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廈門阿米控技術(shù)有限公司

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1746N2
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1746N2
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 一、問題提出

可編程控制器技術(shù)*主要是應(yīng)用于自動化控制工程中,如何綜合地運(yùn)用前面學(xué)過知識點,根據(jù)實際工程要求合理組合成控制系統(tǒng), 在此介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的一般方法。

二、可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

1 .系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容

( 1 )擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計任務(wù)書的形式來確定,它是整個設(shè)計的依據(jù);

( 2 )選擇電氣傳動形式和電動機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu);

( 3 )選定 PLC 的型號;

( 4 )編制 PLC 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖;

( 5 )根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書,然后再用相應(yīng)的編程語言(常用梯形圖)進(jìn)行程序設(shè)計;

( 6 )了解并遵循用戶認(rèn)知心理學(xué),重視人機(jī)界面的設(shè)計,增強(qiáng)人與機(jī)器之間的友善關(guān)系;

( 7 )設(shè)計操作臺、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元部件;

( 8 )編寫設(shè)計說明書和使用說明書;

根據(jù)具體任務(wù),上述內(nèi)容可適當(dāng)調(diào)整。

2 . 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟,如圖 1 所示。


圖 1 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟

( 1 )深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求

a .被控對象就是受控的機(jī)械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。

b .控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng),還可將控制任務(wù)分成幾個獨立部分,這種可化繁為簡,有利于編程和調(diào)試。

( 2 )確定 I/O 設(shè)備

根據(jù)被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求,確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等,常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。

( 3 )選擇合適的 PLC 類型

根據(jù)已確定的用戶 I/O 設(shè)備,統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù),選擇合適的 PLC 類型,包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。

( 4 )分配 I/O 點

分配 PLC 的輸入輸出點,編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。接著九可以進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計,同時可進(jìn)行控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。

( 5 )設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序

根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計出梯形圖即編程。這一步是整個應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的*核心工作,也是比較困難的一步,要設(shè)計好梯形圖,先要十分熟悉控制要求,同時還要有一定的電氣設(shè)計的實踐經(jīng)驗。

( 6 )將程序輸入 PLC

當(dāng)使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時,需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符,以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機(jī)上編程時,可通過上下位機(jī)的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。

( 7 )進(jìn)行軟件測試

程序輸入 PLC 后,應(yīng)先進(jìn)行測試工作。因為在程序設(shè)計過程中,難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前,必需進(jìn)行軟件測試,以排除程序中的錯誤,同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ),縮短整體調(diào)試的周期。

( 8 )應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試

在 PLC 軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后,就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試,如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成,則應(yīng)先作局部調(diào)試,然后再進(jìn)行整體調(diào)試;如果控制程序的步序較多,則可先進(jìn)行分段調(diào)試,然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題,要逐一排除,直至調(diào)試成功。

( 9 )編制技術(shù)文件

系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 梯形圖。

三、 PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計

1 . PLC 型號的選擇

在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前,要詳細(xì)了解被控對象的控制要求,從而決定是否選用 PLC 進(jìn)行控制。

在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜(需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等)、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理(有數(shù)據(jù)運(yùn)算、模擬量的控制、 PID 調(diào)節(jié)等)、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下,使用 PLC 控制是很必要的。

目前,內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品,使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實用的目的。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨,不要盲目貪大求全,以免造成和設(shè)備資源的浪費。機(jī)型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

( 1 )對輸入 / 輸出點的選擇

盲目選擇點數(shù)多的機(jī)型會造成一定浪費。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點數(shù),再按實際所需總點數(shù)的 15 ~ 20 %留出備用量(為系統(tǒng)的改造等留有余地)后確定所需 PLC 的點數(shù)。

另外要注意,一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制,一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 %; PLC 每個輸出點的驅(qū)動能力( A/ 點)也是有限的,有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異;一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級,但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離,則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

