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PLC限制系统的应用与设计
1.1PLC设计的基本原则和步骤一个实际的PLC限制系统是以PLC为核心组成的电气限制系统,实现对生产设备和工业过程的自动限制PLC限制系统设计的好坏干脆影响中这产品的质量和企业的生产效率,关系到企业的经济效益英雌,在设计PLC限制系统时要全面了解被限制对象的组成、特点、要求,同时力求使限制系统简洁、经济,并且运用及维护便利,同时还要保证限制系统平安牢靠PLC是一种特殊的计算机,在体系结构、运行,方式和编程语言等方面有别于一般计算机,因此在设计方法和步骤上有特殊性用户在运用PLC进行实际系统设计的过程中,会自觉地遵循肯定的方法和步骤虽然不能要求必需先做什么后做什么,具体应当怎么做,但必需遵循一些共同的原则,是PLC应用系统的设计方法和步骤符合科学化、工程化和标准化的要求设计原则及方法
1.系统设计的基本原则在进行PLC限制系统的设计时,一般应遵循以下几个原则
(1)完全满意对象的要求充分发挥PLC的功能,最大限度地满意被控对象的限制要求,是设计PLC限制系统最基本和最重要的要求,也是设计中最重要的一条原则这就要求设计人员在设计前就要深化现场进行调查探讨,收集现场的资料和相关的国内、国外的先进资料同时要留意和现场的工程管理人员,工程技术人员,现场操作人员紧密协作,拟定限制方案,共同解决设计中的重点问题和疑难问题
(2)在满意限制要求和技术指标的前提下,尽量是限制系统简洁、经济保证PLC抠门男之系统能够长期平安、牢靠、稳定运行,是设计系统限制的重要原则这就要设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑,以确保限制系统平安牢靠歹妆口,应当保证PLC程序不仅在正常条件下运行,而且在非正常状况下(如突然掉电再上电、按钮按错等),也能正常工作
(3)限制系统要平安牢靠一个新的限制工程当然能提高产品的质量和数量,带来巨大的经济效益和社会效益,但新工程的投入,技术的培训I设备的维护夜间个导致运行资金的增加因此,在满意限制要求的前提下,一方面要留意不断地扩大工程的效益,另一方面也要留意尽量降低工程的成本这就要求设计者不仅应当使限制系统简洁、经济、而且要使限制系统的运用和维护方面、成本低,不宜盲目追求自动化和iWj指标
(4)在设计是要给限制系统的容量和功能预留肯定的裕度,便于以后的调整和扩充由于技术的不断发展,限制系统的性能要求也会不断的提高,设计时要适当考虑今后限制系统发展和完善的须要这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时要适当留有裕量,以满意今后生产的发展和工艺的改进PLC限制系统的设计主要包括分析设计要求与工艺流程、PLC选型、程序设计与调试等几个方面1更具被控对象的特性及用户要求,拟定PLC限制系统的技术条件和设计指标,并写出具体的设计任务书,作为整个限制系统设计的依据2参考相关产品资料,选择开关种类、传感器类型、电气传动形式、继电器/接触器的容量以及电磁阀等执行机构3选择PLC的型号及成宿存储容量,确定各种模块的数量4绘制PLXC的输入/输出端子接线图5设计PLC限制系统的监控程序6输入程序并调试,依据设计任务书进行测试,提交测试报告7依据要求设计电气柜、模拟显示盘和非标准电气元部件8编写设计说明书等设计文档
