1、情景九PLC控制系统设计控制系统设计 任务介绍本模块简要介绍了三菱本模块简要介绍了三菱FX2N系列系列PLC产品在控制产品在控制系统中的总体设计、减少系统中的总体设计、减少PLC输入和输出点数的输入和输出点数的方法、提高方法、提高PLC控制系统可靠性措施。控制系统可靠性措施。任务描述（1）通过两种液体混合装置的控制应用事）通过两种液体混合装置的控制应用事例的学习，能够运用所学基本指令以及功例的学习，能够运用所学基本指令以及功能指令，进行能指令，进行PLC控制系统的设计。控制系统的设计。（2）建立）建立PLC控制系统总体设计的思路。控制系统总体设计的思路。（3）了解）了解PLC控制系统设计的和基
2、本原则控制系统设计的和基本原则和编程方法技巧。和编程方法技巧。（4）了解）了解PLC在编程中节省在编程中节省I/O点数的方点数的方法。法。（5）了解）了解PLC控制系统的抗干扰措施。控制系统的抗干扰措施。分发任务书分发任务书 布置工作任务：布置工作任务：1、小组成员共同查阅资料，学习讨论、小组成员共同查阅资料，学习讨论PLC系统设计有关问题系统设计有关问题 2、小组共同制定控制、小组共同制定控制系统总体的结构框架系统总体的结构框架 3、每名成员、每名成员安装控制系统硬接线及程序编安装控制系统硬接线及程序编制与工程下载制与工程下载 4、每名成员独立系统调试、每名成员独立系统调试过程过程 5、根据
3、每人完成的情况小组互评、根据每人完成的情况小组互评 6、任务评估填写项目考核记录单、任务评估填写项目考核记录单知识链接 PLC控制系统设计是PLC应用最关键的问题，也是整个电气控制的设计核心。一、一、PLC在两种液体混合装置控制系统的应用在两种液体混合装置控制系统的应用 1.装置结构和控制要求 1)装置结构 图9-1所示为两种液体混合装置的结构。SLl、SL2、SL3为三个液面传感器，液面淹没时触点接通，两种液体的注入和混合液体流出阀门分别由电磁阀YVl、YV2、YV3控制，M为搅拌电动机。2)控制要求(1)初始控制 装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开30s，将容器放空后关闭。
4、(2)启动控制按下启动按钮SBl。开始按下述要求动作：液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门，流入液体B。MYV2YV3SL1SL2SL3图91两种液体混合装置的结构 当液面到达SLl时，关闭液体B阀门，启动搅拌电 动机，搅拌2min后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，sL3断 开，再经过30s后，容器放空，混合液体阀门关闭，开始下一周期操作。(3)按下停止按钮SB2后，在当前的混合操作处 理完毕后才停止操作，即停在初始状态上。2.输入输出点分配两种液体混合装置的PLC硬件接线图如图92 图91两种液体混合
5、装置的结构所示输入输出点分配如下：X0SBl启动按钮；Y0一液体A电磁阀YV1；X1一SB2停止按钮；Y1一液体B电磁阀YV2；X2一液面传感器SLl；Y2一混合液电磁阀YV3；X3一液面 传感器SL2；Y3一搅拌电动机接触器KM；X4一液面传感器SL3SB1SB2SL1SL2SL3YV1YV2YV3KMX0X1X2X3X4COMCOMCOM0COM1COM2COM3Y0Y1Y2Y3220V图92两种液体混合装置的PLC硬件接线图 3.梯形图设计及过程分析 根据要求，设计其梯形图如图93所示。PLSM100PLSM101PLSM102PLSM103SETM200RSTM200SETY0RSTY
6、0RSTY1SETY1SETY3X0X1X2X3X4X4M1M100M101M200M100M103M102T1M0M1RSTY3Y3M3M4M5SETY2RSTY2SETM2RSTM2ENDK300T0Y3T0K1200Y3Y3M3M3M5M4T1M0T1M2T1图93 两种液体混合装置的梯形图指令表如下。0LDX01PLSM1003LDX14PLSM1016LDX27PLSM1029LDX310PLSM10312LDIX413ANIM114OUTM015LDIX416OUTM117LDM10018SETM20019LDM10120RSTM20021LDM20022ANDT123ORM100
