1、PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,設(shè)計以PLC為核心的控制系統(tǒng)，要考慮： 1、設(shè)備的正常運行； 2、合理、有效的資金投入； 3、在滿足可靠性和經(jīng)濟性的前提下，具有一定的先進性，能根據(jù)生產(chǎn)工藝的變化擴展部分功能。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,一、控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟,1、分析被控對象、明確控制要求 2、制定電氣控制方案 3、確定輸入/輸出設(shè)備及信號特點 4、選擇可編程控制器 5、分配輸入/輸出點地址 6、設(shè)計電氣線路 7、設(shè)計控制程序 8、調(diào)試（包括模擬調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試） 9、技術(shù)文件整理,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,一、控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟,1

2、）分析被控對象并提出控制要求 詳細(xì)分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計任務(wù)書。 2）確定輸入輸出設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點數(shù)。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,一、控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟,3）選擇PLC PLC選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。 4）分配I/O點并設(shè)計PLC外圍硬件線路

3、分配I/O點：畫出PLC的I/O點與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表。 PLC外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進入PLC的控制電路等。 由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,一、控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟,5）程序設(shè)計 程序設(shè)計：1）控制程序；2）初始化程序；3）檢測、故障診斷和顯示等程序；4）保護和連鎖程序。 模擬調(diào)試：根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。 6）硬件實施 設(shè)計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖； 設(shè)計系統(tǒng)各部

4、分之間的電氣互連圖； 根據(jù)施工圖紙進行現(xiàn)場接線，并進行詳細(xì)檢查。 由于程序設(shè)計與硬件實施可同時進行，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計周期可大大縮短。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,一、控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟,7）聯(lián)機調(diào)試 聯(lián)機調(diào)試是將通過模擬調(diào)試的程序進一步進行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機調(diào)試過程應(yīng)循序漸進，從PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實際負(fù)載等逐步進行調(diào)試。如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可。 全部調(diào)試完畢后，交付試運行。經(jīng)過一段時間運行，如果工作正常、程序不需要修改，應(yīng)將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。 8）整理和編寫技術(shù)文件 技術(shù)文件包括設(shè)計說明書、硬件

5、原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、PLC程序以及使用說明書等。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,二、可編程控制器的選擇,隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。 因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)有著重要意義。 PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,1、可編程控制器的機型選擇,PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前

6、提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： 1）合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 2）安裝方式的選擇 安裝方式有集中式、遠程IO式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。 3）相應(yīng)的功能要求 4）響應(yīng)速度要求 5）系統(tǒng)可靠性的要求 對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng) 6）機型盡量統(tǒng)一 便于備品備件的采購和管理；有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高，外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,2、指令系統(tǒng)的選擇,1）總指令數(shù) 2）指令種類 3）表達方式 4）編程工具,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,3、I

7、/O模塊的選擇,開關(guān)量輸入模塊的選擇 1）輸入信號的類型及電壓等級 有直流輸入、交流輸入和交流直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。 直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接； 交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境。 開關(guān)量輸入模塊的電壓等級有：直流5、12、24、48、60等；交流110、220等。 選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。 一般5、12、24用于傳輸距離較近場合，如5輸入模塊最遠不得超過米。距離較遠的應(yīng)選用輸入電壓等級較高的。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,3、I/O模塊的選擇

8、,開關(guān)量輸入模塊的選擇 2）輸入接線方式 主要有匯點式和分組式兩種接線方式,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,3、I/O模塊的選擇,開關(guān)量輸入模塊的選擇 3）注意同時接通的輸入點數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊(如30點、40點等)，應(yīng)考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60。 4）輸入門檻電平 門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱PLC說明書。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,3、I/O模塊的選擇,開關(guān)量輸出模塊的選擇 1）輸出方式 開關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式： 繼電器輸出：價格便宜，可以驅(qū)動交、直流負(fù)載，適用的電壓大

9、小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但動作速度較慢（驅(qū)動感性負(fù)載時，觸點動作頻率不超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。 對于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，而晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,3、I/O模塊的選擇,開關(guān)量輸出模塊的選擇 2）輸出接線方式 開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,3、I/O模塊的選擇,開關(guān)量輸出模塊的選擇 3）驅(qū)動能力 應(yīng)根據(jù)實際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出

