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    工厂电气 3-8 章.ppt

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    工厂电气 3-8 章.ppt

    1、第八章 PLC控制系统的设计与应用PLC初始是针对工业顺序控制发展而研制的。经过近40年的发展,PLC技术发展水平已大大超过其出现时的技术水平,其定位在低成本自动化项目和作为大型DCS或FCS系统的I/O站。现在PLC的应用已遍布国民经济的各个领域,并几乎涉及到工业界所有领域的中、大型设备的自动控制中,形成了满足各种需要的PLC应用系统。本章主要论述内容为:可编程控制器(PLC)应用于工业自动控制的基本方法、PLC控制系统的软、硬件设计步骤、PLC使用注意事项以及根据控制对象的控制要求编制用户程序的设计技巧等。目的是使读者通过本章学习,掌握PLC应用于工业自动控制系统的基本设计方法,了解PLC

    2、控制系统的特点,充分利用PLC模块可扩性、软件编程灵活性、PLC的高抗干扰性,合理选用PLC,正确布局、布线,提高控制系统可靠性和系统性能价格比。第一节 PLC控制系统的设计方法设计是人们根据客观条件以最佳方式实现具体目标的思维过程及其书面表达。它是一种创造性的工作。PLC控制系统的应用设计是属于工程类设计,其目的是将技术原理转化为技术实现;或者,将科研成果转换为生产力。工程类设计可划分为:1、产品设计;2、部件设计;3、布线设计;4、网络规划设计;5、试验优化设计;6、控制系统设计;7、管理系统设计;8、监测系统与综合系统设计等。PLCPLC控制系统设计是电气控制工程设计的一种。控制系统设计

    3、是电气控制工程设计的一种。与计算机控制系统设计基本相同。承接项目和项目与计算机控制系统设计基本相同。承接项目和项目设计过程主要由以下工作程序完成:设计过程主要由以下工作程序完成:思想和技术准备思想和技术准备承接和讨论项目承接和讨论项目深入研究深入研究和讨论操作流程及使用工艺和讨论操作流程及使用工艺制定技术指标制定技术指标整体整体和分块剖析和分块剖析拟定实施方案拟定实施方案划分分块目标内容划分分块目标内容确定分块接口技术要求确定分块接口技术要求深入实际调研,查阅文献深入实际调研,查阅文献和网络资料和网络资料方案比较及抉择方案比较及抉择理论分析理论分析技术经技术经济分析济分析试验研究或试验优化设计

    4、试验研究或试验优化设计硬件电路及软硬件电路及软件程序设计件程序设计工程或工艺设计工程或工艺设计软件模拟试验软件模拟试验系系统软硬件调试,修改,调试统软硬件调试,修改,调试现场调试现场调试交接项目。交接项目。一、PLC控制系统设计思想及原则 PLC控制系统设计是针对现场(工业)进行控制的自动控制系统。在承接项目前要做好思想和技术准备。针对项目要求,一定要保证系统经济、合理;工作安全、可靠、稳定、耐用;操作、维护及维修方便。在设计过程中要充分查阅文献及网络资料,查找最新的技术及应用资料。充分利用工具软件、集成软件、系统仿真、软件仿真及硬件仿真技术。最大程度发挥硬件资源的作用,同时必须考虑系统小范围

    5、的更改和扩展需求。二、二、PLCPLC控制系统的基本设计方法与步骤控制系统的基本设计方法与步骤 PLCPLC广泛应用于工业自动控制系统领域。对广泛应用于工业自动控制系统领域。对PLCPLC控制系控制系统的设计首先必须符合电气控制设计的规范,其次还应充分统的设计首先必须符合电气控制设计的规范,其次还应充分考虑考虑PLCPLC的特殊性。在软、硬件的结合方面,应充分发挥的特殊性。在软、硬件的结合方面,应充分发挥PLCPLC的软、硬件功能,使系统的技术、经济指标更加优越。的软、硬件功能,使系统的技术、经济指标更加优越。(一一)PLC)PLC控制系统的设计方法与步骤控制系统的设计方法与步骤一般电气控制装

    6、置(系统)设计分成三个阶段:一般电气控制装置(系统)设计分成三个阶段:初步设初步设计、技术设计和产品(系统)设计。计、技术设计和产品(系统)设计。1 1、初步设计、初步设计 初步设计是研究系统和电气控制装置的组成;技术指标;初步设计是研究系统和电气控制装置的组成;技术指标;工作环境;操作流程;工艺过程与使用要求。拟定最佳控制工作环境;操作流程;工艺过程与使用要求。拟定最佳控制方案,寻找技术设计的依据。初步设计可由机械设计人员和方案,寻找技术设计的依据。初步设计可由机械设计人员和电气设计人员共同提出,也可由机械设计人员提供机械结构电气设计人员共同提出,也可由机械设计人员提供机械结构资料、传动参数

