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1、承德石油高等专科学校电气与电子系uPLC控制系统设计的内容和步骤控制系统设计的内容和步骤uPLC控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计 uPLC控制系统的软件设计控制系统的软件设计PLC控制系统的抗干扰性设计控制系统的抗干扰性设计PLC控制系统的调试控制系统的调试任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。和产品质量。PLC控制系统是将硬件和软件分开，着力进行软件控制系统是将硬件和软件分开，着力进行软件的编程设计。但是，不论什么控制系统，在设计规的编程设
2、计。但是，不论什么控制系统，在设计规划时，必须符合电气控制系统设计的基本原则。划时，必须符合电气控制系统设计的基本原则。u PLC控制系统设计的内容和步骤控制系统设计的内容和步骤PLC系统设计的原则与内容系统设计的原则与内容在设计在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：控制系统时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，这些生最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，这些生产工艺要求是电气控制系统设计的依据。因此在设计前，应深入现场进产工艺要求是电气控制系统设计的依据。因此在设计前，应深入现场进行调查，搜集资料，并与生产过程有关人员、机械设计人员
3、、实际操作行调查，搜集资料，并与生产过程有关人员、机械设计人员、实际操作者密切配合，明确控制要求，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中者密切配合，明确控制要求，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中的各种问题，使设计成果满足生产工艺要求。的各种问题，使设计成果满足生产工艺要求。（2）在满足生产工艺要求前提下，设计方案力求简单、经济、合理，在满足生产工艺要求前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不要盲目追求自动化和高指标。力求控制系统操作简单、使用及维修方不要盲目追求自动化和高指标。力求控制系统操作简单、使用及维修方便。便。（3）正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作，同正确、合理地
4、选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作，同时考虑技术进步、造型美观。时考虑技术进步、造型美观。（4）为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力留有适当余量。留有适当余量。PLC系统设计的原则与内容系统设计的原则与内容设计内容：设计内容：（1）拟订控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形）拟订控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。式来确定，它是整个设计的依据。（2）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构。）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构。（3）选定）选定
5、PLC的型号。的型号。（4）绘制电气原理图及）绘制电气原理图及PLC的输入的输入/输出分配表。输出分配表。（5）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计。语言（常用梯形图）进行程序设计。（6）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计。）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计。（7）设计操作台、电气柜。）设计操作台、电气柜。（8）编写设计说明书和使用说明书。）编写设计说明书和使用说明书。根据具体任务，上述内容可适当调整。根据具体任务，上述内容可适当调整。PLC控制系统设计的一般步骤控
6、制系统设计的一般步骤1熟悉控制对象设计工艺布置图熟悉控制对象设计工艺布置图2PLC选型及确定硬件配制选型及确定硬件配制3设计电气原理图并编制材料清单设计电气原理图并编制材料清单4设计控制台（柜）设计控制台（柜）5设计安装所需的图纸设计安装所需的图纸6编制控制程序编制控制程序7程序调试程序调试8编制技术文件编制技术文件PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有不同，使用场合令系统、编程方法、价格等各有不同，使用场合也各有侧重。因此，合理选择也各有侧重。因此，合理选择PLC对于提高对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。
7、控制系统的技术经济指标起着重要作用。u PLC控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计 PLC机型的选择机型的选择PLC机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑以下几方面：以下几方面：1性能与任务相适应性能与任务相适应2结构上合理、安装要方便、机型上应统一结构上合理、安装要方便、机型上应统一3编程设备的选择编程设备的选择4是否满足响应时间的要求是否满足响应时间的要求5对联网通信功能的要求对联网通信功能的要求6其他特殊要求其他特殊要求PLC容量估算容量估算I
