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1、第九章第九章PLC控制系统综合设计控制系统综合设计9.1 PLC9.1 PLC控制系统设计步骤及内容控制系统设计步骤及内容9.1.1 9.1.1 设计的基本原则设计的基本原则1 1、最大限度地满足被控制对象和用户的控制要求、最大限度地满足被控制对象和用户的控制要求2 2、在在满满足足要要求求的的前前提提下下，力力求求使使控控制制系系统统简简单单，一一次次性性投投资资小，使用时节约能源。小，使用时节约能源。3 3、保证控制系统安全、可靠，使用与维修方便。、保证控制系统安全、可靠，使用与维修方便。4 4、考考虑虑到到今今后后的的发发展展和和工工艺艺的的改改进进，在在配配置置硬硬件件设设备备时时应应
2、留留有一定的余量。有一定的余量。9.1.2 9.1.2 设计的一般步骤和内容设计的一般步骤和内容（一）、方案论证（一）、方案论证1、分析工艺要求，首先对被控对象的工艺过程、工艺、工作特点、环境条、分析工艺要求，首先对被控对象的工艺过程、工艺、工作特点、环境条件、用户要求及其他相关情况，进行仔细的全面的分析，然后绘制供设计件、用户要求及其他相关情况，进行仔细的全面的分析，然后绘制供设计时用的必要图表。时用的必要图表。2、控制方案选定，、控制方案选定，在分析被控对象及其控制要求的基础上，根据在分析被控对象及其控制要求的基础上，根据PLC的技的技术特点，在与继电控制系统和计算机控制系统及电子控制系统
3、等进行综合术特点，在与继电控制系统和计算机控制系统及电子控制系统等进行综合比较后，优选控制方案。如果被控制系统具有以下特点，则宜优先选用比较后，优选控制方案。如果被控制系统具有以下特点，则宜优先选用PLC控制。控制。1）、输入输出以开关量为主）、输入输出以开关量为主2）、输入输出点数较多，一般有）、输入输出点数较多，一般有10点左右就可选用点左右就可选用PLC控制控制3）、控制系统使用环境条件较差，对控制系统可靠性要求高。）、控制系统使用环境条件较差，对控制系统可靠性要求高。4）、系统工艺流程复杂，用常规的继电接触控制难以实现。）、系统工艺流程复杂，用常规的继电接触控制难以实现。5）、系统工艺
4、有可能改进或系统的控制要求有可能扩展。）、系统工艺有可能改进或系统的控制要求有可能扩展。（二）、硬件的设计（二）、硬件的设计1、可编程控制器的选择主要考虑以下几个因素：、可编程控制器的选择主要考虑以下几个因素：1）、）、PLC功能与控制要求相适应：功能与控制要求相适应：(高、中、低档机）高、中、低档机）2）、）、PLC结构合理、机型统一，（整体式结构合理、机型统一，（整体式模块式结构模块式结构)3）、在线编程或离线编程：）、在线编程或离线编程：在线编程的在线编程的PLC，主机和编程器共用一个，主机和编程器共用一个CPU。离线编程的离线编程的PLC，主机和编程器各有一个，主机和编程器各有一个CP
5、U。4）、存储容量）、存储容量厂家一般提供厂家一般提供1K、2K、4K、8K、16K程序不等的存储器。程序不等的存储器。用户程序占用内存粗略估算方法：用户程序占用内存粗略估算方法：（1）、）、PLC内存容量（指令条数）约等于内存容量（指令条数）约等于I/O总点数的总点数的10 15倍倍（2）、指令条数约等于）、指令条数约等于6（I/0）+2（T+C）5）、）、I/O点数点数 必要时留有一定的裕量。必要时留有一定的裕量。6 6）、价格方面）、价格方面7 7）、）、PLCPLC的输入、输出方式的输入、输出方式8 8）、）、PLCPLC处理速度处理速度 PLC PLC以扫描方式工作，从接受输入信号到
