主講教師：朱清友長(zhǎng)江師范學(xué)院物理學(xué)與電子工程學(xué)院可編程控制器教程1第7章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主要內(nèi)容

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

2023/1/3127.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

分析控制對(duì)象

PLC的選擇

I/O地址分配程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試固化程序編寫(xiě)技術(shù)文件

31.分析控制對(duì)象

明確了控制任務(wù)和要求，擬定控制方案。

2.PLC的選擇選擇合適的機(jī)型

I/O點(diǎn)數(shù)的估算用戶(hù)存儲(chǔ)器容量的估算

CPU功能與結(jié)構(gòu)的選擇3.I/O地址分配對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，I/O地址分配以后才可進(jìn)行編程；對(duì)控制柜及PLC的外圍接線(xiàn)來(lái)說(shuō)，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線(xiàn)圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線(xiàn)路圖和安裝圖安裝控制柜。4.程序設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)出梯形圖、或功能塊圖、或語(yǔ)句表等語(yǔ)言的程序，這是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心工作。47.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例例：臺(tái)車(chē)呼車(chē)控制

1．工藝過(guò)程一部電動(dòng)運(yùn)輸車(chē)供8個(gè)加工點(diǎn)使用。PLC上電后，車(chē)停在某個(gè)加工點(diǎn)（工位），若無(wú)用車(chē)呼叫（呼車(chē)）時(shí)，則各工位的指示燈亮，表示各工位可以呼車(chē)。某工作人員按本工位的呼車(chē)按鈕呼車(chē)時(shí)，各位的指示燈均滅，此時(shí)別的工位呼車(chē)無(wú)效。如停車(chē)位呼車(chē)時(shí)，小車(chē)不動(dòng)；呼車(chē)工位號(hào)大于停車(chē)位時(shí)，小車(chē)自動(dòng)向高位行駛；當(dāng)呼車(chē)位號(hào)小于停車(chē)位號(hào)時(shí)，小車(chē)自動(dòng)向低位行駛；當(dāng)小車(chē)到呼車(chē)工位時(shí)自動(dòng)停車(chē)。停車(chē)時(shí)間為30s供呼車(chē)工位使用，其他加工點(diǎn)不能呼車(chē)。從安全角度出發(fā)，停電再來(lái)電時(shí)，小車(chē)不會(huì)自行啟動(dòng)。52．系統(tǒng)控制方案

63．PLC系統(tǒng)選擇選擇S7-200CPU224基本單元（14入/10出）1臺(tái)及EM221擴(kuò)展單元（8入）1臺(tái)組成系統(tǒng)。

4．I/O地址分配輸入輸出限位開(kāi)關(guān)ST1I0.0呼車(chē)按鈕SB1I2.0電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器Q0.0限位開(kāi)關(guān)ST2I0.1呼車(chē)按鈕SB2I2.1電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器Q0.1限位開(kāi)關(guān)ST3I0.2呼車(chē)按鈕SB3I2.2可呼車(chē)指示Q0.2限位開(kāi)關(guān)ST4I0.3呼車(chē)按鈕SB4I2.3限位開(kāi)關(guān)ST5I0.4呼車(chē)按鈕SB5I2.4限位開(kāi)關(guān)ST6I0.5呼車(chē)按鈕SB6I2.5限位開(kāi)關(guān)ST7I0.6呼車(chē)按鈕SB7I2.6限位開(kāi)關(guān)ST8I0.7呼車(chē)按鈕SB8I2.7系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕I1.0系統(tǒng)停止按鈕I1.1表7-1呼車(chē)系統(tǒng)輸入/輸出端口安排785．程序設(shè)計(jì)