10、電流。如果實際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。 4）注意同時接通的輸出點數(shù)量 同時接通輸出設(shè)備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值。 一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60 5）輸出的最大電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān) 與不同的負(fù)載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應(yīng)注意。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,3、I/O模塊的選擇,模擬量I/O模塊的選擇 模擬量輸入（A/D）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量； 模擬量輸出(D/A

11、)模塊是將PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號輸出。 典型模擬量I/O模塊的量程為-10V+10V、0+10V、420mA等，可根據(jù)實際需要選用，同時還應(yīng)考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。 一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如RTD、熱電偶等信號）。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,3、I/O模塊的選擇,特殊功能模塊的選擇 PLC廠家相繼推出了一些具有特殊功能的I/O模塊，有的還推出了自帶CPU的智能型I/O模塊，如高速計數(shù)器、凸輪模擬器、位置控制模塊、PID控制模塊、通信模塊等。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,3、I/O模塊的選擇,電源模塊及其

12、它外設(shè)的選擇 1）電源模塊的選擇 電源模塊選擇僅對于模塊式結(jié)構(gòu)的PLC而言，對于整體式PLC不存在電源的選擇。 電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。 2）編程器的選擇 3）寫入器的選擇 為了防止由于干擾或鋰電池電壓不足等原因破壞RAM中的用戶程序，可選用EPROM寫入器，通過它將用戶程序固化在EPROM中。有些PLC或其編程器本身就具有EPROM 寫入的功能。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,4、PLC容量的選擇,IO點數(shù)的選擇 （1）在滿足控制要求的前提下力爭使用的IO點最少。 （2）需要加上1015的裕量。 存儲容量的選擇 存儲容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，

13、還與功能實現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時，其程序量可能相差25之多。 在IO點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲容量后，再加2030的裕量。 存儲容量(字節(jié))開關(guān)量I/O點數(shù)10 模擬量I/O通道數(shù)100 存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。,5.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和PLC選型,5、其他的選擇,（1）性價比 （2）系列產(chǎn)品 （3）售后服務(wù),5.2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計方案,1、系統(tǒng)設(shè)計的總體方案,控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計、機型的性能指標(biāo)和各種功能模塊的選擇對于控制系統(tǒng)的設(shè)計是非常重要的問題。,1）PLC控制系統(tǒng)的類型 可分為集中控制系統(tǒng)和分布式控

14、制系統(tǒng)。,2）系統(tǒng)的運行方式 四種：自動、半自動、單步、手動方式。,3）系統(tǒng)的停止方式 正常停止、暫時停止、緊急停止三種。,5.2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計方案,2、系統(tǒng)硬件設(shè)計依據(jù),系統(tǒng)硬件設(shè)計必須根據(jù)控制對象的要求決定，包括控制對象的工藝要求、設(shè)備狀況、控制功能、I/O點數(shù)和種類，以構(gòu)成比較先進的控制系統(tǒng)。,5.2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計方案,3、系統(tǒng)硬件設(shè)計文件,1）系統(tǒng)硬件配置圖 系統(tǒng)硬件配置圖完整地給出整個系統(tǒng)硬件組成，包括：系統(tǒng)構(gòu)成級別、系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)情況、網(wǎng)上PLC站數(shù)、每個PLC站上CPU單元和擴展單元構(gòu)成情況、每個PLC中各模塊構(gòu)成情況。 2）模塊統(tǒng)計表 便于了解整個系統(tǒng)硬件設(shè)備狀況和硬件設(shè)備投資計