    7、、工艺流程和操作过程要求,由电气设计人资料、传动参数、工艺流程和操作过程要求,由电气设计人员完成初步设计。员完成初步设计。(1)初步设计所需确定的相关内容1)设备(系统)名称、用途、工艺过程、技术性能、传动参数及现场工作条件。2)供电电网种类:电压等级、频率和容量。3)对电气控制的特殊要求(如控制方式、自动化程度、工作循环组成、电气保护等)。4)系统分辨率、控制精度、超调量、以及控制对象特性和执行机构选择。5)有关操作过程及显示要求。6)投资费用、研制工作量和周期估算。(2)PLC(2)PLC作为装置控制器的主要特点作为装置控制器的主要特点1)1)可靠性高、抗干扰能力强,便于实现机电一体化及信

    8、息可靠性高、抗干扰能力强,便于实现机电一体化及信息控制一体化。控制一体化。2)2)构成的控制系统的开发周期短,调试方便。构成的控制系统的开发周期短,调试方便。3)3)模块组合灵活、柔性大,设计者可根据系统控制要求和模块组合灵活、柔性大,设计者可根据系统控制要求和技术指标,合理地选用相应档次的技术指标,合理地选用相应档次的PLCPLC,配制相应的扩展模块,配制相应的扩展模块,并可根据系统发展需要进行功能扩充。并可根据系统发展需要进行功能扩充。4)4)模块化结构便于系统在线维护,缩短维修时间。模块化结构便于系统在线维护,缩短维修时间。5)5)丰富的指令系统便于系统在硬件尽可能少改动情况下,丰富的指

    9、令系统便于系统在硬件尽可能少改动情况下,改变生产工艺。改变生产工艺。6 6)便于网络联接,便于组成)便于网络联接,便于组成DCSDCS或或FCSFCS系统。系统。如果系统技术指标对上述几方面有较高的要求时,可优先如果系统技术指标对上述几方面有较高的要求时,可优先考虑采用考虑采用PLCPLC作为系统的控制器。作为系统的控制器。2、技术设计 (1)技术设计需完成下述内容1)在系统设计过程中,对某些重要环节作必要的试验;写出试验报告。例如PLC编程中的某些特殊要求,新型传感器的测试结果等。2)绘制电气控制的电气原理图(包括可编程序控制器I/O接口)。3)编写系统参数计算书。4)选择整个系统的电气元件

    10、,提出专用元器件的技术指标,编写元件明细表。5)设计电气箱、控制面板等电气系统结构件及总装接线图。6)编写PLC内部元件分配表,编写软件流程图、梯形图或助记符程序。7)编写技术设计说明书,介绍系统原理、主要技术指标和运行、操作、维护说明书。(2)PLC控制部分设计步骤说明 1)确定受控对象与PLC间的输入、输出信号关系。2)根据控制要求的复杂程度、控制精度,估计用户程序的容量、数据区容量、定时器、计数器数量及采用的内部元件。3)3)选择选择PLCPLC机型和模块配置的主要依据是上述机型和模块配置的主要依据是上述1)1)、2)2)条款中涉及到的硬件要求,同时从控制功能和数条款中涉及到的硬件要求,

    11、同时从控制功能和数据处理要求方面考虑据处理要求方面考虑PLCPLC指令系统的功能。指令系统的功能。4)4)根据选用的根据选用的PLCPLC及给定的元件地址范围及给定的元件地址范围(如输如输入、输出、计数器、定时器、数据区等入、输出、计数器、定时器、数据区等),对每个使,对每个使用元件赋予相应名称和地址,以避免编程过程中重用元件赋予相应名称和地址,以避免编程过程中重复使用而出错。复使用而出错。5)5)根据受控对象的控制及有关动作转换逻辑,根据受控对象的控制及有关动作转换逻辑,绘制绘制PLCPLC的控制流程图。的控制流程图。6)6)由控制流程图编出相应控制功能的由控制流程图编出相应控制功能的PLC

    12、PLC用户程用户程序序(梯形图、状态图或助记符梯形图、状态图或助记符)。7)7)将编写的用户程序输人将编写的用户程序输人PLCPLC,程序输入有两种,程序输入有两种方式:方式:用简易编程器键人助记符程序;用简易编程器键人助记符程序;用图形用图形编程器或计算机等专用设备输入程序,编程器或计算机等专用设备输入程序,经串行通讯经串行通讯口写入口写入PLCPLC的用户程序内存中。的用户程序内存中。8)8)在空载情况下,输入与实际负载工作相似的模在空载情况下,输入与实际负载工作相似的模拟信号,观察拟信号,观察PLCPLC运行时输出指示及模拟负载响应情运行时输出指示及模拟负载响应情况,采用分段调试程序方法