7、24SETY025LDM10326RSTY027SETY128LDM10229RSTY130SETY331LDT032RSTY333LDY334OUTT037LDIY338OUTM339LDIY340ANDM341ANIM542OUTM443LDIY344ANDM345OUTM546LDM447SETY248LDT149RSTY250LDM051SETM252LDT153RSTM254LDM255OUTT158END工作过程分析如下。按下启动按钮SBl，X0常开触点闭合，M100产生启动脉冲，梯形图第九行的M100常开触点闭合，使Y0保持接通，液体A电磁阀YVl打开，液体A注入容器。当液面上升
8、到SL3时，尽管X4常开触点闭合，但输出并无动作。当液面上升到SL2时，X3的常开触点接通，M103产生脉冲，梯形图第十行的M103常开触点接通一个扫描周期，使Y0复位，YVl电磁阀失电关闭，液A停止注入；同时使Y1接通保持，电磁阀YV2得电打开，液体B注入容器。当液面上升到SL1时，X2常开触点接通，M102产生脉冲，梯形图第十一行的M102常开触点接通，使Y1失电复位，电磁阀YV2关闭，液体B停止注入；同时Y3线圈得电，搅拌电动机M启动工作，开始搅匀。梯形图第十三行的定时器T0启动工作，经过120s后，第十二行T0的常开触点闭合，Y3线圈失电复位，电动机停止搅动。Y3的常闭触点接通，M4线
9、圈“0N”一个扫描周期，M4的常开触点使Y2线圈得电保持，电磁阀YV3打开，开始放混合液。当液面降到SL3以下时，X4常闭触点接通，MO产生脉冲，使得M2线圈接通，启动定时器T1。30s后混合液流完，T1的常开触点接通，Y2线圈失电复位，电磁阀YV3关闭。同时第九行的T1接点闭合，Y0线圈得电，电磁阀YVl打开，液体A注入，开始下一循环。按下停止按钮SB2，X1常开触点接通，M101产生停止脉冲，使M200复位，第九行的M200常开触点断开，当前的混合操作处理完毕后，Y0不能再次接通，即停止操作。2控制系统设计的基本内容 PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的，因此，PLC控制
10、系统设计的基本内容应包括：(1)选择用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。(2)PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。选择PLC，应包括机型的选择、容量的选择、IO模块的选择、电源模块的选择等。(3)分配IO点，绘制IO连接图。(4)设计控制程序。包括设计梯形图、语句表(即程序清单)和控制系统流程图。（5）必要时还需设计控制台(柜)。（6）编制控制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表等。传统的电气
11、图，一般包括电气原理图、电器布置图及电器安装图。在PLC控制系统中，这一部分图可以统称为“硬件图”。它在传统电气图的基础上增加了PLC部分，因此在电气原理图中应增加PLC的IO连接图。3控制系统设计的一般步骤：图9-4是可编程控制器系统设计流程。具体设计步骤如下。（1）根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作(动 作顺序、动作条件、必需的保护和联锁等)、操作方式(手动、自动，连续、单周期、单步等)。（2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的IO点数。（3）选择PLC系统。（4）分配PLC的IO点，设计IO连接图（5）进行PLC程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计
12、和现场施工。在设计继电器控制系统时，必须在控制线路（接线程序）设计完成后，才能进行控制台（柜）的设计和现场施工。调整软件软件（程序）设计及模拟调试确定控制对象及控制范围可编程控制器的选择硬件（外围电路控制盘、布线等）设计总装统调是否符合设计要求否投入运行调整硬件是否 4程序设计的步骤 PLC程序设计是PLC控制系统原理设计的核心内容.其步骤如下:（1）列写系统占用的输入、输出点及机内各软元件的分布及用途。（2）根据控制要求列写控制操作的各种要求。对于较复杂的控制系统，需绘制控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。（3）设计梯形图。要设计好梯形图，除了十分熟悉控制要求外，同时还要有一定的电气
13、设计的实践经验。（4）根据梯形图编制程序清单（5）用编程器将程序键入到PLC的用户存储器中，并检查键入的 程序是否正确。（6）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。（7）待控制台(柜)及现场施工完成后，就可以进行联机调试。（8）编制技术文件。三、三、PLC的选型原则和方法的选型原则和方法合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。PLC的选择应包括:机型的选择、容量的选择IO模块的选择、电源模块的选择等几个方面。1机型的选择机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，保证可靠、维护使用方面以及最佳的性能价格比。具体应考虑以下几方面：1)结构合理对于工艺过程比较固定、环
