第10章可編程控制器的工程應用及實例10.1概述10.2PLC控制系統的設計原則、內容、方法及步驟10.3PLC控制系統的硬件和軟件設計10.4PLC程序設計方法10.5PLC應用實例

10.1概述

1.PLC應用領域(1)開關量的邏輯控制：可以是時序、組合、計數、不計數等各種各樣的控制，控制的I/O點數可以不受限制。(2)模擬量的閉環控制：PLC具有A/D、D/A轉換、算術運算和模糊控制的功能。(3)數字量的智能控制：PLC能接收和輸出高速脈沖的功能，如果再配備相應的傳感器或脈沖伺服裝置。就能實現數字量的智能控制。(4)數據采集與監控：PLC在實現控制時，能把現場的數據實時顯示出來或采集保存下來，可隨時觀察采集來的數據及統計分析結果。(5)通信、聯網及集散控制：PLC的通信聯網能力很強，PLC可與PLC之間、PLC與計算機之間進行通信和聯網，由計算機來實現對其編程和管理。

2.PLC應用類型PLC應用類型，普遍采用的是開關量控制和模擬量控制。而開關量的順序控制是工業自動化設計的首選。用PLC可作為開關量邏輯控制、定時控制、計數控制，取代傳統繼電接觸器控制，如機床電氣、電機控制中心等，也可取代順序控制，如高爐上料、電梯控制、貨物存取、運輸、檢測等。總之，PLC可用于單機、多機以及生產線的自動化控制場合。用PLC可實現閉環過程控制，如壓力、流量等連續變化的模擬量閉環PID控制。這種類型主要是用在系統中開關量較多、模擬量較少的場合。

10.2設計步驟及方法1.系統設計的基本原則(1)首先要全面、詳細地了解被控對象的機械結構和生產工藝過程，然后,針對PLC和其他微機系統的技術特點進行比較分析，看哪種控制系統能最大限度地滿足被控設備或生產過程的控制要求。(2)設計前，要進行現場調查研究，搜集有關資料。了解工藝過程和機械運動與電氣執行元件之間的關系和對電控系統的控制要求,如機械運動部件的傳動與驅動，液壓、氣動的控制，儀表、傳感器等的連接與驅動等；在滿足控制要求和技術指標的前提下，要盡量使控制系統簡單、經濟、操作及維修方便。擬定電氣控制方案。

(3)在制定電氣控制方案時。要根據生產工藝和機械運動的控制要求，確定電控系統的工作方式，電控系統應有的功能，設計時要給控制系統的容量和功能預留一定的余量，便于以后生產的發展和工藝的改進。(4)保證控制系統工作要安全可靠。

2.設計內容(1)根據被控對象的特性及用戶的要求，擬定控制系統設計的技術條件和設計指標，寫出設計任務書。(2)選擇電氣傳動形式、電動機、按鈕、開關、傳感器、繼電器、接觸器、以及電磁閥等執行機構。(3)選定PLC的型號,確定PLC的I/O點數。(4)分配PLC的I/O點，繪制PLC的I/O端子接線圖。(5)根據系統要求編寫軟件說明書，然后進行程序設計。(6)重視界面的設計，增強人與機器之間的友善關系。(7)設計控制系統操作臺、電氣控制柜等及安裝接線圖。(8)編寫設計說明書和使用說明書等設計文檔。

3.設計方法及步驟(1)詳細了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求，分析被控對象的機構和運行過程，明確動作的邏輯關系等。(2)根據被控對象對PLC控制系統的技術指標，確定所需輸入/輸出信號的點數，選擇合適的PLC類型。(3)根據控制要求，確定輸入設備按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等；輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。(4)編制出輸入/輸出端子的接線圖。(5)設計應用系統梯形圖程序。(6)將程序輸入PLC。用編程器，需將梯形圖轉換成相應的指令并輸入到PLC中；當使用計算機上編程時，可將程序下載到PLC中。

10.3PLC的硬件和軟件設計

10.3.1PLC的硬件設計

1、PLC機型的選擇選擇合適的機型是PLC控制系統設計中相當重要的環節，PLC基本機型的選擇原則是需要什么功能，就選擇具有什么樣功能的PLC,在完成相同功能的情況下，同時也適當地兼顧維修、備件的通用性的同時兼顧經濟性以及今后設備的改進和發展。