    13、况,采用分段调试程序方法(插人插人ENDEND指令指令),逐步调,逐步调试、修改、完善程序,直至程序符合系统控制要求为试、修改、完善程序,直至程序符合系统控制要求为止。止。9)9)将控制系统与受控负载相连,经局部调试后再将控制系统与受控负载相连,经局部调试后再作系统总调,逐步修改、完善系统设计中存在的不足,作系统总调,逐步修改、完善系统设计中存在的不足,直到系统工作符合技术指标要求。直到系统工作符合技术指标要求。3 3、产品(系统)设计、产品(系统)设计 产品(系统)设计是根据技术设计中的系统电路产品(系统)设计是根据技术设计中的系统电路图,柜、台、箱的布局图和元器件明细表转化设计成图,柜、台

    14、、箱的布局图和元器件明细表转化设计成供生产用的总装配图,部件、组件、单元装配图、接供生产用的总装配图,部件、组件、单元装配图、接线图、布线图及有关结构设计图纸等。其详细参考第线图、布线图及有关结构设计图纸等。其详细参考第九章内容,这里不再赘述。九章内容,这里不再赘述。图8-1 PLC控制系统设计步骤流程图(续上表续上表)三、三、PLCPLC使用注意事项使用注意事项(一一)电源电源PLCPLC电源通常采用交流电源通常采用交流llOVllOV、220V220V和直流和直流24V24V,使用时务,使用时务必注意电源类型和幅值,若使用不当,会直接损坏必注意电源类型和幅值,若使用不当,会直接损坏PLCP

    15、LC的电的电源模块。一般电气控制设备都具有电源接通控制和急停控制源模块。一般电气控制设备都具有电源接通控制和急停控制功能。从系统可靠性考虑,当处理紧急停止时,尽管功能。从系统可靠性考虑,当处理紧急停止时,尽管PLCPLC都都能由程序控制输出点断开来切断负载,但能由程序控制输出点断开来切断负载,但PLCPLC的输出电路应的输出电路应在在PLCPLC外部切断控制。其电源控制线路可参考图外部切断控制。其电源控制线路可参考图8-28-2。由于可编程序控制器的输出电路没有内部短路保护功能,由于可编程序控制器的输出电路没有内部短路保护功能,因此,为防止由于负载短路等原因而烧坏可编程序控制器的因此,为防止由

    16、于负载短路等原因而烧坏可编程序控制器的输出点,输出回路必须加熔断器作短路保护,熔断器类型应输出点,输出回路必须加熔断器作短路保护,熔断器类型应根据输出元件选用。例如,输出为继电器元件,熔断器可选根据输出元件选用。例如,输出为继电器元件,熔断器可选用普通熔断器;输出为晶体管或晶闸管元件,则必须选用快用普通熔断器;输出为晶体管或晶闸管元件,则必须选用快速熔断器。速熔断器。目前市场上许多型号的目前市场上许多型号的PLCPLC内部都提供内部都提供DC24VDC24V电源,该电源,该电源的容量较小,其输出电流一般在几百毫安以内。内部电源的容量较小,其输出电流一般在几百毫安以内。内部电源主要是用于集电极开

    17、路电源主要是用于集电极开路(OC(OC门门)传感器的电源,如前面传感器的电源,如前面章节所述。实际使用时必须考虑电源容量,对传感器等负章节所述。实际使用时必须考虑电源容量,对传感器等负载而言,载而言,PLCPLC内部内部DC24VDC24V电源对外提供的容量随扩展元件数电源对外提供的容量随扩展元件数增加而减小,增加而减小,DC24VDC24V内部电源一般不允许与其它内部电源一般不允许与其它DC24VDC24V电源电源并接,使用时应加以注意。并接,使用时应加以注意。图8-2 电源控制线路(二二)输入端连接:输入端连接:连接时应注意以下几个问题:连接时应注意以下几个问题:1)1)输入回路是否需要外

    18、接电源输入回路是否需要外接电源?2)2)要接什么类型电源要接什么类型电源(交流直流交流直流)?)?3)3)电源的幅值多少、频率多少,极性要求如何电源的幅值多少、频率多少,极性要求如何?根据以往经验,一般在选型时可选择无电压汇根据以往经验,一般在选型时可选择无电压汇流形式,这种输入电路使用时较为方便。实际应用流形式,这种输入电路使用时较为方便。实际应用中,许多传感器采用集电极开路输出方式来匹配接中,许多传感器采用集电极开路输出方式来匹配接口电平,使用这类传感器时必须在其集电极上加驱口电平,使用这类传感器时必须在其集电极上加驱动电源。动电源。PLCPLC产品在设计时已考虑到这种应用形式,产品在设计