14、境条件较好(维修量较小)的场合，选用整体式结构PLC，其他情况则选用模块式结构PLC。2)功能、规模相对于开关量控制的工程项目，对其控制速度无须考虑，一般的低档机就能满足要求。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的工程项目，可选用带A/D、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机。对于控制比较复杂，控制功能要求更高的工程项目，例如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂的程度，选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。3)机型统一 一个大型企业、应尽量做到机型统一。因为同一机型的PLC，其模块可以互换，便于备用品
15、、备件的采购和管理；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联成一个多级分布式控制系统，相互通信，集中管理。4)是否在线编程PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需要用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。PLC的编程分为离线编程和在线编程两种。离线编程的PLC的特点是主机和编程器共用一个CPU，在编程器上有一个“编程/运行”选择开关或按键，选择编程状态时，CPU将失去对现场的控制，只为编程器服务，就是所谓的“离线”编程。程序编好后，如选择运行
16、状态，CPU则去执行程序而失去对现场的控制。这时，CPU对编程指令将不作出响应。在线编程的PLC的特点是主机和编程器各有一个CPU，编程器的CPU可以随时处理由键盘输入的各种编程指令。主机的CPU则是完成对现场的控制，并在一个扫描周期的末尾和编程器通信，编程器把编好或改好的程序发送给主机，在下一个扫描周期主机将按照新送入的程序控制现场，这就是所谓“在线”编程。是否在线编程，应根据被控设备工艺要求的不同来选择。对于产品定型的设备和工艺不常变动的设备，应选用离线编程的PLC；反之，可考虑选用在线编程。4)是否在线编程 PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需要用编程器重新修改程
17、序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。PLC的编程分为离线编程和在线编程两种。离线编程的PLC的特点是主机和编程器共用一个CPU，在编程器上有一个“编程/运行”选择开关或按键，选择编程状态时，CPU将失去对现场的控制，只为编程器服务，就是所谓的“离线”编程。程序编好后，如选择运行状态，CPU则去执行程序而失去对现场的控制。这时，CPU对编程指令将不作出响应。由于此类PLC的编程器和主机公用一个CPU，因此节省了大量的硬件和软件，编程器的价格也比较便宜。中、小型PLC多采用离线编程。在线编程的PLC的特点是主机和编程器各有一个CPU，编程器的CPU可以随时处理由键盘输入的各种编程指令。主
18、机的CPU则是完成对现场的控制，并在一个扫描周期的末尾和编程器通信，编程器把编好或改好的程序发送给主机，在下一个扫描周期主机将按照新送入的程序控制现场，这就是所谓“在线”编程。此类PLC，由于增加了硬件和软件，所以价格高，但应用领域较宽。大型PLC多采用在线编程。是否在线编程，应根据被控设备工艺要求的不同来选择。对于产品定型的设备和工艺不常变动的设备，应选用离线编程的PLC；反之，可考虑选用在线编程。2容量的选择 PLC的容量包括用户存储器的存储容量(字数)和IO点数两方面的含义。PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的余量以作备用。通常，一条逻辑指令占存储器一个字，计时、计数、移位以