( 2 )對存儲容量的選擇

對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中,可以用輸入總點數(shù)乘 10 字 / 點+輸出總點數(shù)乘 5 字 / 點來估算;計數(shù)器 / 定時器按( 3 ~ 5 )字 / 個估算;有運(yùn)算處理時按( 5 ~ 10 )字 / 量估算;在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中,可以按每輸入 / (或輸出)一路模擬量約需( 80 ~ 100 )字左右的存儲容量來估算;有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。*后,一般按估算容量的 50 ~ 100 %留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者,選擇容量時留有裕量要大些。

( 3 )對 I/O 響應(yīng)時間的選擇

PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲(一般在 2 ~ 3 個掃描周期)等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng), PLC 和 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求,可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。

( 4 )根據(jù)輸出負(fù)載的特點選型

不同的負(fù)載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如,頻繁通斷的感性負(fù)載,應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的,而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點,如導(dǎo)通壓降小,有隔離作用,價格相對較便宜,承受瞬時過電壓和過電流的能力較強(qiáng),其負(fù)載電壓靈活(可交流、可直流)且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

( 5 )對在線和離線編程的選擇

離線編程示指主機(jī)和編程器共用一個 CPU ,通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時, CPU 只為編程器服務(wù),而不對現(xiàn)場進(jìn)行控制。專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個 CPU ,主機(jī)的 CPU 完成對現(xiàn)場的控制,在每一個掃描周期末尾與編程器通信,編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī),在下一個掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行控制。計算機(jī)輔助編程既能實現(xiàn)離線編程,也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機(jī),并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。

( 6 )據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型

若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò),則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能,即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計算機(jī)及 CRT 等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能,目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。

( 7 )對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點數(shù)據(jù)的情況下,整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活,維修方便(換模塊),容易判斷故障等優(yōu)點,要按實際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。

2 .分配輸入 / 輸出點

一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應(yīng)的。

分配好后,按系統(tǒng)配置的通道與接點號,分配給每一個輸入信號和輸出信號,即進(jìn)行編號。

在個別情況下,也有兩個信號用一個輸入點的,那樣就應(yīng)在接入輸入點前,按邏輯關(guān)系接好線(如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)),然后再接到輸入點。

( 1 )確定 I/O 通道范圍

不同型號的 PLC ,其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的,應(yīng)根據(jù)所選 PLC 型號,查閱相應(yīng)的編程手冊,決不可“張冠李戴”。必須參閱有關(guān)操作手冊。

( 2 )部輔助繼電器

內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出,不能直接連接外部器件,而是在控制其他繼電器、定時器 / 計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。

從功能上講,內(nèi)部輔助繼電器相當(dāng)于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。

未分配模塊的輸入 / 輸出繼電器區(qū)以及未使用 1 : 1 鏈接時的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設(shè)計的需要,應(yīng)合理安排 PLC 的內(nèi)部輔助繼電器,在設(shè)計說明書中應(yīng)詳細(xì)列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途,避免重復(fù)使用。參閱有關(guān)操作手冊。

( 3 )分配定時器 / 計數(shù)器

PLC 的定時器 / 計數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊。

7.3 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計方法及步驟

7.3.1 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法

在了解了 PLC 程序結(jié)構(gòu)之后,就要具體地編制程序了。編制 PLC 控制程序的方法很多,這里主要介紹幾種典型的編程方法。

1. 圖解法編程

圖解法是靠畫圖進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進(jìn)順控法。

(1) 梯形圖法:梯形圖法是用梯形圖語言去編制 PLC 程序。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。其圖形甚至元件名稱都與繼電器控制電路十分相近。這種方法很容易地就可以把原繼電器控制電路移植成 PLC 的梯形圖語言。這對于熟悉繼電器控制的人來說,是*方便的一種編程方法。