    19、时已考虑到这种应用形式,因而在因而在PLCPLC内部增加了可向外部传感器供电的电源内部增加了可向外部传感器供电的电源(如西门子(如西门子S7-200 PLCS7-200 PLC可提供电流值如表可提供电流值如表(6(62 2所所示示)。a)无电压汇流 b)交直流汇流 c)交流汇流图8-3 PLC输入回路(三三)输入点数统计输入点数统计系统设计中所需输入点数,一般最简单的方法就是统计系统设计中所需输入点数,一般最简单的方法就是统计输入到输入到PLCPLC的信号个数作为的信号个数作为PLCPLC输入点需求量,然而实际应用输入点需求量,然而实际应用中必须考虑系统成本,尽可能减少输人点数。因为有些信号中

    20、必须考虑系统成本,尽可能减少输人点数。因为有些信号的出现是限制在系统工作某个特定条件下的出现是限制在系统工作某个特定条件下(例如手动状态下例如手动状态下的指令信号不会出现在自动工作状态的指令信号不会出现在自动工作状态)。因此,我们在系统。因此,我们在系统硬件设计时,可根据系统控制的不同工作状态,将信号划分硬件设计时,可根据系统控制的不同工作状态,将信号划分到相应的程序模块中,在保证输入信号正确可靠的前提下,到相应的程序模块中,在保证输入信号正确可靠的前提下,合理地将多个信号共用一个输入通道。例如系统中有两个分合理地将多个信号共用一个输入通道。例如系统中有两个分属不同程序块的输入信号,其基本实施

    21、的构思如图属不同程序块的输入信号,其基本实施的构思如图8-48-4所示。所示。图8-4 软件流程图及硬件图 如果系统中信号不能保证出现在相应程序块运行阶段,简单地套用上述方法,系统会因输入信号混淆而出错。因此,较为严谨的方法是采用信号选通控制方式,这样就可避免共用通道信号间的相互干扰而误动作,线路原理如图8-5示。当需采集K1、K2、K3信号时,程序将Y1置“1”,KA线圈得电,输人端的COMl与COM联接,选通K类信号,同时COM2与COM断开,SQ类信号无法输人。反之Y1为“0”,COM2与COM连接,COMl与COM断开,输人选通SQ类信号。图图8-5 8-5 输入电路选通输入电路选通(

    22、四四)输出端连接输出端连接各种元件的输出原理图如图各种元件的输出原理图如图8-68-6所示,联接输出所示,联接输出时应引起注意的是:时应引起注意的是:1 1)负载电源类型)负载电源类型(交直流任意或指定其中一种交直流任意或指定其中一种)。2 2)负载电源的幅值和极性要求。)负载电源的幅值和极性要求。3 3)负载容量和性质。)负载容量和性质。PLCPLC输出端对电源有具体要求,必须按照要求选输出端对电源有具体要求,必须按照要求选用。例如选用晶闸管元件作输出模块,电源误用直流,用。例如选用晶闸管元件作输出模块,电源误用直流,那么输出晶闸管一经能触发,该管子将无法关断。另那么输出晶闸管一经能触发,该

    23、管子将无法关断。另外,还要根据输出负载的性质,考虑采取相应保护电外,还要根据输出负载的性质,考虑采取相应保护电路。输出保护电路如图路。输出保护电路如图8-78-7示,因为当感性负载中的示,因为当感性负载中的电流突然中止时电流突然中止时(输出由输出由ONON到到OFF)OFF),就会产生一个很,就会产生一个很高的尖峰电压,若不抑制该尖峰电压,就可能损坏输高的尖峰电压,若不抑制该尖峰电压,就可能损坏输出模块。出模块。a)继电器输出 b)晶闸管输出 c)晶体管输出图8-6 PLC输出电路图8-7 输出保护电路(五五)输出点统计输出点统计PLCPLC的输出点具有一定的带载能力。在输出元件负载容量的输出

    24、点具有一定的带载能力。在输出元件负载容量允许的情况下,可直接驱动负载。若负载需多付触点或输出允许的情况下,可直接驱动负载。若负载需多付触点或输出点驱动容量不够的情况下,通常由点驱动容量不够的情况下,通常由PLCPLC输出点驱动接触器线圈输出点驱动接触器线圈或其他执行元件(如中间继电器等),由接触器或其他执行或其他执行元件(如中间继电器等),由接触器或其他执行元件再去驱动负载。一般情况下,元件再去驱动负载。一般情况下,PLCPLC控制几个负载控制几个负载(不同时不同时通断通断),就需几个输出点。若考虑系统今后功能扩展,可增加,就需几个输出点。若考虑系统今后功能扩展,可增加一定余量(一定余量(20