19、及算术运算、数据传送等指令占存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手册。在选择存储容量时，一般可按实际需要的25考虑余量。IO点数也应留有适当裕量。但是，目前PLC的IO点的价格还较高，平均每点为100120元人民币。如果备用的IO点的数量太多，就会使成本增加，因此，通常IO点数可按实际需要的1015考虑余量。3指令系统的选择 由于可编程控制器应用的广泛性，各种机型所具备的指令系统也就不完全相同。从工程应用角度看，有些场合仅需要逻辑运算，有些场合需要复杂的算术计算，而且一些特殊场合还需要专用指令功能。从可编程控制器本身来看，各个厂家的指令差异较大，但从整体上来说，指令系统都是
20、面向工程技术人员的语言，其差异主要表现在指令的表达方式和指令的完整性上。有些厂家在控制指令方面开发得较全，有些厂家在数字运算指令方面开发得较全，而大多数厂家在逻辑指令方面都开发得较完善。在选择机型时，从指令系统方面注意下述内容：(1)指令系统的总语句数。这一点反映了整个指令所包括的全部功能。(2)指令系统的种类。主要应包括逻辑指令、运算指令和控制指令，具体的需求则与实际要完成的控制功能有关。(3)指令系统的表达方式。指令系统表达方式有多种，有的包括梯形图、控制系统流程图、语句表、顺控图、高级语言等多种表达方式；有的只包括其中一种或两种表达方式。(4)应用软件的程序结构。程序结构有模块化的程序结
21、构和子程序式的程序结构，前一种有利于应用软件编写和调试，但处理速度慢；后一种响应速度快，但不利于编写和现场调试。(5)软件开发手段。在考虑指令系统这一性能时，还要考虑到软件的开发手段。有的厂家在此基础上还开发了专用软件，可利用通用的微型机(例如IBM PC)作为开发手段，这样就更加方便了用户的需要。4IO模块的选择 IO部分的价格占PLC价格的一半以上。不同的IO模块，由于其电路和性能不同，直接影响着PLC的应用范围和价格，应该根据实际情况合理选择。1)输入模块的选择 输入模块的作用是接收现场的输入信号，并将输入的高电平信号转换为PLC内部的低电平信号。输入模块的种类，按电压分类有直流5V、1
22、 2V、24V、48V、60V，交流115V、220V。按电路形式不同分为汇点输入式和分隔输入式两种。选择输入模块应注意：(1)电压的选择。应根据现场设备与模块之间的距离来考虑。一般5V、12V、24V属低电压，其传输距离不宜太远。如5V模块最远不得超过10m，距离较远的设备应选用较高电压的模块。(2)同时接通的点数。高密度的输入模块(32点、64点)同时接通的点数取决于输入电压和环境温度，一般来讲，同时接通的点数不要超过输入点数的60。(3)门槛电平。为了提高控制系统的可靠性，必须考虑门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。表8-l列出了24V DC和和220V AC
23、两种电压三个厂家的输入模块的参数，以资比较。生产厂家电压模块型号接通电平关门电平门槛电平MODICON984系列24VDCD827-032（32点）18V6V12V220VACD809-016（16点）160V90V70VSIEMENSS5系列24VDC420-7LA11（32点）13V5V8V220VAC436-7LA11（16点）170V70V100VMITSUBISHIA系列24VDCAX41（32点）9V6V3V220VACAX20（16点）160V70V90V表9-1输入模块的参数比较 2)输出模块的选择 输出模块的作用是将PLC的输出信号传递给外部负载，并将PLC内部的低电平信号转
24、换为外部所需电 平的输出信号。输出模块按输出方式不同分为继电 器输出、晶体管输出及双向可控硅输出三种。此外，输出电压和输出电流也各有不同。选择输出模块应注意：(1)输出方式的选择。继电器输出的价格便宜，适用 电压范围较宽，导通压降小。但它是原有触点元件，其动作速度较慢、寿命较短，因此适用于不频繁通 断的负载。当驱动感性负载时其最大通断频率不得 超过1Hz。对于频繁通断的低功率因数的电感负载，应采用无触点开关元件，即选用晶体管输出(直流输出)或双向可控硅输出(交流输出)。(2)输出电流。输出模块的输出电流必须大于负载电流的额定值。模块输出电流的规格很多，应根据实际负载电流的大小选择模块的输出电流
25、。(3)同时接通的点数。输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。例如一个220V2A的8点输出模块，每个点当然可以通过2A的电流，但输出公共端允许通过的电流不可能是2A8=16A，通常要比这个值小得多。因此在选择输堪模块时还应考虑同时接通的点数。一般来讲同时接通的点数不要超过输出点数的60。5电源模块的选择 电源模块的选择很简单，只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于CPU模块、IO模块、专用模块等消耗电流的总和，并留有一定的余量。在选择电源模块时一般应考虑以下几点：1)电源模块的输入电压 电源模块可以包括各种各样的输入电压，有220V交流、110V交流和2