8、/O点数的确定：点数的确定：PLC的的I/O点数的确定以系统实际的输入输出点数为基础点数的确定以系统实际的输入输出点数为基础确定。在确定。在I/O点数的确定时，应留有适当余量。通常点数的确定时，应留有适当余量。通常I/O点点数可按实际需要的数可按实际需要的1015%考虑余量；当考虑余量；当I/O模块较多时，模块较多时，一般按上述比例留出备用模块。一般按上述比例留出备用模块。存储器容量的确定：存储器容量的确定：用户程序占用多少存储容量与许多因素有关，如用户程序占用多少存储容量与许多因素有关，如I/O点数、点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序编制控制要求、运算处理量、程序结构等。因此
9、在程序编制前只能粗略的估算。前只能粗略的估算。I/O模块的选择模块的选择 对对PLCPLC来讲，信号形式可分为四类：来讲，信号形式可分为四类：（1 1）数字量输入信号）数字量输入信号 （2 2）数字量输出信号）数字量输出信号 （3 3）模拟量输入信号）模拟量输入信号 （4 4）模拟量输出信号）模拟量输出信号 不同的不同的I/OI/O模块，其电路和性能不同，它直接影响模块，其电路和性能不同，它直接影响着着PLCPLC的应用范围和价格，应该根据实际情况合理选择。的应用范围和价格，应该根据实际情况合理选择。I/O模块的选择模块的选择 数字量输入模块的选择数字量输入模块的选择选择数字输入模块应注意以下
10、几个方面：选择数字输入模块应注意以下几个方面：（1）电压的选择）电压的选择（2）漏型和源型的选择）漏型和源型的选择（3）同时接通的点数）同时接通的点数数字量输出模块的选择数字量输出模块的选择选择数字输出模块应注意以下几个方面：选择数字输出模块应注意以下几个方面：（1）输出方式）输出方式（2）驱动能力）驱动能力（3）同时接通的点数）同时接通的点数模拟量输入模拟量输入/输出模块的选择输出模块的选择（1）典型模拟量模块的量程为：）典型模拟量模块的量程为：10V+10V0+10V420mA（2）分辨率）分辨率（3）转换精度）转换精度（4）一些）一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用制造厂家还
11、提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如热电阻来直接接收低电平信号（如热电阻RTD、热电偶等信号）。、热电偶等信号）。电源模块的选择电源模块的选择电源模块的选择比较简单，只需考虑输出电流。电源模电源模块的选择比较简单，只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于块的额定输出电流必须大于CPU模块、模块、I/O模块、专用模块、专用模块等消耗电流的总和。模块等消耗电流的总和。输入输入/输出点的分配输出点的分配PLC机型及机型及输入入/输出（出（I/O）模）模块选择完完毕后后:1.设计设计PLC系统总体配置图。系统总体配置图。2.依据工艺布置图，参照具体的依据工艺布置图，参照具体的P
12、LC相关说明书或手册将相关说明书或手册将输入信号与输入点、输出控制信号与输出点一一对应画出输入信号与输入点、输出控制信号与输出点一一对应画出I/O接线图。接线图。3.PLC机型选择完后输入机型选择完后输入/输出点数的多少是决定控制系输出点数的多少是决定控制系统价格及设计合理性的重要因素，因此在完成同样控制功统价格及设计合理性的重要因素，因此在完成同样控制功能的情况下可通过合理设计以简化输入能的情况下可通过合理设计以简化输入/输出点数。输出点数。输入输入/输出点的分配输出点的分配输入点的简化输入点的简化1.合并输入合并输入2.分时分组输入分时分组输入3.采用拨码开关采用拨码开关4.减少多余信号的
13、输入减少多余信号的输入5.没有必要输入没有必要输入PLC的信号，可以不进入的信号，可以不进入输入输入/输出点的分配输出点的分配输出点的简化输出点的简化1.负载的并联使用负载的并联使用2.接触器辅助触点的使用接触器辅助触点的使用3.用闪烁的方法扩展指示灯的功能用闪烁的方法扩展指示灯的功能4.用数码显示器或文本显示器代替指示灯用数码显示器或文本显示器代替指示灯注意：注意：不要过份去减少不要过份去减少PLC的的I/0点数，而使外部附点数，而使外部附加电路变得复杂，从而影响系统的可靠性加电路变得复杂，从而影响系统的可靠性 输出点的保护输出点的保护直流晶体管输出的保护直流晶体管输出的保护:直流晶体管输出
14、的普通二极管保护直流晶体管输出的普通二极管保护直流晶体管输出的齐纳二极管保护直流晶体管输出的齐纳二极管保护输出点的保护输出点的保护继电器输出控制直流负载的保护继电器输出控制直流负载的保护 继电器输出驱动直流负载跨接电阻电容网络的保护电路继电器输出驱动直流负载跨接电阻电容网络的保护电路 输出点的保护输出点的保护继电器和交流输出控制交流电源的保护继电器和交流输出控制交流电源的保护继电器或交流输出跨接电阻电容网络保护电路继电器或交流输出跨接电阻电容网络保护电路安全回路设计安全回路设计（1）短路保护）短路保护（2）互锁与联锁措施）互锁与联锁措施（3）失压保护与紧急停车措施）失压保护与紧急停车措施（4）
15、极限保护）极限保护PLC应用软件设计的内容应用软件设计的内容 1.确定程序结构确定程序结构2.定义输入定义输入/输出、中间标志、定时器、计数器和数据区输出、中间标志、定时器、计数器和数据区等参数表等参数表3.编制程序编制程序4.编写程序说明书编写程序说明书5.文本显示器或触摸屏等人机界面（文本显示器或触摸屏等人机界面（HMI）设备及其它）设备及其它特殊功能模块的组态。特殊功能模块的组态。u PLC控制系统的软件设计控制系统的软件设计 PLC控制系统软件设计步骤控制系统软件设计步骤 1.熟悉被控制对象、制定设备运行方案熟悉被控制对象、制定设备运行方案2.熟悉编程语言和编程器熟悉编程语言和编程器3
16、.定义参数表定义参数表4.编写程序编写程序5.测试程序测试程序6.编写程序说明书编写程序说明书常用基本环节编程常用基本环节编程 启动、保持、停止控制启动、保持、停止控制:常规启保停梯形图常规启保停梯形图SETSET、RESETRESET分分开开控制的控制的启启保停梯形保停梯形图SET-RESETSET-RESET启启保停梯形保停梯形图 常用基本环节编程常用基本环节编程 互锁控制互锁控制单重互锁梯形图单重互锁梯形图互锁控制互锁控制双重互锁梯形图双重互锁梯形图 时间控制时间控制长延时定时器方案一长延时定时器方案一:思想十分简单，就是将多个定时器思想十分简单，就是将多个定时器联合起来使用。联合起来使