    25、20)的输出点作备用。)的输出点作备用。(六六)用户程序内存占用量估算用户程序内存占用量估算用户应用程序存放的内存必须具有系统掉电保持功能用户应用程序存放的内存必须具有系统掉电保持功能(即即系统掉电后仍能保持内存内容不变系统掉电后仍能保持内存内容不变)。常用的内存有。常用的内存有EPROMEPROM、EEPROMEEPROM、和带锂电池供电的、和带锂电池供电的RAMRAM。一些微型和小型。一些微型和小型PLCPLC的存储的存储容量一般是固定的容量一般是固定的(不可扩充不可扩充),介于,介于1K1K和几和几K K之间(近几年产之间(近几年产品其容量较大,最大品其容量较大,最大32KB32KB),

    26、内存容量大小与),内存容量大小与PLCPLC的输入输的输入输出点数成正比。而中、大型出点数成正比。而中、大型PLCPLC的指令系统较丰富,用户应用的指令系统较丰富,用户应用程序长短除了与程序长短除了与I IO O点数相关外,还与程序采用功能指令多点数相关外,还与程序采用功能指令多少密切相关。由指令系统可知,少密切相关。由指令系统可知,PLCPLC的一条基本指令一般占用的一条基本指令一般占用一个步数内存,而有的一条功能指令却可占用十几步。因此,一个步数内存,而有的一条功能指令却可占用十几步。因此,中、大型中、大型PLCPLC的用户程序内存可按的用户程序内存可按1K1K、2K2K、3K3K、4K4

    27、K、8K8K、等等单位扩充,用户在配置单位扩充,用户在配置PLCPLC内存时可按下式估算用户程序步数:内存时可按下式估算用户程序步数:A=(1+K1)A=(1+K1)输出点数输出点数+(2+K2)+(2+K2)计时器点数计时器点数+(3+K3)+(3+K3)计计数器点数数器点数+功能指令数功能指令数K4K4实际选用时再考虑实际选用时再考虑2525余量:余量:A A=(1+0.25)=(1+0.25)A A式中的式中的K1K1为平均组成驱动输出点的点数为平均组成驱动输出点的点数(梯形图中控制一梯形图中控制一个个OUTOUT指令左侧的控制逻辑平均点数指令左侧的控制逻辑平均点数),根据程序可在,根据

    28、程序可在5 51010间取值。间取值。K2K2为平均组成驱动计时器的点数,根据程序取值为平均组成驱动计时器的点数,根据程序取值2 25(5(括号内数值括号内数值2 2为计时器输出指令步数为计时器输出指令步数)。K3K3为平均组成驱为平均组成驱动计数器的点数,根据程序取值动计数器的点数,根据程序取值2 25(5(括号内数值括号内数值3 3为计数器为计数器输出指令步数输出指令步数)。K4K4为功能指令平均步数,根据程序取值为功能指令平均步数,根据程序取值7 71313。四、四、PLCPLC的编程方法及程序设计注意事项的编程方法及程序设计注意事项PLCPLC是专为工业控制而开发的一种控制器,它的程序

    29、编制、是专为工业控制而开发的一种控制器,它的程序编制、安装、调试及维护工作主要由生产一线的电气技术人员和高级安装、调试及维护工作主要由生产一线的电气技术人员和高级电工承担,因此电工承担,因此PLCPLC从硬件结构到操作系统的设计都以尽可能从硬件结构到操作系统的设计都以尽可能地使用户能够很快地掌握它的应用为原则。地使用户能够很快地掌握它的应用为原则。(一一)命令语句表达式编程命令语句表达式编程1 1、基本格式、基本格式 在许多超小型在许多超小型PLCPLC产品中,设有产品中,设有CRTCRT图形显示器,用户编制图形显示器,用户编制的程序用一系列的程序用一系列PLCPLC指令语句将控制逻辑关系表达

    30、出来,并通指令语句将控制逻辑关系表达出来,并通过简易编程器将指令逐条键人过简易编程器将指令逐条键人PLCPLC内存中。内存中。PLCPLC的指令与微机的的指令与微机的汇编指令很相似,每条指令规定了汇编指令很相似,每条指令规定了CPUCPU如何处理信息和数据。如何处理信息和数据。目前不同型号的目前不同型号的PLCPLC指令不同,但其表达式却大致相同。指令不同,但其表达式却大致相同。PLCPLC指令:操作码指令:操作码+操作数;操作数;操作码操作码指定执行什么功能;指定执行什么功能;操作数操作数指定执行某一功能操作所需要数据的所在地址指定执行某一功能操作所需要数据的所在地址(字地址或位地址字地址或

    31、位地址)及运算处理结果的存放地址。及运算处理结果的存放地址。2 2、编程规则、编程规则1)1)程序以指令列按序编制,在无跳转指令情况程序以指令列按序编制,在无跳转指令情况下,下,PLCPLC按序逐条由上至下地执行指令,执行到最后按序逐条由上至下地执行指令,执行到最后一条一条ENDEND结束指令后,再从头开始循环。结束指令后,再从头开始循环。2)2)操作数必须是机器所允许范围内的数值,数操作数必须是机器所允许范围内的数值,数值超出允许使用范围将引起程序出错值超出允许使用范围将引起程序出错(有些有些PLCPLC在键在键人指令时具有操作数超出允许范围出错提示功能人指令时具有操作数超出允许范围出错提示