9位置開(kāi)關(guān)呼車(chē)按鈕1011

設(shè)計(jì)一個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)Y/△降壓?jiǎn)?dòng)的PLC控制系統(tǒng) 三相異步電動(dòng)機(jī)Y/△降壓?jiǎn)?dòng)接觸器—繼電器控制原理圖，其控制要求:①按下啟動(dòng)按鈕SB2，KM1和KM3吸合，電動(dòng)機(jī)Y型起動(dòng)，8s后，KM3斷開(kāi)，KM2吸合，電動(dòng)機(jī)△運(yùn)行，啟動(dòng)完成；②按下停止按鈕SB1，接觸器全部斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行；③如果電動(dòng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，熱繼電器FR斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。12三相異步電動(dòng)機(jī)Y/△降壓?jiǎn)?dòng)電氣控制原理圖13輸入信號(hào)輸出信號(hào)PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明I0.1SB2啟動(dòng)按鈕，常開(kāi)觸點(diǎn)Q0.1KM1接觸器線(xiàn)圈I0.2SB1停止按鈕，常閉觸點(diǎn)Q0.2KM2△接法接觸器線(xiàn)圈I0.3FR熱繼電器，常閉觸點(diǎn)Q0.3KM3Y接法接觸器線(xiàn)圈(1)I/O端口分配14(2)三相異步電動(dòng)機(jī)Y/△降壓?jiǎn)?dòng)的PLC控制系統(tǒng)外部接線(xiàn)圖如圖所示。15(3)程序設(shè)計(jì)16要求：用I0.0控制接在Q0.0～Q0.7上的8個(gè)彩燈循環(huán)移位，從右到左以0.5s的速度依次點(diǎn)亮，保持任意時(shí)刻只有一個(gè)指示燈亮，到達(dá)最左端后，再?gòu)挠业阶笠来吸c(diǎn)亮。

分析：8個(gè)彩燈循環(huán)移位控制，可以用字節(jié)的循環(huán)移位指令。根據(jù)控制要求，首先應(yīng)置彩燈的初始狀態(tài)為QB0=1，即右邊第一盞燈亮；接著燈從右到左以0.5s的速度依次點(diǎn)亮，即要求字節(jié)QB0中的“1”用循環(huán)左移位指令每0.5s移動(dòng)一位，因此須在ROL-B指令的EN端接一個(gè)0.5s的移位脈沖(可用定時(shí)器指令實(shí)現(xiàn))。彩燈循環(huán)移位控制設(shè)計(jì)17LDSM0.1//首次掃描時(shí)MOVB1·QB0//置8位彩燈初態(tài)LDI0.0//T37產(chǎn)生周期為ANT370.5s的移位脈沖TONT37·+5

LDT37//每來(lái)一個(gè)脈沖RLBQB0·1

彩燈循環(huán)左移1位18

設(shè)計(jì)一個(gè)按鈕控制的8彩燈依次點(diǎn)亮的PLC控制系統(tǒng)

要求：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，點(diǎn)亮彩燈L1，之后每按一次SB2·彩燈后移一位彩燈亮，按鈕SB3為停止按鈕，如果按下停止按鈕SB3時(shí)，所有的彩燈都熄滅。

19

(1)I/O端口分配輸入信號(hào)輸出信號(hào)PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明I0.0SB1啟動(dòng)按鈕，常開(kāi)Q0.0～Q0.8L1～L88個(gè)彩燈I0.1SB2控制按鈕，常開(kāi)I0.2SB3停止按鈕，常開(kāi)20(2)按鈕控制的8彩燈依次點(diǎn)亮的PLC控制系統(tǒng)的外部接線(xiàn)圖如圖所示。21(3)程序設(shè)計(jì)22 控制要求:用HL1～HL4四個(gè)霓虹燈，分別做成“歡迎光臨”四個(gè)字。其閃爍要求見(jiàn)表，其時(shí)間間隙為1s，反復(fù)循環(huán)進(jìn)行。

步序燈號(hào)12345678HL1亮亮亮HL2亮亮亮HL3亮亮亮HL4亮亮亮設(shè)計(jì)霓虹燈閃爍的PLC控制23(1)I/O端口分配輸入信號(hào)輸出信號(hào)PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明I0.0SB1起動(dòng)按鈕，常開(kāi)Q0.0HL1“歡“字燈Q0.1HL2“迎“字燈Q0.2HL3“光“字燈Q0.3HL4“臨“字燈24(2)

PLC外部接線(xiàn)如圖所示。25(3)程序設(shè)計(jì)。26梯形圖LAD語(yǔ)句表STL功能

SEGIN，OUT當(dāng)使能位EN為1時(shí)，將輸入字節(jié)IN的低四位有效數(shù)字值，轉(zhuǎn)換為七段顯示碼，并輸出到字節(jié)OUT七段顯示譯碼指令27七段顯示碼的編碼規(guī)則28七段顯示碼指令的用法

a)梯形圖程序

b)執(zhí)行結(jié)果29停車(chē)場(chǎng)數(shù)碼顯示PLC控制系統(tǒng)