3.设计的主要内容1具体了解和分析被控对象的工艺条件,依据生产设备和生产过程的限制要求,分析被控对象的机构和运行过程,明确动作的逻辑关系动作依次、动作条件和必须要加入的连锁爱护及系统的操作方式手动、自动等2依据被控对象对PLC限制系统的技术指标,确定所需输入/输出信号点数,选配适当的PLC3依据限制要求有规则、有目的地输入输/出点I/O安排,设计PLC的I/O电气接口图PLC的I/O口输入/输出设备的连接图绘出接线图并接线施工,完成硬件设计4依据生产工艺的要求画出系统的工艺流程图5依据系统的工艺流程图设计出梯形图,同时可进行电气限制柜的设计和施工6如用编程器,需将梯形图转换成相应的指令并输入到PLC在中7调试程序,先进行模拟调试,然后在进行系统调试调试时可模拟用户输入设备的信号给PLC输出设备科短暂不接,输出信号可通过PLC主机的输出指示灯监控通断变更,对于内部数据的变更和个输出点的变更依次,可在上位计算机上运行软件的监控功能,查看运行动作时序图,或者借助于编程器的监控功能8程序模拟调试通过后,接入现场实际限制系统与输入/输出设备联机调试,如不满意求,再修改程序或检查更改接线,直至满意要求调试胜利后做程序备份,同时提交测试报告9编写有关技术文件包括系统的操作方法、I/O电气接口图、流程图、程序及注释文件、故障分析及解除方法等,完成整个PLC限制系统的设计以上是设计一个PLC限制系统的大致步骤具体的系统设计要依据系统规模的大小、限制要求的困难程度、限制程序步数的多少来敏捷处理,有的步骤可以省略,也可以进行适当的调整生产工艺流程的特点和要求是设计PLC限制系统的主要依据,所以必需具体了解和分析对象的特性设计任务安排书一般应包括一家几个方面1限制系统的名称2限制系统的任务和范围再设计任务书中指明限制对象的范围,必需完成的动作,包括动作时序和方式手动/自自动、点动、间断、连续等等3检测和限制的参数表I/O安排表依据工艺指标、操作要求和平安措施等确定检测点和限制点的含义、数量、量程、精度、特性、安装位置等一般在满意限制要求和技术指标的前提下,检测点和限制点应尽可能地少,冰球精度要求也应以满意实际须要为准,否则将使限制系统困难化,增加系统成本4确定系统中参水之间的关系明确在限制过程中各输入/输出量之间的先后依次和逻辑关系PLC的选型PLC是一种通用的智能化工业限制设备,其档次和功能能面对各种的应用,众多的生产厂家供应了各种系列且功能各异的产品目前常见的国内外PLC产品的型号有几百种这为用户供应了广泛的选择余地,但也给一般用户的选型带来一些不便,下面简要介绍了如何合理的进行选型,以组成经济适用的限制系统PLC的形式与规模的选择PLC的选型前提是在功能上应满意生产过程的工艺要求对于只含有开关量限制的系统,一般的小型PLC即可满意要求,不须要特殊考虑PLC的扫描速度假如被控对象以开关量限制为主只有少量的模拟量限制,则可考虑少容量、高性能的机型这类PLC除了开关量限制处理,还具有较强算数运算和数据处理等功能对于模拟量限制的系统选型时,就须要考虑PLC的扫描速度困难的限制系统一般含有较多的开关量输入/输出、PID运算、闭环限制和快速响应等功能,但价格较高对于更困难的限制系统,其限制点既多又分散,一般要求较快的响应速度,并具有数据处理、文件管理、分析决策等功能,就要选用具有通信联网等功能的PLC系统,已组成分布式工业限制网络PLC的选型与容量的选择PLC机型的选择依据限制系统的功能要求和容量来选择PLC首先是PLC生产厂家的选择,在完成相同功能的状况下,选择厂家在考虑牢靠性的同时兼顾经济性接下来依据生产厂家供应的技术资料选择机型,留意考虑输出类型如晶体管型、继电器型和晶闸管型、I/O点数和工作电源等假如电气限制柜还需与其它限制柜联网运行,选型时还需考虑有无联网功能对于工艺过程相对稳定、运用环境相对较差的场合,宜选用整体式PLC对于较困难的系统,可选用模块式PLC以便于调整、扩充以及快速便利地推断与处理故障此外,对于一个生产企业而言,应尽量运用机型统一,以便于系统的设计、管理、运用、扩展和维护PLC容量的选择LI/O点数的估算依据被控对象的输入信号的总点数,再考虑15%〜20%的备用容量,以便以后的调整和扩充.