    32、功能)。3)3)命令语句表达式指令编程与梯形图编程相互命令语句表达式指令编程与梯形图编程相互对应,两者可以相互转换,一一对应。对应,两者可以相互转换,一一对应。(二二)梯形图编程梯形图编程梯形图是梯形图是PLCPLC编程的一种主要方式,它是在电气编程的一种主要方式,它是在电气控制系统中的常用继电接触器原理图基础上演变而控制系统中的常用继电接触器原理图基础上演变而来的,两者在术语上有所不同,但含义相似。表来的,两者在术语上有所不同,但含义相似。表8-18-1所示继电系统和所示继电系统和PLCPLC系统间的术语关系。系统间的术语关系。表表8-1 8-1 术语术语关系关系继电术语相应PLC中名称常开

    33、接点通常断开条件接点输入或条件常闭接点通常闭合条件线圈输出或工作位时间继电器计时器 1、梯形图基本结构 梯形图是在原电气控制系统中的继电接触器电气原理图基础上演变而来。梯形图由多个梯级组成,每个输出元素(指令)构成一个梯级,每个梯级由梯形图最左侧的垂线(母线)出发,沿着分支安排控制接点(常开,常闭),组成输出执行指令的控制逻辑,这些控制逻辑决定了右侧输出元素(指令)何时及如何执行。如图8-8所示,梯形图与电气原理图相似,给人以一目了然的清晰感,这对于从事电气控制领域工作的工程技术人员尤为合适,是目前可编程序控制器最主要的编程方法。2、梯形图编程规则及注意事项 可编程序控制器实际上是一种由微处理

    34、器构成的工业控制器。因此,其工作原理及方式与计算机相同,具有计算机汇编语言的若干特点。编制梯形图程序时应充分考虑以下问题:1)几个串联支路相并联,应将接点多的支路安排在梯级的上面(见图8-9);几个并联回路的串联,应将接点多的并联回路安排在左面(见图810)。按这样规则编制的梯形图可减少用户程序步数,缩短程序扫描时间。图8-9 梯形图画法之一 图8-10 梯形图画法之二 在图8-9中:图a程序 图b程序 LD Y000 LD X002 LD X000 AND X003 ANI X001 AND X004 ORB LD X000 LD X002 ANI X001 AND X003 ORB AND

    35、 X004 OR Y000 ORB OUT Y000 OUT Y000由此可见,图a和图b梯形图控制功能完全一样,但图a梯形图程序比图b多一条ORB指令。在图在图8-108-10中:中:图图a a程序程序 图图b b程序程序 LDI X000 LD X000LDI X000 LD X000LD X003 AND X001LD X003 AND X001 OR X004 OR X002OR X004 OR X002 ANB LD X003 ANB LD X003 LD X000 OR X004 LD X000 OR X004 AND X001 ANB AND X001 ANB OR X002 A

    36、NI X000 OR X002 ANI X000 ANB OUT Y000 ANB OUT Y000 OUT Y000 OUT Y000 同样,图同样,图a a程序比图程序比图b b多一条多一条ANBANB指令。指令。2)2)梯梯形形图图编编程程可可采采用用相相应应可可编编程程序序控控制制器器的的梯梯形形图图编编程程软软件件,如如三三菱菱公公司司的的MEDOCMEDOC、PC-FXGP/WINPC-FXGP/WIN软软件件,西西门门子子STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN软软件件和和触触摸摸屏屏设设计计支支持持软软件件GP-PRO/PBGP-PRO/PB、ProTool

    37、 ProTool Pro Pro RTRT、WinCC WinCC FlexibleFlexible。但但在在手手工工绘绘制制梯梯形形图图时时应应注注意意:触触点点应应画画在在水水平平线线上上,不不要要画画在在垂垂线线上上;不不包包含含接接点点的的分分支支应应画画在在垂垂线线上上,不不要要画画在在水水平平线线上上,以以便便识识别别触触点点逻逻辑辑组组合合和和对对输输出出和和指指令令执执行行的的路路径径。如如图图8-118-11所所示示,左左图图无无法法采采用用逻逻辑辑指指令令编编程程,经经修修改改后后的的右右图图成成为为逻逻辑辑相相同同的的可可编编程程梯梯形形图图。图图8-128-12给给出出