26、4V直流等。在实际应用中要根据具体情况选择，确定了输入电压后，也就确定了系统供电电源的输出电压。2)电源模块的输出功率 在选择电源模块时，其额定输出功率必须大于CPU模块、所有IO模块、各种智能模块等总的消耗功率之和，并且要留有30左右的余量。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25V。3)扩展单元中的电源模块 在有的系统中，由于扩展单元中安装有智能模块及一些特殊模块，就要求在扩展单元中安装相应的电源模块。这时相应的电源模块输出功率可按各自的供电范围计算。4)电源模块接线 选定了电源模块后，还要确定电源模块的接线端子和连接方式，以
27、便正确进行系统供电的设计。5)系统的接地 电源模块的接地线选择不小于10mm2的铜导线，并与交流稳压器、UPS不间断电源、隔离变压器等及系统的接地之连线尽可能短；系统的地线也要和机壳相连。6使用环境条件 在选择PLC时，要考虑使用现场的环境条件是否符合它的规定。一般要考虑的有：环境温度、相对湿度、电源允许波动范围和抗干扰等指标。四、PLC应用程序的基本设计方法 1.经验设计法经验设计法 经验设计法是利用各种典型的控制环节和基本单元电路，依靠经验进行选择、组合，直接设计电气控制系统，来满足生产机械和工艺过程的控制要求。用这种方法对比较简单的电气控制系统进行设计，可以收到简便、快速的效果。但是，由
28、于主要依赖经验进行设计，因而要求设计者要具有较丰富的经验，要能熟悉、掌握大量的控制系统的实例和各种典型环节。设计的结果不是惟一的，也不很规范，而且往往需经多次反复修改和完善才能符合设计要求。用经验设计法设计PLC应用程序可以大致按以下几个步骤进行：分析控制要求、选择控制原则；设置主令元件和检测元件；确定输入、输出信号；设计执行元件的控制程序；检查、修改和完善程序。在设计执行元件的控制程序时，一般又可分为以下几个步骤：(1)按所给的要求，将生产机械的运动分成各自独立的简单运动，分别设计这些简单运动的基本控制程序。(2)按各运动之间应有的制约关系来设置联锁措施，选择联锁触点，设计联锁程序。这一条是
29、电控系统能否成功，能否可靠、正确运行的关键，必须仔细进行。(3)按照维持运动(或状态)的进行和转换的需要，选择控制原则，设置主令元件、检测元件以及继电器等。(4)设置必要的保护措施。2.应用程序的逻辑设计方法应用程序的逻辑设计方法 逻辑设计方法的基本含义是以逻辑组合的方法和形式设计电控系统。这种设计方法既有严密可循的规律性、明确可行的设计步骤，又具有简便、直观和十分规范的特点。它可以使电控系统的设计从捉摸不定的、主要依赖于经验和尝试的复杂过程中解脱出来，提高设计效率而又易于学习和掌握。1.逻辑代数与电气控制线路 1)电气控制线路的本质是逻辑线路 考察任何一个电控线路都会发现，回路的接通或断开，
30、都是通过继电器等电气元件的触点来实现的。故控制电路的种种功能必定取决于这些触点的开、合两种状态，而由它们组成的电路也是非通即断的双态系统。因此电控线路从本质上说是一种逻辑线路，它符合逻辑运算的各种基本规律。由于PLC是一种工业控制计算机，计算机的理论基础正是建立在逻辑代数的基础上的，它的硬件无非是“与”、“或”、“非”三种逻辑电路的组合。特别是PLC程序的结构和形式，无论是语句表程序还是梯形图程序，都直接或间接地采用逻辑组合的形式，它们的工作方式及其规律也完全符合逻辑运算的基本规律。因此，用变量及其函数只有“0”、“1”两种取值的逻辑代数作为研究电气控制线路和PLC应用程序的工具就是很自然的了
31、。2)基本逻辑运算和逻辑函数的线路结构 逻辑代数的三种基本运算“与”、“或”、“非”都有着非常明确的物理意义，因此，当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表现出来以后，实现这个逻辑函数的线路也就是确定的和十分方便的了。特别是，用逻辑函数式表达的线路结构与PLC的指令语句程序完全一致，可以直接转化，甚至不用梯形图程序来进行过渡。2.用逻辑设计法设计PLC应用程序的步骤 1)明确控制任务和控制要求。通过分析机械装置、工艺过程和控制要求，取得工作循环图和检测元件分布图以及执行元件动作节拍表。2)绘制电控系统的状态转换表。3)进行系统的逻辑设计。4)编制PLC程序。5)程序的完善和补充。3.利用状态流程