某停車(chē)場(chǎng)最多可停50輛車(chē)，用2位數(shù)碼管顯示停車(chē)數(shù)量。用出入傳感器檢測(cè)進(jìn)出車(chē)輛數(shù)，每進(jìn)一輛車(chē)停車(chē)數(shù)量增1，每出一輛車(chē)停車(chē)數(shù)量減1。場(chǎng)內(nèi)停車(chē)數(shù)量小于45時(shí)，入口處綠燈亮，允許入場(chǎng)；等于和大于45但小于50時(shí)，綠燈閃爍，提醒待進(jìn)場(chǎng)車(chē)輛司機(jī)注意將滿(mǎn)場(chǎng)；等于50時(shí)，紅燈亮，禁止車(chē)輛入場(chǎng)。停車(chē)場(chǎng)輸入、輸出設(shè)備位置示意圖如圖所示。停車(chē)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備位置示意圖30(1)I/O端口分配輸入信號(hào)輸出信號(hào)PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明PLC地址功能說(shuō)明I0.0傳感器IN檢測(cè)進(jìn)場(chǎng)車(chē)輛Q0.6～Q0.0個(gè)位數(shù)顯示I0.1傳感器OUT檢測(cè)出場(chǎng)車(chē)輛Q1.0綠燈，允許信號(hào)Q1.1紅燈，禁行信號(hào)Q2.6～Q2.0十位數(shù)顯示31停車(chē)場(chǎng)控制電路接線(xiàn)圖32(3)程序設(shè)計(jì)。33

要求：在十字路口的東西南北方向裝設(shè)紅、綠、黃燈，它們按照一定時(shí)序輪流發(fā)亮。信號(hào)燈受一個(gè)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開(kāi)始工作，首先南北紅燈亮，東西綠燈亮，南北紅燈亮維持15s，東西綠燈亮維持10s；到10s時(shí)，東西綠燈閃亮，綠燈閃亮周期為1s（亮0.5s，熄0.5s），綠燈閃亮3s后熄滅，東西黃燈亮，并維持2s，到2s時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄滅，南北綠燈亮，綠燈亮維持10s；到10s時(shí)，南北綠燈閃亮，綠燈閃亮周期為1

s（亮0.5s，熄0.5s），綠燈閃亮3s后熄滅，南北黃燈亮，并維持2s，到2s時(shí)，南北黃燈熄滅，南北紅燈亮，同時(shí)東西紅燈熄滅，東西綠燈亮；開(kāi)始第二周期的動(dòng)作，以后周而復(fù)始地循環(huán)。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，所有信號(hào)燈熄滅。交通信號(hào)燈的PLC控制系統(tǒng)3435（1）I/O端口分配

輸入信號(hào)輸出信號(hào)PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明I0.0SB1啟動(dòng)按鈕，常開(kāi)Q0.3HL1南北綠燈I0.1SB2停止開(kāi)關(guān),常閉Q0.4HL2南北黃燈Q0.5HL3南北紅燈Q0.0HL4東西綠燈Q0.1HL5東西黃燈Q0.2HL6東西紅燈36(2)十字路口交通燈控制系統(tǒng)的PLC外部接線(xiàn)圖37(3)程序設(shè)計(jì)38任務(wù)：液體攪拌機(jī)的PLC控制系統(tǒng)如圖所示為一液體A和液體B混合攪拌機(jī)示意圖。在圖中，H為高液面，ST1為高液位傳感器；M為中液面，ST2為中液位傳感器；L為低液面，ST3為低液位傳感器；YV1、YV2、YV3為電磁閥；當(dāng)液面到達(dá)相應(yīng)位置時(shí)，相應(yīng)的傳感器送出ON信號(hào)，否則為OFF?？刂埔螅撼跏紶顟B(tài)下，容器為空容器，電磁閥YV1、YV2、YV3為關(guān)閉狀態(tài)；傳感器ST1、ST2、ST3為OFF狀態(tài)，攪拌器M未啟動(dòng)。其控制要求是：①按下啟動(dòng)按鈕SB1，電磁閥YV1打開(kāi)，液體A開(kāi)始注入容器內(nèi)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，液體達(dá)到低液面(L)處，低液位傳感器ST3＝ON，繼續(xù)往容器內(nèi)注入液體A。②當(dāng)液面到達(dá)中液面(M)處時(shí)，中液面?zhèn)鞲衅鱏T2＝ON，此時(shí)電磁閥YV1關(guān)閉，電磁閥YV2打開(kāi)，液體A停止注入，液體B開(kāi)始注入容器中。39液體混合攪拌機(jī)示意圖40③當(dāng)液體到達(dá)高液面(H)處時(shí)，高液面?zhèn)鞲衅鱏T1＝ON，電磁閥YV2關(guān)閉，液體B停止注入，同時(shí)攪拌電動(dòng)機(jī)M啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)液體進(jìn)行攪拌。④經(jīng)過(guò)1min后，攪拌機(jī)停止攪拌，電磁閥YV3打開(kāi)，放出液體。⑤當(dāng)液面低于低液面時(shí)，低液面?zhèn)鞲衅鱏T3＝OFF，延時(shí)8s后，容器中的液體放完，電磁閥YV3關(guān)閉，攪拌機(jī)又開(kāi)始執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)。41（1）I/O端口分配輸入信號(hào)輸出信號(hào)PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明I0.0SB1啟動(dòng)按鈕，常開(kāi)觸點(diǎn)Q0.0YV1電磁閥I0.1SB2停止按鈕，常開(kāi)觸點(diǎn)Q0.1YV2電磁閥I0.2ST1高液面?zhèn)鞲衅?，常開(kāi)觸點(diǎn)Q0.2YV3電磁閥I0.3ST2中液面?zhèn)鞲衅鳎ｉ_(kāi)觸點(diǎn)Q0.3KM,電機(jī)控制接觸器I0.4ST3低液面?zhèn)鞲衅?，常開(kāi)觸點(diǎn)I/O端口分配表42（2）液體攪拌機(jī)控制系統(tǒng)的PLC外部接線(xiàn)圖如圖所示。43(3)程序設(shè)計(jì)44循環(huán)指令(FOR、NEXT)