    38、另另一一个个例例子子,将将左左图图的的梯梯形形图图按按梯梯形形图图规规则则重重画画后后,成成为便于编程和控制路径清晰的右图。为便于编程和控制路径清晰的右图。图8-11 梯形图画法之三图8-12 梯形图画法之四 3)3)梯形图和命令语句表达式编程具有一一对应关梯形图和命令语句表达式编程具有一一对应关系。由梯形图转换成命令语句必须按照从左到右、自系。由梯形图转换成命令语句必须按照从左到右、自上而下的原则进行。在编写复杂梯形图时,常需要将上而下的原则进行。在编写复杂梯形图时,常需要将梯形图分割成大的逻辑块,然后再对大的逻辑块分割,梯形图分割成大的逻辑块,然后再对大的逻辑块分割,直到分割的若干块可以直

    39、接使用直到分割的若干块可以直接使用“与与”、“或或”指令。指令。对逻辑块程序仍按上述原则,先将小的逻辑块联接,对逻辑块程序仍按上述原则,先将小的逻辑块联接,再联接大一些的逻辑块,连接时采用相应再联接大一些的逻辑块,连接时采用相应“逻辑块与逻辑块与”或或“逻辑块或逻辑块或”命令。以图命令。以图8-138-13所示梯形图为例,所示梯形图为例,其编程顺序如图其编程顺序如图8-148-14所示。所示。地址指令操作数;指令说明0000LDX002;取常开接点X0020001ANDX003;逻辑“与”常开接点X003,形成逻辑块10002LDX000;取常开接点X0000003ANDX001;逻辑“与”常

    40、开接点X001,形成逻辑块20004ORB;逻辑块l和逻辑块2“块或”,形成逻辑块30005ORY000;“或”常开接点Y000,形成逻辑块40006LDX004;逻辑块5开始,取常开接点X0040007ANDX005;逻辑“与”常开接点X005,形成逻辑块50008ORX010;逻辑“或”常开接点X010,形成逻辑块60009ANB ;逻辑块4和逻辑块6“块与”,形成逻辑块70010ANDX006;逻辑“与”常开接点X0060011ANDX007;逻辑“与”常开接点X0070012OUTY000;输出Y00图8-13 梯形图示例图8-14 编程顺 序示意图4)4)指指令令安安排排顺顺序序和和

    41、位位置置对对程程序序执执行行结结果果会会有有影影响响,从从可可编编程程序序控控制制器器原原理理介介绍绍一一开开始始,我我们们就就强强调调PLCPLC具具有有计计算算机机所所决决定定的的工工作作特特征征,尽尽管管PLCPLC执执行行指指令令的的速速度度极极快快,但但它它毕毕竟竟只只能能一一条条一一条条扫扫描描。最最后后集集中中输输出出指指令令,一一旦旦程程序序启启动动运运行行,CPUCPU自自上上而而下下循循环环扫扫描描,检检查查所所有有条条件件并并执执行行所所有有与与母母线线相相连连的的指指令令,执执行行到到ENDEND指指令令后后再再从从头头开开始始循循环环扫扫描描,编编程程时时将将指指令令

    42、按按适适当当顺顺序序放放置置是是相相当当重重要要。例例如如图图8-15a8-15a程程序序段段A A的的设设计计意意图图是是每每隔隔一一小小时时使使C10C10接接通通一一次次,程程序序中中利利用用定定时时器器T00T00每每1min1min接接通通一一次次的的脉脉冲冲信信号号作作为为计计数数器器C10C10的的输输入入,C10C10计计满满100100次次后后发发出出一一脉脉冲冲信信号号。但但按按照照PLCPLC梯梯形形图图工工作作原原理理,当当程程序序正正好好执执行行到到c c或或d d瞬瞬间间,T00T00定定时时时时间间到到,T00T00常常开开闭闭合合,C10C10的的信信号号有有效

    43、效,C10C10作作减减一一计计数数;而而当当程程序序执执行行到到b b、e e、f f、g g及及b b点点之之前前或或g g点点之之后后的的任任一一瞬瞬间间,T00T00定定时时时时间间到到,C10C10均均不不能能得得到到T00T00接接通通的的脉脉冲冲信信号号。例例如如程程序序扫扫描描到到C10C10指指令令时时,T00T00定定时时尚尚未未到到,T00T00信信号号为为零零,接接着着TOOTOO计计时时到到,其其常常开开接接点点闭闭合合,常常闭闭接接点点断断开开,在在下下一一个个扫扫描描周周期期中中的的b b点点,LDI LDI T00T00将将T00T00的的“1 1”取取非非得得

    44、“0 0”,执执行行OUT OUT T00T00指指令令时时将将T00T00复复位位,T00T00常常开开接接点点打打开开,常常闭闭闭闭合合,计计数数器器输输入入端端仍仍无无“1 1”信信号号输输人人,这这样样C10C10将将漏漏计计TOOTOO一一次次脉脉冲冲信信号号而而产产生生定定时时错错误误。如如果果将将程程序序略略作作修修改改,加加入入一一个个集集中中过过渡渡信信号号,程程序就能正常运行了序就能正常运行了(如图如图8-15b8-15b所示所示)。图8-15 编程分析a)计数器错开编程 b)计数器改进编程5)5)信号电平有效和跳变有效问题。在信号电平有效和跳变有效问题。在PLCPLC指令