2、PLC容量PLC容量包括兩個方面：一是I/O點數，二是用戶存儲器的容量。

3、其他硬件配置PLC選型確定以后還要考慮系統中的其他部分，主要有:（1）電源有的PLC機備有獨立的電源模塊，選擇電源模塊時要考慮電源模塊的額定輸出電流要大于或等于主機、I/O模塊、專用模塊等總的消耗電流之和。（2）大中型系統配置10.3.2PLC的軟件設計

1、PLC控制系統的軟件設計內容PLC的軟件設計工作是是復雜的，它要求設計人員不僅要有PLC、計算機程序設計的基礎，而且又要有自動控制的技術基礎和一定的現場實踐經驗。軟件設計應根據總體要求和控制系統的具體情況，確定程序的基本結構，繪制流程圖或功能流程圖，對簡單的可以用經驗法設計，對復雜的系統一般采用順序法設計。

2、PLC控制系統的軟件設計步驟軟件設計就是在軟件規格說明書的基礎上，編制實際應用程序并形成程序說明書。（1）制定設備運行方案（2）畫控制流程圖（3）制定抗干擾措施（4）編寫程序（5）軟件測試（6）編制程序使用說明書10.4PLC程序設計方法10.4.1經驗設計法經驗設計法是根據生產機械的工藝要求和生產過程,選擇適當的基本環節或典型電路綜合而成的電氣控制線路。依靠經驗進行選擇、組合,直接設計電氣控制系統來滿足生產機械和工藝過程的控制要求。一般不太復雜的電氣控制線路都可以按照這種方法進行設計，可以收到簡便、快速的效果。但是，由于這種方法主要是依靠設計人員的經驗進行設計。

10.4.2邏輯設計法邏輯設計方法的理論基礎是邏輯代數，PLC是一種新型的工業控制計算機,可以說PLC是“與”、“或”、非”三種邏輯線路的組合體。而PLC的梯形圖程序的基本形式也是與、或、非的邏輯組合，它的工作方式及其規律又完全符合邏輯運算的基本規律。用變量及其函數只有“0”、“1”兩種取值的邏輯代數作為研究PLC應用程序的工具就是順理成章的事了。采用邏輯設計法所編寫的程序便于優化，是一種實用可靠的程序設計方法。用邏輯設計法設計PLC應用程序的基本步驟：1)根據控制要求列出邏輯代數表達式。2)對邏輯代數式進行化簡。3)根據化簡后的邏輯代數表達式畫梯形圖。10.5PLC應用實例10.5.1電動機的正、反轉聯鎖控制電路在第7章中，分析了具有電氣聯鎖的電動機正反轉控制電路電氣原理圖，如圖7-22(a)(b)所示。PLC控制的輸入輸出接線圖如圖7-27所示。梯形圖如圖7-24（a）所示。對應的指令程序如圖7-24（b）所示。

10.5.2兩臺電動機順序起動聯鎖控制電路

電路工作原理：圖10-1所示電路為兩臺電動機順序起動聯鎖控制電路的電氣原理圖。(a)為主電路，(b)為控制電路。（c）為控制電路輸入輸出接線圖，（d）為梯形圖，（e）為對應的指令程序。PLC控制的工作過程如下:(a)主電路(b)控制電路圖10-1兩臺電動機順序起動聯鎖控制線路10.5.3自動限位控制電路電路工作原理：圖10-2所示電路為自動限位控制電路的電氣原理圖。(a)為主電路，(b)為控制電路。（c）為控制電路輸入輸出接線圖，（d）為梯形圖，（e）為對應的指令程序。圖中SQ1和SQ2為限位開關，安裝在預定位置上，做為限位用。采用PLC控制的工作過程如下:圖10-2自動限位控制電路圖10-2自動限位控制電路10.5.4電動機Y-Δ減壓起動控制電路電路工作原理：圖10-3所示電路為電動機Y-Δ降壓起動控制電路的電氣原理圖。(a)為主電路，(b)為控制電路。（c）為控制電路輸入輸出接線圖，（d）為梯形圖，（e）為對應的指令程序。圖中接觸器KM2為三角形聯結法，KM3為星形聯結法。采用PLC控制工作過程如下:圖10-3電動機Y-Δ降壓起動自動控制電路圖10-3電動機Y-Δ降壓起動自動控制電路

10.5.5自動循環控制電路工作原理：圖10-4所示電路為自動循環控制電路的電氣原理圖。(a)為電路原理圖，(b)為控制電路輸入輸出接線圖，（c）為梯形圖，（d）為對應的指令程序。要求工作臺在一定距離內能自動往返循環運動，圖中SQ1-S