15、算，包括：模塊名稱、模塊類型、模塊訂貨號、所需模塊個數(shù)等。 3）I/O地址分配表 4）I/O硬件接線圖,5.3 PLC輸入/輸出電路設(shè)計,1、輸入電路的設(shè)計,1）根據(jù)輸入信號類型合理選擇輸入模塊 2）輸入元件的接線方式 3）減少輸入點的方法 PLC在實際應(yīng)用中常碰到這樣兩個問題： （1）PLC的I/O點數(shù)不夠，需要擴展，然而增加I/O點數(shù)將提高成本； （2）是已選定的PLC可擴展的I/O點數(shù)有限，無法再增加。 在滿足系統(tǒng)控制要求的前提下，合理使用I/O點數(shù)，盡量減少所需的I/O點數(shù)是很有意義的。,5.3 PLC輸入/輸出電路設(shè)計,減少輸入點數(shù)方法,分組輸入,5.3 PLC輸入/輸出電路設(shè)計,減

16、少輸入點數(shù)方法,矩陣輸入,1）矩陣輸入方法需要硬件與軟件相配合來完成 2）由于矩陣輸入的輸入信號為一系列斷續(xù)的脈沖信號。 3）應(yīng)保證輸入信號的寬度要大于Y0、Y1、Y2輪流導(dǎo)通一遍的時間,5.3 PLC輸入/輸出電路設(shè)計,減少輸入點數(shù)方法,組合輸入 對于不會同時接通的輸入信號，可采用組合編碼的方式輸入。,5.3 PLC輸入/輸出電路設(shè)計,減少輸入點數(shù)方法,輸入設(shè)備多功能化 例如,5.3 PLC輸入/輸出電路設(shè)計,減少輸入點數(shù)方法,合并輸入 將某些功能相同的開關(guān)量輸入設(shè)備合并輸入。如果是幾個常閉觸點，則串聯(lián)輸入；如果是幾個常開觸點，則并聯(lián)輸入。 某些輸入設(shè)備可不進PLC 有些輸入信號功能簡單、

17、涉及面很窄，有時就沒有必要 作為PLC的輸入，將它們放在 外部電路中同樣可以滿足要求。,5.3 PLC輸入/輸出電路設(shè)計,2、輸出電路的設(shè)計,1）根據(jù)負(fù)載類型確定輸出方法 2）輸出負(fù)載的接線方式 3）選擇輸出電流、電壓 輸出模塊的額定輸出電流、電壓必須大于所需求的電流和電壓。 4）輸出電路的保護 在輸出負(fù)載回路加裝熔斷器，進行短路保護。 5）減少輸出點的方法,5.3 PLC輸入/輸出電路設(shè)計,減少輸出點數(shù)方法,分組輸出 當(dāng)兩組輸出設(shè)備或負(fù)載不會同時工作，可通過外部轉(zhuǎn)換開關(guān)或通過受PLC控制的電器觸點進行切換，所以PLC的每個輸出點可以控制兩個不同時工作的負(fù)載。,5.3 PLC輸入/輸出電路設(shè)計

18、,減少輸出點數(shù)方法,矩陣輸出 注意：采用矩陣輸出時，必須要將同一時間段接通的負(fù)載安排在同一行或同一列中，否則無法控制。,5.3 PLC輸入/輸出電路設(shè)計,減少輸出點數(shù)方法,并聯(lián)輸出 注意PLC輸出點同時驅(qū)動多個負(fù)載時，應(yīng)考慮PLC輸出點的驅(qū)動能力是否足夠。 輸出設(shè)備多功能化 利用PLC的邏輯處理功能，一個輸出設(shè)備可實現(xiàn)多種用途。 某些輸出設(shè)備可不進PLC 系統(tǒng)中某些相對獨立、比較簡單的控制部分，可直接采用PLC外部硬件電路實現(xiàn)控制。,5.3 PLC輸入/輸出電路設(shè)計,注意的問題,以上一些常用的減少I/0點數(shù)的措施，僅供參考，實際應(yīng)用中應(yīng)該根據(jù)具體情況，靈活使用。 同時應(yīng)該注意不要過份去減少PLC的I/0點數(shù)，而使外部附加電路變得復(fù)雜，從而影響系統(tǒng)的可靠性。,5.4 系統(tǒng)供電及接地設(shè)計,一、系統(tǒng)供電設(shè)計,系統(tǒng)供電設(shè)計是指PLC所需電源系統(tǒng)的設(shè)計，包括供電系統(tǒng)的一般性保護措施、PLC電源模塊