第三节 PLC控制系统设计

PLC控制系统设计：硬件设计
软件设计
一、PLC控制系统的设计原则
1、硬件设计
硬件设计内容：PLC机型的选择
输入/输出设备的选择
图样（如接线图等）绘制。
硬件设计应遵循的原则：
1）经济性
2）可靠性
3）先进性及可扩展性
2、软件设计
软件就是编写满足生产控制要求的PLC用户程序，即绘制梯形图或编写语句表。
软件设计的原则：
1）、逻辑关系要简单明了，易于编程。
如继电器的触点可使用无数次，只要在实现某个逻辑功能所需要的地方，可随时使用，使编制的程序具有可读性，但要避免使用不必要的触点。
、保证程序功能的前提下尽量减少指令和程序的运行时间。
二、PLC控制系统的设计步骤
PLC系统设计的一般方法和步骤：



分析生产过程、明确控制要求
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绘制系统的流程图
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选择PLC机型
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PLC的I/O地址分配
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电气电路设计 程序设计与调试
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总装调试
↓
试运行

1、确定方案
被控对象环境较差，系统工艺复杂，考虑用PLC控制系统。
控制很简单，可考虑用继电器控制系统。
用PLC控制，首先要了解系统的工作过程及所有功能要求，从而分析被控对象的控制过程，输入/输出量是开关量还是模拟量，明确控制要求，绘出控制系统的流程图。
2、选择PLC机型
PLC在可靠性上是没有问题的，机型的选择主要是考虑在功能上满足系统的要求。
机型的选择依据：控制对象的输入量、输出量
工作电压
输出功率
现场对系统的响应速度要求
控制室与现场的距离等。
3、选择I/O设备，列出I/O地址分配表
输出设备：控制按钮、行程开关、接近开关等
输出设备：接触器、电磁阀、信号灯等
1）确定输入、输出设备的型号和数量；
2）列写输入/输出设备与PLC的I/O地址对照表；
3）绘制接线图及编程。
分配I/O地址时应注意以下几点：
1）把所有按钮、行程开关等集中配置，按顺序分配I/O地址。
2）每个I/O设备占用1个I/O地址。
3）同一类型的I/O点应尽量安排在同一个区。
4）彼此有关的输出器件，如电动机正反转，其输出地址应连续分配。
4、设计电气线路图
1）绘制电动机的主电路及PLC外部的其它控制电路图。
2）绘制PLC的I/O接线图
注：接在PLC输入端的电器元件一律为常开触点，如停止按钮等。
绘制PLC及I/O设备的供电系统图
输入电路一般由PLC内部提供电源，输出电路根据负载的额定电压外接电源。
5、程序设计与调试
程序设计可用经验设计法或功能表图设计法，或者是两者的组合。
6、总装调试
接好硬件线路，把程序输入PLC中，联机调试。

三、设计技巧
1．I/O点数的估算
在选机型时，应保证I/O点数有15～20%的余量。
2．内存容量的估算
用户程序所占内存容量受I/O点数、用户程序编制水平等因素的影响，程序越短，程序执行的扫描周期就越短。
估算内存大小可根据下列方法来确定：
1）开关量I/O点数：
一般PLC的开关量I/O点数的比值为3/2（CPM1A）或1/1（FX2N），因此根据I/O总点数所需的内存容量为：
所需内存步数 = I/O开关量总点数×（10～15）
2）模拟量I/O总点数
具有模拟量控制要求的系统要用到数据传送和运算等功能指令，所占内存较多，其内存容量可按下式计算：
所需内存步数 = 模拟量I/O总点数×（200～250）
3）程序编写的质量
设计人员的编程水平直接影响到程序的长短及运行时间。
综上所述，估算PLC所需内存的总容量为：
开关量I/O总点数×（10～15）+模拟量I/O总点数×（200～250）+30%的余量
3、响应时间
系统响应时间：指输入信号产生时刻与输出信号状态发生变化的时间间隔，若输入信号的变化频率快于一个扫描周期，系统就不能可靠地响应每个输入信号，这时应尽量缩短程序，提高响应速度。
4、功能要求与PLC结构的合理性
1）不需要PLC之间通讯，系统规模较小，可考虑用整体式结构的PLC。
2）既有开关量控制，又有模拟量控制，以及通讯要求等大中型控制系统，可考虑用模块式结构，易于功能的扩展，同时模块式结构一旦发生故障比较容易排除。
5、输入/输出模块的选择
输入模块类型分为DC5V、12V、24V、48V和AC110V、220V等。
系统现场与主机之间距离30m可用DC48V等
输出模块有继电器输出型、晶体管输出型、晶闸管输出型，可根据不同需要选择输出类型。
6．程序设计方法
1）经验设计法
经验设计法：依据继电器控制线路原理图翻译成梯形图。
经验设计法用于对现有的继电器控制系统进行技术改造时比较方便。
2）顺序控制设计法
顺序控制系统：用功能图设计法可编制出可读性很强的程
序，且可减少编程时间。
3）两种方法的结合
复杂系统：通常用公共程序和手动程序相对较为简单。
手动程序：经验设计法设计，
自动程序：功能图设计法，
总之，程序设计方法要根据具体情况选择相应的设计
方法，不要拘泥于某一种设计方法，要灵活运用
四、PLC控制系统设计的注意事项
（一）输入信号处理
1）输入设备采用两线式传感器（如接近开关）时，由于漏电流比较大，可能会产生错误的输入信号。要在输入端并联一旁路电阻。
2）输入信号由晶体管提供，要求晶体管截止电阻大于10kΩ，导通电阻小于800Ω。（二）PLC的安全保护及提高可靠性的措施
1）短路保护
如果负载发生短路，很容易烧坏PLC，因此与继电器控制线路一样，在负载回路中要装熔断器。
2）感性输入/输出的处理
I/O端口接有感性元件时：
a)对直流电路，应在两端并联续流二极管，如图6-8（a）；
通常续流二极管可选择1A的管子，额定电压应大于电源电压的3倍
b)对交流电路，应并联阻容电路，以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响，如图6-8（b）。
电阻可取50～120Ω，电容取0.1～0.47μF，电容的额定电压应大于电源峰值电压。








感性负载的处理
3）安装与布线
PLC应远离强干扰源，如大功率可控硅装置、高频焊机等，PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内，在柜内PLC应远离动力线（二者间距应大于200mm）。与PLC装在同一开关柜内的不是由PLC控制的电感性元件，如接触器的线圈，应并联RC消弧电路。
4）PLC的接地
PLC应与其它设备分开接地，或接到同一接地端，禁止通过其它设备接地，以免产生干扰。接地线的截面应大于2mm病

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