32、图设计应用程序利用状态流程图设计应用程序 1.状态流程图 状态流程图，又叫状态转移图，它是完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性的一种图形，是分析和设计电控系统控制程序的重要工具。所谓“状态”都是具有特定功能的状态的流程或转换，实际上也就是电控系统的功能的流程或转换。机械的自动工作循环过程就是电控系统的状态自动地、有顺序地逐步转换的过程。状态流程图也叫功能流程图，由状态、转换、转换条件和动作、命令组成。2.利用状态流程图进行PLC程序设计 1)按照机械运动或工艺过程的工作内容、步骤、顺序和控制要求画出状态流程图。2)在状态流程图上以PLC输入点或其他元件定义状态转换条件。当某转换条件的实际内
33、容不止一个时，每个具体内容定义一个PLC元件编号，并以逻辑组合形式表现为有效转换条件。3)按照机械或工艺提供的电气执行元件功能表，在状态流程图上对每个状态和动作命令配画上实现该状态或动作命令的控制功能的电气执行元件，并以对应的PLC输出点的编号定义这些电气执行元件。4.利用移位寄存器设计应用程序利用移位寄存器设计应用程序 利用移位寄存器进行步进顺序控制程序的设计更为简便，同时设计的通用性也更强。这种设计方法主要是利用移位寄存器来充当电控系统的状态转换控制器，设计成单数据顺序循环移位，实现单步步进式的顺序控制。通过分析电控系统的输入信号状态，可以得到系统的状态转换主令信号组，这是设计步进顺序控制
34、程序的关键。同样，使用移位寄存器进行设计也是利用这一结果。5.用步进指令设计应用程序用步进指令设计应用程序 很多PLC生产厂家都专门设计了用于编制步进顺序控制程序的指令。这些指令实际上是把使用普通指令或移位寄存器指令编制步进顺序控制程序的状态转换控制过程规范化，预先存放在PLC的系统程序区里，在使用时仅以指令的形式出现。这样就使得步进顺序控制程序的设计编制大为简化，程序也更加规范、简洁、可靠。用步进指令设计PLC程序，通常是利用状态流程图，而且设计的程序与状态流程图有严格而明确的对应关系。设计时，首先要按工艺及控制要求画出系统的状态流程图，用状态寄存器对各状态命名，标出与各状态对应的执行元件的
35、PLc输出编号和各转换条件的PLC输入编号。然后，就可以利用步进指令编程。五、节省五、节省PLC I/O点数的方法点数的方法 为了提高PLC系统的可靠性，并减少PLC控制系统 的造价，在设计PLC控制系统或对老设备进行改造时，往往会遇到输入点数不够或输出点数不够而需要扩展的问题，当然可以通过增加IO扩展单元或IO模板来解决，但PLC的每一IO点的平均价格达数十元，如果不是需要增加很多的点，我们可以对输入信号或输出信号进行一定的处理，节省一些PLC的IO点数，使问题得到解决。下面介绍几种常用的减少PLC输入和输出点数的方法。1.节省节省PLC输入点数的方法输入点数的方法 1分时分组输入 自动程序
36、和手动程序不会同时执行，自动和手动这两种工作方式分别使用的输入量可以分成两组输入(见图9.2所示)。1.0用来输入自动手动命令信号，供自动程序和手动程序切换之用。S3S4L+I1.0I0.0I0.1I0.7S1S2自动手动图9-5 分时分组输入 图9.5中的二极管用来切断寄生电路。假设图中没有二极管，系统处于自动状态，S1、S2、S3闭合，S4断开，这时电流从L+端子流出，经S3、S1、S2形成的寄生回路流人0.1端子，使输入位10.1错误地变为ON。各开关串联了二极管后，切断了寄生回路，避免了错误输人的产生。2输入触点的合并 如果某些外部输入信号总是以某种“与或非”组合的整体形式出现在梯形图
37、中，可以将它们对应的触点在可编程序控制器外部串、并联后作为一个整体输入可编程序控制器，只占可编程序控制器的一个输入点。例如，某负载可在多处启动和停止，可以将三个启动信号并联，将三个停止信号串联，分别送给可编程序控制器的两个输入点(见图9.5所示)。与每一个启动信号和停止信号占用一个输入点的方法相比，不仅节约了输入点，还简化了梯形图电路。I0.1I0.2L+SB4 SB5 SB6SB1SB2SB3图9-5 输入触点的合并 3将信号设置在可编程序控制器之外 系统的某些输入信号，如手动操作按钮、保护动作后需手动复位的电动机热继电器FR的常闭触点提供的信号，可以设置在可编程序控制器外部的硬件电路中(见
38、图9.6)。某些手动按钮需要串接一些安全联锁触点，如果外部硬件联锁电路过于复杂，则应考虑仍将有关信号送入可编程序控制器，用梯形图实现联锁。PLC手动按钮FR手动自动AC220V图9-6 将信号设置在PLC之外以上是一些常见的减少PLC输入点数的方法。PLC的软件功能很强，如果应用PLC的功能指令，还可以设计出多种减少输入点数的方法，这里就不再介绍了。2.节省节省PLC输出点数的方法输出点数的方法 1在PLC的输出功率允许的条件下，通断状态完全相同的多个负载并联后，可以共用一个输出点，通过外部的或PLC控制的转换开关的切换，一个输出点可以控制两个或多个不同时工作的负载。与外部元件的触点配合，可以