用户程序存储器容量的估算用户程序存储器容量与很多因素有关,如I/O点数、运算处理量以及程序的结构等,因此不行能预先精确的估算出程序容量,只能作粗略的估算一些项目所占用的存储空间可依据表7-1中的原则进行估算表7-1程序存储器容量的配置原则最终按所所估算的总步数在加100%的备用量须要留意的是,有些小型PLC的用户程序存储器容量时固定的,在选择使要充分考虑.开挂量输入/输出模块的选择不同的开关量I/O模块的电路组成不同,开挂量I/O模块的选择主要是依据点数、电路结构、电压形式、电压范围等方面开关量输入模块的选择PLC的开关量输入模块用来检测来自现场(如按键、行程开关、接近开挂等)的通断信号,并经过隔离对开关量输入模块,主要是选择点数和输入电压形式输入电压一般有24V的直流和110V或220V的沟通选择输入模块应考虑一下几点1)输入模块的工作电压应尽量与现场的输入设备(有源的)一样,这样就可以省掉转换环节2)高密度的输入模块,如32点或64点,应受工作电压,工作电流和环境温度的限制一般可同时接通的点数不得超过该模块输入点数的60%3)留意输入信号的类型及电压等级开关量输入模块有直流输入、沟通输入好和沟通/直流输入三种类型,选择时主要考虑现场的输入信号的周五环境等因素直流输入模块的延迟时间较短,还可以干脆与接近开关、光电开关等电子输入设备连接;沟通输入模块的牢靠性好,适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下运用开关量输入模块的输入电压等级有直流5V、12V、24V、48V、60V等以及沟通110V、220V等选择时主要依据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑一般5V、12V、24V用在传输距离较近的场合,如5V输入模块最远不得超过10米距离较远的应选用输入电压等级较高的模块4)留意输入接线方式开关量输入模块主要有汇点式的开关量输入模块的全部输入点共用一个公共端(COM);而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组,每一组(几个输入点)有一个公共端,各组之间是分割的分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高假如输入信号之间要分隔,一般选用汇点式的5)留意同时接通点数量UI与选用高密度的输入模块(如32点、48点等)应考虑莫开同时接通的点数一般不要超过点数的60%.6)留意输入门槛电平为了提高系统的牢靠性,必需考虑输入门槛电平的大小门槛电平越高,抗干扰实力越强,传输距离也越远,具体可参阅PLC的运用手册开关量输入模块的选择PLC的输出模块是将其内部的低电平限制信号经隔离后转换成外部所需电平的输出信号以驱动外部负载,并实现PLC内部信号的电气隔离对开关量输出模块,主要是选择其点数和输出方式选择时主要应考虑一下几个方面])辎j出方^式i继电器输出可运用随意沟通或直流工作电源,价格相对便宜,输出电压适应范围广,导通压降小,承受瞬时过电压和过电流的实力强,具有隔离作用但继电器触点的响应速度慢,工作寿命较短,适用于动作不常见的交直流负载,在驱动感性负载时,最高通断频率不超过1Hz晶体管(运用直流工作电源)和晶闸管输出(运用沟通工作电源)都为无触点开挂输出,适用于驱动常见的负载此外还要留意具体的输出方式开挂量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式分组式输出低几个输出点为一组,一组有一个公共端,各输出点之间相互隔离选择时主要依据PLC输出设备