    45、中有些指指令中有些指令条件是以信号跳变为执行条件的,它与电平触发有本质区令条件是以信号跳变为执行条件的,它与电平触发有本质区别。例如别。例如PLCPLC指令系统中的指令系统中的PLSPLS指令仅在输入信号指令仅在输入信号X0X0有效的上有效的上升沿使升沿使M0M0输出有效,置位指令使输出有效,置位指令使Y0Y0置位置位“1 1”。PLFPLF指令在输指令在输入信号入信号X1X1有效的下升沿使有效的下升沿使M1M1输出有效,复位指令使输出有效,复位指令使Y0Y0复位复位“0 0”。其梯行图和脉冲波形图如图。其梯行图和脉冲波形图如图8-168-16所示。同样在所示。同样在PLCPLC的的功能指令中

    46、,一般指令都为电平有效,若需要指令在执行条功能指令中,一般指令都为电平有效,若需要指令在执行条件满足后仅执行一次,就必须用微分执行功能,如三菱件满足后仅执行一次,就必须用微分执行功能,如三菱FXFX系系统统PCPC在相应功能指令后加在相应功能指令后加P P,该指令就成为只执行一次的微,该指令就成为只执行一次的微分功能指令。分析图分功能指令。分析图8 817a17a和和b b中程序我们可了解微分执行中程序我们可了解微分执行功能的用途。设输人信号功能的用途。设输人信号X3X3接通,且接通时间为接通,且接通时间为n n个扫描周个扫描周期期(一般无法精确控制接通时间一般无法精确控制接通时间),则图,则

    47、图a a程序程序D0D0中内容为中内容为(DO)+(DO)+n n(D1)(D1),而图,而图b b程序中程序中DODO内容为内容为(DO)+(D1)(DO)+(D1)。上例中的。上例中的程序看似一样,但结果大不相同,编程时应加以注意。程序看似一样,但结果大不相同,编程时应加以注意。图816 脉冲输出指令信号a)梯行图 b)波形图图8-17 微分执行功能6)6)有效输入信号的电平保持时间。有效输入信号的电平保持时间。PLCPLC的工作方式是采的工作方式是采用集中采样,集中输出形式,如用集中采样,集中输出形式,如 图图8-188-18示。示。PLCPLC运行时运行时扫描周期扫描周期T T,其中,

    48、其中t1t1为输入采样阶段,为输入采样阶段,t t为程序指令执行阶为程序指令执行阶段,段,t2t2为输出阶段,即为输出阶段,即T T=t1t1+t t+t2t2。如果输入信号电。如果输入信号电平保持时间平保持时间titi T T,那么,那么PCPC就不能保证采到这个输入信号。就不能保证采到这个输入信号。如果要保证输入信号有效,输入信号的电平保持时间必须如果要保证输入信号有效,输入信号的电平保持时间必须大于大于PLCPLC工作扫描周期。工作扫描周期。图8-18 输入信号与扫描周期关系7)7)线圈重复输出问题。线圈重复输出问题。PLCPLC自检功能中具有线圈重复自检功能中具有线圈重复输出出错提示功

    49、能,这条提示功能是指用户程序中出现输出出错提示功能,这条提示功能是指用户程序中出现了同一编号元素有两次以上输出情况。一般来说,了同一编号元素有两次以上输出情况。一般来说,PLCPLC用用户程序中不允许出现重复输出编程,其原因是户程序中不允许出现重复输出编程,其原因是PLCPLC在执行在执行程序时将运行结果存入相应元素的映像寄存器中,如果程序时将运行结果存入相应元素的映像寄存器中,如果同一编号元素在一个扫描周期中输出两次以上,也就是同一编号元素在一个扫描周期中输出两次以上,也就是说对该元素进行了两次以上运算输出,当运算结果不一说对该元素进行了两次以上运算输出,当运算结果不一致时,最后输出状态取决

    50、于后一次写人映像寄存器的运致时,最后输出状态取决于后一次写人映像寄存器的运行结果。然而有两种情况下的行结果。然而有两种情况下的“重复输出重复输出”是允许的:是允许的:第一种情况对输出继电器而言,如果能保证在一次扫描第一种情况对输出继电器而言,如果能保证在一次扫描运行中只执行一次输出,则这种运行中只执行一次输出,则这种“重复输出重复输出”是允许的。是允许的。如图如图8-198-19所示,虽然程序段所示,虽然程序段A A和程序段和程序段B B中都有中都有OUT Y501OUT Y501指令,但程序执行过程中不可能在一个扫描周期中同时指令,但程序执行过程中不可能在一个扫描周期中同时执行程序段执行程序


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