39、用一个输出点控制两个或多个有不同要求的负载。用一个输出点控制指示灯常亮或闪烁，可以显示两种不同的信息。在需要用指示灯显示PLC驱动的负载(如接触器线圈)状态时，可以将指示灯与负载并联，并联时指示灯与负载的额定电压应相同，总电流不应超过允许的值。可选用电流小、工作可靠的LED(发光二极管)指示灯。可以用接触器的辅助触点来实现PLC外部的硬件联锁。系统中某些相对独立或比较简单的部分，可以不进PLC，直接用继电器电路来控制，这样同时减少了所需的PLC的输入点和输出点。2减少数字显示所需输出点数的方法。如果直接用数字量输出点来控制多位LED七段显示器，所需的输出点是很多的。在图9.7所示电路中，用具有
40、锁存、译码、驱动功能的芯片CD4513驱动共阴极LED七段显示器，两只CD4513的数据输入端AD共用可编程序控制器的4个输出端，其中A为最低位，D为最高位。LE是锁存使能输入端，在LE信号的上升沿将数据输入端输入的BCD数锁存在片内的寄存器中，并将该数译码后显示出来。如果输入的不是十进制数，显示器熄灭。LE为高电平时，显示的数不受数据输入信号的影响。显然，N个显示器占用的 输出点数户：4+N。Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5ABCDLEabcdefgCD4513ABCDLEabcdefgCD4513图9-7 PLC数字显示电路 如果使用继电器输出模块，应在与CD4513相连的
41、可编程序控制器各输出端与“地”之间分别接一个几千欧的电阻，以避免在输出继电器的触点断开时CD4513的输入端悬空。输出继电器的状态变化时，其触点可能抖动，因此应先送数据输出信号，待该信号稳定后，再用LE信号的上升沿将数据锁存进CD4513。如果需要显示和输入的数据较多，可以考虑使用TD200文本显示器或其他操作员面板。六、PLC控制系统的抗干扰措施 随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和
42、各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。1.系统工作环境系统工作环境 1.温度 PLC要求环境温度在055。安装时不能把发囊PLC四周通风散热的空间应足够大。开关柜上、下部应有通风的百叶窗。2.湿度 为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度一般应小于85(无凝露)。3.振动 应使PLC远离强烈的振动源。可以用减振橡胶来减轻柜内或柜外产生的振动的影响。4.空气 为了隔离空气中较浓的粉尘
43、、腐蚀性气体和盐雾，在温度允许时可以将PLC封闭，或者将PLC安装在密闭性较好的控制室内，并安装空气净化装置。5.电源 电源是干扰进入PLC的主要途径之一。在干扰较强或可靠性要求很高的场合，可以加接带屏蔽层的隔离变压器，还可以串接LC滤波电路。动力部分、控制部分、PLC、IO电源应分别配线。隔离变压器与PLC和与IO电源之间应采用双绞线连接。系统的动力线应足够粗，以降低大容量异步电动机启动时的线路压降。外部输入电路用的外接直流电源最好是稳压电源，因为仅将交流电压整流滤波的电源含有较强的纹波，可能使PLC接收错误的信息。2.输人输出配线输人输出配线 当控制触电断开时，电路中感性负载会产生高于电源
44、电压数倍或数十倍的反电动势，触电吸合时，会因触电抖动而产生电弧，从而对系统产生干扰。当输入端或输出端接有感性元件时，应在它们两端并联续流二极管(对于直流电路)或阻容电路(对于交流电路)，以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响，如图9-8所示。电阻可以取51120，电容可以取01F0.47F电容的额定电压应大于电源峰值电压，续流二极管可以选1A的管子，其额定电压应大于电源电压的3倍。如果输入信号由晶体管提供，其截止电阻应大于10k，导通电阻应小于800。输入输出PLC输入输出PLC两线式传感器旁路电阻RPLC输入图9-8 PLC输入输出电路的处理 图9-9 PLC输入电路的旁路 当接近开关、光
45、电开关这一类两线式传感器的漏电流较大时，可能出现错误的输入信号。可以在输入端并联旁路电阻，以减小输入电阻，如图9-9所示。旁路电阻的阻值R由下式确定：R(UN/IN)I/R+(UN/IN)UL 式中：I为传感器漏电流，UN、IN分别是PLC的额定输入电压和额定电流，UL是PLC输入电压低电平上限值。3.系统接地设计系统接地设计 在实际控制系统中，接地是抑制干扰、使系统可靠工作的主要方法。在设计中如能把接地和屏蔽正确地结合起来使用，可以解决大部分干扰问题。1正确的接地方法 接地设计有两个基本目的：消除各路电流流经公共地线阻抗所产生的噪声电压，避免磁场与电位差的影响，使其不形成地环路。如果接地方式