的电源类型的电压等级而定一般整体式PLC既有分组式输出,也有分隔式输出2)输出电压(电流)输出模块的输出电压(电流)必需大于负载电压(电流)的额定值,并留有足够的余量3)驱动实力开关量输出模块的输出电流(驱动实力)必需大于PLC外接输出设备的而定电流用户依据实际输出设备的电流的小来选择输出模块的输出电流假如实际输出设备的电流较的,输出模块无法干脆驱动,可在增大中间放大环节,常见的放大环节可采纳接触器、晶闸管多固态继电器4)允许同时接通的输出点数选择开关量输出模块时,还应考虑同时接通的输出的数量不但要看一个输出点的驱动实力,还要保证不超过公共端(COM端)所允许的电流值同时接通输出设备的累积电流值必需小于公共端所允通过的电流值,如一个220V/2A的8点输出模块,每个输出点可承受2A的电流但输出公共端允许通过的电流并不是16A(8*2A)通常要比此值小得多一般来讲,同时接通的点数不要超出同一个公共端输出点数的60虬
4.模拟量输入/输出模块的选择1)模拟量输入模块的选择电源模块的选择仅对于模块式PLC而言对于整体式PLC不存在这样的状况电源模块的选择主要考虑电源输出而定电流的电源输入电压电源模块的输出而定电流必需大于CPU模块、I/O模块和其它特殊模块等小号电流的总和,同时还应考虑今后I/O模块的扩展等因素;电源输入电压一般依据现场的实际须要而定2)编程器的选择对于小型限制系统或不须要在线编程的系统,一般选用价格便宜的简易编程器对于由中、高档PLC够成的困难系统或须要在线编程的PLC系统,可选配功能强、编程便利的智能编程器,但智能编程器价格较高假如有现成的计算机,也可以选用PLC的编程软件,在计算机上实现编程、调试和监控的功能3)写入器的选择为了防止有与干扰器或锂电池电压不足而破坏RAM中的用户程序,可选用EPROM写入器,通过它将用户程序固化在EPROM/EEPROM中当然有些PLC货其他编程器本身就具有EPROM/EEPROM写入的功能以上简要的介绍了PLC选型的一般依据和通常需考虑的几个因素,设计者应依据实际的须要综合考虑,选择性能价格比较社和的产品,完全满意被控对象的限制要求,充分发挥PLC的功能,并兼顾到系统的可扩充性
7.机型尽量统一对于生茶企业而言,应尽量做到PLC的机型统一,主要是基于以下3个方面的考虑1机型统一时模块可以互为备用,便于备品、备件的选购和管理2机型统一则功能和运用方法类似,有利于技术人员的培训和技术水平的提高3机型统一时其外部设备通用,资源科共享,易于互联网通信,配置上位计算机易于够成分布式限制系统3系统设设计PLC应用系统的设计一般包括硬件设计和软件设计两部分,硬件设计一般相对比较简洁,通常在输入/输出选型后将外部设备连到PLC即可软件设计通常是用梯形图将限制任务描述出来,实现相应的限制功能所以画梯形图即软件设计是PLC应用系统设计的核心任务,在设计时可以从以下几个方面考虑PLC程序的内容PLC应用程序应最大限度地满意被控对象的限制要求,在构思程序主题的框架后,要以它为主线,逐一编写实现各限制功能或各子任务的程序进过不断的调整和完善使程序能完成全部功能的限制功能PLC应用程序通常应包括以下价格方面的内容1在PLC上电后,一般都要最一些初始化的操作其作用是为启动做必要的打算,并避开系统发生误动作初始化程序的主要能容包括将某些数据去和计数器进行清零、是某些数据去回复全部数据、对某些输出量置位或复位一件显示某些初始状态等2检测、故障和显示程序应用程序一般都设有检测、故障诊断和显示程序等内容这些内容可以在程序设计基本完成时在进行添加,也可以是相对独立的程序段3爱护和连锁程序在各种应用系统中,爱护和连锁是不行缺少的部分它可以杜绝由非法操作而硬气的限制逻辑混乱,保证系统的运行更平安、更牢靠因此在程序设计中要细致考虑爱护和连锁的问题同时在PLC外部通常也须要设置连锁和爱护措施,如电动机正反转限制中两个接触器的互锁等PLC程序设计的要求对你同一个限制要求,即使选用同一个机型的PLC用不同的设计方法所编写的程序,其结构也可能不同尽管儿种程序都可以实现同一限制功能,但程序的质量却可能差别很大一个陈工序的质量可以由一下几个方面来衡量1程序正确性应用程序的好坏,UI根本的一条就是正确所谓正确的程序必需能经得起系统运行实践的考验,离开这一条对成需所做的评价都是没有意义的
