用的PLC軟件工程的設(shè)計(jì)通常要涉及以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

(1) PLC軟件功能的分析與設(shè)計(jì),；

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

(4) 軟件設(shè)計(jì)規(guī)格說(shuō)明書(shū)編制,；

(5) 用編程語(yǔ)言,、PLC指令進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；

(6) 軟件測(cè)試,；

(7) 程序使用說(shuō)明書(shū)編制,。

PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上,，編制實(shí)際應(yīng)用程序并形成程序說(shuō)明書(shū)的過(guò)程就是應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),。

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