46、不好就会形成环路，造成噪声耦合。正确接地是重要而复杂的问题。理想的情况是一个系统的所有接地点与大地之间阻抗为零，但这是难以做到的。在实际接地中总存着连接阻抗和分散电容，所以如果地线不佳或接地点不当，都会影响接地质量。为保证接地质量，在一般接地过程中要求：接地电阻一般应小于4；要保证足够的机械强度；要具有耐腐蚀及防腐处理；在整个工厂中，可编程控制器组成的控制系统要单独设计接地。2不同接地的处理 除了正确进行接地设计、安装，还要正确处理各种不同的接地方式。在可编程控制器组成的控制系统中，大致有以下几种地线。数字地：这种地也叫逻辑地，是各种开关量(数字量)信号的零电位。模拟地：这种地是各种模拟量信号
47、的零电位。信号地：这种地通常是指传感器的地。交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。直流地：直流供电电源的地。屏蔽地(也叫机壳地)：为防止静电感应而设的地。以上这些地线如何处理是可编程控制器系统设计、安装、调试中的一个重要问题。下面就讨论这些问题，并提出不同的处理方法。1)一点接地和多点接地 一般情况下，高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感并不是大问题，然而接地形成的环路对电路的干扰影响很大，因此通常以一点作为接地点。但一点接地不适用于高频，因为高频时，地线上具有电感因而增加了地线阻抗，调试各地线之间又产生电感耦合。一般来说，频率在1MHz
48、以下，可用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在1MHz10MHz之间可用一点接地，也可多点接地。根据这一原则，可编程控制器组成的控制系统一般都采用一点接地。2)交流地与信号地不能共用 由于在一般电源地线的两点间会有数毫伏甚至几伏电压，对低电平信号电路来说，这是一个非常严重的干扰，因此必须加以隔截和防止。3)浮地与接地的比较 全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来。这种方法简单，但整个系统与大地的绝缘电阻不能小于500M。这种方法具有一定的抗干扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法，就是机壳接地，其余部分浮空。这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。由此可见，可编程控
49、制器系统还是以接大地为好。4)模拟地的处理 模拟地的接法十分重要，为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可采用屏蔽浮地技术。对于具体的可编程控制器模拟量信号的处理要严格按照操作手册上的要求设计。5)屏蔽地的处理 在控制系统中，为了减少信号中的电容耦合噪声以便准确检测和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目的的不同，屏蔽地的接法也不一样。电场屏蔽解决分布电容问题，一般接大地。因为电场屏蔽主要为避免雷达、电台这种高频电磁场辐射干扰，利用低阻高导流材料而制成，可接大地。磁气屏蔽是为了防止磁铁、电机、变压器、线圈等的磁感应、磁耦合，其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合，一般接大地为好。有一个以上
50、时，会产生噪声电流，形成噪声干扰源。当一个电路有一个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时，输入端的屏蔽应接至放大器的公共端；相反，当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时，放大器的输入端也应接到信号源的公共端。良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件，PLC应与其他设备分别使用自己的接地装置，如图9-10(a)所示；也可以采用公共接地方式，如图9-10(b)所示。但是禁止使用图9-10(c)所示的串联接地方式，因为这种接地方式会产生各设备之间的电位差，接地线的截面积应大于2mm2。，接地点应尽量靠近PLC。PLC其他设备PLC其他设备PLC其他设备(a)(b)(c)图9-10 PLC的接