(2)程序的牢靠性好的应用程序可以保证系统在正常和非正常(短时掉电再上电、某些被控量超标、某个环节出故障等)工作条件下都能平安牢靠的运行,也能保证在出现非法操作(如按动或误触动不该动作的按钮)等状况下不至于出现系统限制失误
(3)参数的调整性PLC限制的优越性之一就是敏捷性好,简洁通过修改程序或参数而变更系统的某些功能例如,有的系统在肯定状况下须要变动某些限制量的参数(如定时器或计数器的设定值等),在设计程序时必需考虑怎样编写才易于修改
(4)程序的简练编写的程序尽可能地简练,削减程序的语句,一般可以削减程序的扫描时间提高PLC对输入信号的响应速度当然,假如过多的运用那些执行时间较长的指令,有事虽然程序的语句较少,但是其执行时间也不肯定短
(5)程序的可读性程序不仅个设计者看,系统的维护人员也要看另外,为了有利于沟通,也要求程序有肯定的可读性PLC程序的设计方法在确定了PLC的程序结构后,就要具体地设计程序了编写PLC限制程序的方法很多,这里主要的介绍了鸡根典型的编程方法
(1)图解法编程图解法是靠画图来进行PLC程序设计常见的主要有梯形图法、逻辑流程图、时序流程图和步进顺控法1)梯形图法梯形图法是梯形图语言去编程PLC程序这时一种仿照继电器限制系统的编程方法其图形甚至元件名称都与继电器限制电路特别相近这种方法很简洁就把原继电器限制方法移植成PLC的梯形语言对于熟识继电器限制方法的人来说,这时最便利的一种编程方法2)逻辑流程图法逻辑流程图法是用逻辑框图来表示PLC程序的执行过程反应输入与输出的关系逻辑流程图法是吧系统的工艺流程用逻辑框图来表示出来这种方法编写PLC限制程序逻辑思路清晰,输入与输出的因果关系及连锁条件明确逻辑流程图会使整个陈谷脉络清晰,便于分析限制程序、查找故障点和调试程序有事对一个困难的程序,干脆用语句表和用梯形图编写相应的程序3)时序流程图法时序流程图法是首先画出限制系统的时序图(即带某个时间应当进行哪项限制的限制时序图),在依据时序关系画出对应的限制人物的程序框图,最终把程序框图转换成PLC程序时序流程图法很适合于以时间为基准的限制系统的编程4)步进顺控法步进顺控法是在顺空指令的协作下设计困难的限制程序一般比较困难的程序都可以分成若干个功能比较简洁的程序段,一个程序段可以看成整个限制过程中的一步从总体上看,一个困难的限制过程是由这样若干个环节组成的限制系统的任务可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个环节的限制为此,不少PLC生产厂家在自的PLC中怎家了步进顺控指令在画完各个步进的状态流程图之后,可以利用步进顺控指令便利的编写限制程序
(2)阅历编程法阅历法是运用自己的或别人的阅历进行设计多数的设计前先选择与自己工艺要求相近的程序,把这些程序看成是自己的“试验程序:结合自己工程的实际状况,对这些“试验程序”逐一修改,使之适合自己的工程要求这里所说及阅历,有的是来自自己的阅历的总结,有的可能是别人的设计试验,须要日积月累,擅长不断总结3计算机协助设计编程计算机协助设计是通过PLC编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、在线调试很多制造商能供应