6、输以扫描方式工作，从接受输入信号到输出信号控制外围设备，存在着滞后现象，但能满足一般控制要出信号控制外围设备，存在着滞后现象，但能满足一般控制要求。如果某些设备要求输出响应快，可采用快速响应的模块，求。如果某些设备要求输出响应快，可采用快速响应的模块，优化软件缩短扫描周期或中断处理等措施。优化软件缩短扫描周期或中断处理等措施。9 9）、是否选用扩展单元。）、是否选用扩展单元。2 2、外围设备的选择、外围设备的选择 ，包括外围输入，包括外围输入/输出设备的选择输出设备的选择3 3、其他硬件的设计和选择，包括控制柜（台），相关仪表的选、其他硬件的设计和选择，包括控制柜（台），相关仪表的选择择。（三
7、）、软件设计（三）、软件设计其主要内容包括：其主要内容包括：1、对复杂的控制系统应绘制工艺流程图或控制功能图；、对复杂的控制系统应绘制工艺流程图或控制功能图；2、编制梯形图；、编制梯形图；3、根据梯形图编写程序清单；、根据梯形图编写程序清单；对复杂的程序首先进行分段调试，然后进行总调试，并作必要的修改。对复杂的程序首先进行分段调试，然后进行总调试，并作必要的修改。（四）、施工设计（四）、施工设计1）、画出完整的电路图，必要时还要画出控制环节（单元）电气原理图）、画出完整的电路图，必要时还要画出控制环节（单元）电气原理图2）、画出）、画出PLC的输入输出端子接线图的输入输出端子接线图3）、画出）
8、、画出PLC的电源进线接线图和输出执行电器的供电接线图。的电源进线接线图和输出执行电器的供电接线图。4）、电气柜内元器件布置图，相互间接线图。）、电气柜内元器件布置图，相互间接线图。5）、控制柜（台）面板元器件布置图。）、控制柜（台）面板元器件布置图。6）、如果大的系统有多个电气柜时，应画出各个电气柜间连接线图。）、如果大的系统有多个电气柜时，应画出各个电气柜间连接线图。7）、其他必要的施工图。）、其他必要的施工图。（五）（五）系统调试系统调试系统调试分模拟调试和联机调试系统调试分模拟调试和联机调试.硬件部分硬件部分模拟调试模拟调试:可在断开主电路的情况下进行可在断开主电路的情况下进行,试试手
9、动控制是否正确试试手动控制是否正确;软件部分软件部分模拟调试模拟调试:可用模拟开关和可用模拟开关和PLCPLC输出指示灯进行输出指示灯进行,有模拟量输入输出有模拟量输入输出时时,可用电位器和万用表配合进行可用电位器和万用表配合进行.现在有些现在有些PLCPLC产品可在电脑产品可在电脑(PC)(PC)机上直接机上直接进行模拟调试进行模拟调试.联机调试时联机调试时,可把编好的程序下载到现场的可把编好的程序下载到现场的PLCPLC中中,并把并把PLCPLC装到控制柜相应的装到控制柜相应的位置位置.调试时先将主电路断电调试时先将主电路断电,只对控制柜联机调试即可只对控制柜联机调试即可.（六）编写技术文
10、件（六）编写技术文件系统调试和运行考验成功后，整理技术资料，编制技术文件（包括设计资料、系统调试和运行考验成功后，整理技术资料，编制技术文件（包括设计资料、材料清单、调试情况）及使用、维护说明等。材料清单、调试情况）及使用、维护说明等。9.2 PLC9.2 PLC在工程应用中要注意的实际问题在工程应用中要注意的实际问题9.2.1 PLC9.2.1 PLC的安装的安装1）、环境温度要适当，一般不低于）、环境温度要适当，一般不低于0度或高于度或高于55度。度。PLC安装时应远离热源，安装时应远离热源，避免太阳光直接照射，注意散热通风且留有一定的空间。避免太阳光直接照射，注意散热通风且留有一定的空间
11、。2）、注意防潮、防尘、防腐、防震。）、注意防潮、防尘、防腐、防震。PLC最好置于有保护型外壳的控制柜内，最好置于有保护型外壳的控制柜内，而且而且PLC固定要牢靠。固定要牢靠。3）、）、PLC应尽可能离高压线或高压设备远些，以避免电磁干扰。应尽可能离高压线或高压设备远些，以避免电磁干扰。9.2.2 9.2.2 电源的设计电源的设计）、正确把外部电源接到上。）、正确把外部电源接到上。）、的供电线路应与其他大功率用电设备或产生强干扰设备分开。）、的供电线路应与其他大功率用电设备或产生强干扰设备分开。）、如果的供电电源带有严重干扰，应安装一个一、二次侧之间带有）、如果的供电电源带有严重干扰，应安装一