17、用。输入输入I0.0I0.0接通接通后后T37T37、T38T38各各计时半小时，计时半小时，总延时时间一总延时时间一小时为两个定小时为两个定时器设定值之时器设定值之和。和。长延时定时器方案一梯形图长延时定时器方案一梯形图 时间控制时间控制长延时定时器方案二长延时定时器方案二:基本思想是将秒脉冲与计数器联合基本思想是将秒脉冲与计数器联合使用。使用。只要设备运行，标志只要设备运行，标志M0.0就接通，计数器就接通，计数器C100每秒计数每秒计数1次，次，每每60秒使分钟计数器秒使分钟计数器C101加加1，计数器，计数器C100自身复位，每自身复位，每60分钟使小时计数器分钟使小时计数器C102加
18、加1，计数器，计数器C101自身复位，每小时自身复位，每小时使千小时计数器使千小时计数器C103加加1，计数器，计数器C102自身复位。自身复位。时间控制时间控制设备运行时间追踪梯形图设备运行时间追踪梯形图边沿信号的检测边沿信号的检测指令检测法指令检测法:例如例如|P|、|N|、DIFU、DIFD程序检测法程序检测法：抗电源干扰的措施抗电源干扰的措施：1.采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰2.硬件滤波措施硬件滤波措施3.正确选择接地点，完善接地系统正确选择接地点，完善接地系统滤波器和隔离变压器同时使用滤波器和隔离变压器同时使用 PLC控制系统的抗干扰性
19、设计控制系统的抗干扰性设计控制系统的接地设计控制系统的接地设计在设计在设计PLC系统接地时，应注意以下几点：系统接地时，应注意以下几点：1.接地线应尽量粗，一般用大于接地线应尽量粗，一般用大于1.5mm2的接地线；的接地线；2.接地点应尽量靠近控制器，一般不大于接地点应尽量靠近控制器，一般不大于50米；米；3.接地线应尽量避开强电回路和主回路，不能避开时，接地线应尽量避开强电回路和主回路，不能避开时，应垂直相交。应垂直相交。抗抗I/OI/O干扰设计干扰设计 1从抗干扰角度选择从抗干扰角度选择I/O模块模块I/O模块的选择一般要模块的选择一般要考虑以下因素：考虑以下因素：（1）输入输出信号与内部
20、回路隔离的模块比非隔离）输入输出信号与内部回路隔离的模块比非隔离的模块抗干扰性能好；的模块抗干扰性能好；（2）晶体管等无触点输出的模块比有触点输出的模）晶体管等无触点输出的模块比有触点输出的模块在控制器侧产生的干扰小；块在控制器侧产生的干扰小；（3）输入模块允许的输入信号）输入模块允许的输入信号ON/OFF电压差大，电压差大，抗干扰性能好；抗干扰性能好；OFF电压高，对抗感应电压干扰是有电压高，对抗感应电压干扰是有利的；利的；（4）输入信号响应慢的输入模块抗干扰性能好。）输入信号响应慢的输入模块抗干扰性能好。2安装与布线时注意：安装与布线时注意：（1）动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线
21、应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。将PLC的I/O线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，可加隔板，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。（2）PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，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（二者之间距离应大于200mm）。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联RC电路。（3）PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
22、（4）交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。3考虑考虑I/O端的接线：端的接线：（1）输入接线一般不要太长，但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。输入/输出线要分开。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。但急停、限位保护等情况例外。（2）输出端接线分为独立输出和公共输出，在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。采用继电器输出时，
23、所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。（3）PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护等。4正确选择接地点，完善接地系统正确选择接地点，完善接地系统5对变频器干扰的抑制对变频器干扰的抑制变频器的干扰处理一般有下面几种方式：加隔离变压变频器的干扰处理一般有下面几种方式：加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。使用滤波器，滤波器具传导干扰阻隔
24、在隔离变压器之前。使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。使用输出电抗器，使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常工作。正常工作。1.应用程序离线调试应用程序离线调试2.系统硬件电路通电前检查系统硬件电路通电前检查3.系统硬件电路通电检查系统硬件电路通电检查4.应用程序在线调试应用程序在线调试5.现场调试现场调试 PLC控制系统的调试控制系统的调试第第7 7部分结束部分结束 谢谢谢谢!