计算机上进行软件仿真的软件包,是程序色设计和调试更加简便、此外,运用编程软件可以特别便利地在计算机上实现程序的存取、加密等文件的管理功能4移植设计法移植设计法是指在原来的继电器限制系统原理图的基础上经过等效处理而得到的梯形图的方法,相应的步骤编程包括以下几个方面1分析原有系统的工作原理,了解被控设备的工艺过程和机械的动作状况依据继电器电路图分析和驾驭限制系统的工作原理2PLC的I/O安排确定系统的输入设备和输出设备,进行PLC的I/O安排画出PLC的外部接线图3建立与其他元件的对应关系确定继电器电路图中的中间继电器、时间继电器等各器件与PLC中的协助继电器和定时的对应关系以上2和3两步建立了继电器电路图中全部元器件与PLC内部编程元件的对应关系,对于移植设计法而言,这特别重要在这个过程中应当处理好以下几个问题
①继电器电路中执行元件应与PLC的输出继电器对应,如交直流接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯等;
②继电器电路中的中间继电器与PL的输入继电器对应,如按钮、位置开关、选择开关等热继电器的触点可作为PLC的输入,也可接在PLC的外部电路中,主要是看PLC的输入点是否吗“富有”其中特殊须要留意处理好PLC的协助继电器对应;
③继电器电路中的中间继电器与PLC的协助继电器对应;
④继电器电路中的时间继电器与PLC的定时器或计数器对应,但要留意时间继电器有通电延时型和断电延时型两种,而定时器只有“通电延时型”一种4设计梯形图程序依据上述的对应关系,将继电器电路图“翻译”成对应的“准梯形图在依据梯形图的编程规则将“准梯形图”转换成结构合理的梯形图对于困难的限制电路可化整为零,先进行局部的转换,最终再总和起来5细致校对,认证调试对转换后的梯形图肯定要细致校对,细致调试,以保证其限制功能与原图相符合PLC程序的设计步骤在了解程序结构和编程方法的基础上,就要实际的编写PLC程序了编写PLC程序和编写其他计算机程序一样,都须要经验如下过程1对系统任务分块分块的目的就是把一个困难的工程分成多个较简洁的小任务,从而把一个困难的大问题化为多个简洁的小问题,便于编写程序2画出限制系统的逻辑关系图从逻辑关系图上,可以干脆看出某一逻辑关系的结果是什么,这一结果因此又引起那些动作逻辑关系可以是以各个限制活动的依次为基准,也可能是以整个活动的时间节拍为基准逻辑关系图反应了限制过程中限制作用与被控对象的因果关系,也反应了输入与输出的关系3绘制各种电路图绘制各种电路图的目的,是吧系统的输入输出所涉及的地址和名称联系起来这是很关键的一步在绘制PLC的输入电路时,不仅要考虑到信号的连触点是否与命名一样,还需考虑到输入端的电压和电流是否合适,也要考虑到在特殊条件下运行的牢靠性与稳定条件等问题特殊要考虑到有高压信号接入到PLC的输入端假如把高压信号干脆引入到PLC的输入端,就会损坏PLC在绘制PLC的输出电路时,不仅要考虑到输出信号的连触点是否与命名一样,还要考虑到PLC输出模块的带负载实力和耐压实力,此外,还要考虑到电源的输出功率和极性问题在整个电路的绘制中,还要考虑设计的原则,努力提高其稳定性和牢靠性虽然用PLC进行限制便利、敏捷但是在电路的设计上仍旧须要细致、全面因此,在绘制电路图时需考虑周全,何处该装按钮,何处该装开关,都要一丝不苟4程序设计在绘制完电路图后,就可以着手编写PLC程序了在编程时,除了要留意程序要正确、牢靠之外,还要考虑程序要简洁、省时、便于阅读、便与修改编号一个程序块就进行模拟试验,这样便于查找问题,刚好修改项目配置容量项目配置容量开关量输入5〜10步/点定时器/计数器3〜5步/个开挂量输出3〜5步/点通信接口200步/点模拟量输入/输出50^80步/通道数据处理5~10步/量。