循環(huán)指令的功能是重復(fù)執(zhí)行相同功能的計(jì)算和邏輯處理程序段，極大地優(yōu)化了程序結(jié)構(gòu)。該指令有兩個(gè)，分別為循環(huán)開(kāi)始指令(FOR)和循環(huán)結(jié)束指令(NEXT)。梯形圖LAD語(yǔ)句表STL功能FORINDX，INIT，F(xiàn)INAL條件滿(mǎn)足時(shí)，循環(huán)開(kāi)始NEXT循環(huán)結(jié)束45

循環(huán)開(kāi)始指令有3個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，輸入數(shù)據(jù)類(lèi)型均為整數(shù)型。INDX為當(dāng)前循環(huán)計(jì)數(shù)，INIT為循環(huán)初值，F(xiàn)INAL為循環(huán)終值。其中，當(dāng)前循環(huán)計(jì)數(shù)INDX，其操作數(shù)為VW、IW、QW、MW、SW、SMW、LW、T、C、AC、*VD、*AC和*CD；循環(huán)初值INIT，循環(huán)終值FINAL，它們的操作數(shù)為：VW、IW、QW、MW、SW、SMW、LW、T、C、AC、常數(shù)、*VD、*AC和*CD。循環(huán)結(jié)束指令的功能是結(jié)束循環(huán)體。

執(zhí)行循環(huán)指令時(shí)，F(xiàn)OR和NEXT指令必須配合使用。循環(huán)指令可以嵌套使用，但最多不能超過(guò)8層，且循環(huán)體之間不可有交叉。使能有效時(shí)，循環(huán)指令各參數(shù)將自動(dòng)復(fù)位。46練習(xí)：1.求1+2+3+…+100之和（要求用FOR循環(huán)指令）2.求連續(xù)數(shù)平方之和47編程技巧1.設(shè)置中間單元 在梯形圖中，若多個(gè)線(xiàn)圈都受某一觸點(diǎn)串并聯(lián)電路的控制，為了簡(jiǎn)化電路，在梯形圖中可設(shè)置該電路控制的存儲(chǔ)器的位，這類(lèi)似于繼電器電路中的中間繼電器。482.盡量減少可編程控制器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)

可編程控制器的價(jià)格與I/O點(diǎn)數(shù)有關(guān)，因此減少I(mǎi)/O點(diǎn)數(shù)是降低硬件費(fèi)用的主要措施。如果幾個(gè)輸入器件觸點(diǎn)的串并聯(lián)電路總是作為一個(gè)整體出現(xiàn)，可以將他們作為可編程控制器的一個(gè)輸入信號(hào)，只占可編程控制器的一個(gè)輸入點(diǎn)。如果某器件的觸點(diǎn)只用一次并且與PLC輸出端的負(fù)載串聯(lián)，不必將它們作為PLC的輸入信號(hào)，可以將它們放在PLC外部的輸出回路，與外部負(fù)載串聯(lián)。493.外部