12、个一、二次侧之间带有隔离层的、电压比为的隔离变压器，以减少外界设备对的影响。隔离层的、电压比为的隔离变压器，以减少外界设备对的影响。）、必要时可在供电电源线路上接入低通滤波器，以便滤去高频干扰）、必要时可在供电电源线路上接入低通滤波器，以便滤去高频干扰信号。信号。5）、在实际系统中，突然停电会造成严重后果，可增加）、在实际系统中，突然停电会造成严重后果，可增加UPS不间断电源。不间断电源。9.2.3 9.2.3 系统的接地系统的接地在在PLCPLC中，接地是抑制干扰使系统可靠工作的主要方法。中，接地是抑制干扰使系统可靠工作的主要方法。接地有两个目的，一是消除各电流流经公共地线阻抗时所产生的噪声
13、电压；二接地有两个目的，一是消除各电流流经公共地线阻抗时所产生的噪声电压；二是避免磁场与电位差的影响。是避免磁场与电位差的影响。理想的情况是所有接地点与大地之间的阻抗为零。在一般的接地过程中要求如理想的情况是所有接地点与大地之间的阻抗为零。在一般的接地过程中要求如下：（下：（1 1）接地电阻应小于）接地电阻应小于4 4欧；（欧；（2 2）具有足够的机械强度；（）具有足够的机械强度；（3 3）具有耐腐蚀）具有耐腐蚀及防腐处理；（及防腐处理；（4 4）PLCPLC系统单独接地。系统单独接地。在在PLCPLC中常见的地线有：中常见的地线有：数字地数字地 也叫逻辑地，是各种开关量信号的零电位；也叫逻辑
14、地，是各种开关量信号的零电位；模拟地模拟地 是各种模拟量信号的零电位；是各种模拟量信号的零电位；信号地信号地 通常为传感器的地；通常为传感器的地；交流地交流地 交流供电电源的地线，这种地线是产生噪声的地；交流供电电源的地线，这种地线是产生噪声的地；直流地直流地 直流供电电源的地；直流供电电源的地；屏蔽地屏蔽地 机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设置的地。机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设置的地。9.2.4 9.2.4 电缆设计与铺设电缆设计与铺设 对于对于PLCPLC而言，电缆包括供电系统的动力电缆及各种开关量、而言，电缆包括供电系统的动力电缆及各种开关量、模拟量、高速脉冲、远程通信等信号电
15、缆。模拟量、高速脉冲、远程通信等信号电缆。对通信电缆一般采用厂家提供的专用电缆；对模拟量信号、对通信电缆一般采用厂家提供的专用电缆；对模拟量信号、高速脉冲信号采用双层屏蔽电缆。高速脉冲信号采用双层屏蔽电缆。传输线之间的相互干扰传输线之间的相互干扰是数字控制系统中较难解决的问题。是数字控制系统中较难解决的问题。这些干扰主要来自传输导线间分布电容、电感引起的电磁耦这些干扰主要来自传输导线间分布电容、电感引起的电磁耦合。防止这种干扰的有效方法，使信号远离动力线或电网，合。防止这种干扰的有效方法，使信号远离动力线或电网，将动力线、控制线和信号线严格分开，分别布线。将动力线、控制线和信号线严格分开，分别
16、布线。9.2.5 PLC9.2.5 PLC输出端的保护输出端的保护 当当PLC的输出负载为电感性负载时，为了防止负载关的输出负载为电感性负载时，为了防止负载关断产生的高电压对断产生的高电压对PLC输出点的损坏，应对输出点加以输出点的损坏，应对输出点加以保护，保护电路的主要作用是抑制高电压的产生。当负保护，保护电路的主要作用是抑制高电压的产生。当负载为交流感性负载时，可在负载两端并联压敏电阻。或载为交流感性负载时，可在负载两端并联压敏电阻。或并联阻容吸收电路；当负载为直流感性负载时，可在负并联阻容吸收电路；当负载为直流感性负载时，可在负载两端并联续流二极管加以抑制。载两端并联续流二极管加以抑制。