(2) 邏輯流程圖法:邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示 PLC 程序的執(zhí)行過程,反應(yīng)輸入與輸出的關(guān)系。邏輯流程圖法是把系統(tǒng)的工藝流程,用邏輯框圖表示出來形成系統(tǒng)的邏輯流程圖。這種方法編制的 PLC 控制程序邏輯思路清晰、輸入與輸出的因果關(guān)系及聯(lián)鎖條件明確。邏輯流程圖會使整個程序脈絡(luò)清楚,便于分析控制程序,便于查找故障點,便于調(diào)試程序和維修程序。有時對一個復(fù)雜的程序,直接用語句表和用梯形圖編程可能覺得難以下手,則可以先畫出邏輯流程圖,再為邏輯流程圖的各個部分用語句表和梯形圖編制 PLC 應(yīng)用程序。

(3) 時序流程圖法:時序流程圖法使先畫出控制系統(tǒng)的時序圖(即到某一個時間應(yīng)該進(jìn)行哪項控制的控制時序圖),再根據(jù)時序關(guān)系畫出對應(yīng)的控制任務(wù)的程序框圖,*后把程序框圖寫成 PLC 程序。時序流程圖法很適合于以時間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的編程方法。

(4) 步進(jìn)順控法:步進(jìn)順控法是在順控指令的配合下設(shè)計復(fù)雜的控制程序。一般比較復(fù)雜的程序,都可以分成若干個功能比較簡單的程序段,一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。從整個角度去看,一個復(fù)雜系統(tǒng)的控制過程是由這樣若干個步組成的。系統(tǒng)控制的任務(wù)實際上可以認(rèn)為在不同時刻或者在不同進(jìn)程中去完成對各個步的控制。為此,不少 PLC 生產(chǎn)廠家在自己的 PLC 中增加了步進(jìn)順控指令。在畫完各個步進(jìn)的狀態(tài)流程圖之后,可以利用步進(jìn)順控指令方便地編寫控制程序。

2. 經(jīng)驗法編程

經(jīng)驗法是運(yùn)用自己的或別人的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。多數(shù)是設(shè)計前先選擇與自己工藝要求相近的程序,把這些程序看成是自己的“試驗程序”。結(jié)合自己工程的情況,對這些“試驗程序”逐一修改,使之適合自己的工程要求。這里所說的經(jīng)驗,有的是來自自己的經(jīng)驗總結(jié),有的可能是別人的設(shè)計經(jīng)驗,就需要日積月累,善于總結(jié)。

3. 計算機(jī)輔助設(shè)計編程

計算機(jī)輔助設(shè)計是通過 PLC 編程軟件在計算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等等。使用編程軟件可以十分方便地在計算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試,使用編程軟件可以十分方便地在計算機(jī)上進(jìn)行程序的存取、加密以及形成 EXE 運(yùn)行文件。

7.3.2 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的步驟

在了解了程序結(jié)構(gòu)和編程方法的基礎(chǔ)上,就要實際地編寫 PLC 程序了。編寫 PLC 程序和編寫其他計算機(jī)程序一樣,都需要經(jīng)歷如下過程。

1. 對系統(tǒng)任務(wù)分塊

分塊的目的就是把一個復(fù)雜的工程,分解成多個比較簡單的小任務(wù)。這樣就把一個復(fù)雜的大問題化為多個簡單的小問題。這樣可便于編制程序。

2. 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖

從邏輯關(guān)系圖上,可以反應(yīng)出某一邏輯關(guān)系的結(jié)果是什么,這一結(jié)果又英導(dǎo)出哪些動作。這個邏輯關(guān)系可以是以各個控制活動順序為基準(zhǔn),也可能是以整個活動的時間節(jié)拍為基準(zhǔn)。邏輯關(guān)系圖反映了控制過程中控制作用與被控對象的活動,也反應(yīng)了輸入與輸出的關(guān)系。

3. 繪制各種電路圖

繪制各種電路的目的,是把系統(tǒng)的輸入輸出所設(shè)計的地址和名稱聯(lián)系起來。這是很關(guān)鍵的一步。在繪制 PLC 的輸入電路時,不僅要考慮到信號的連接點是否與命名一致,還要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適,也要考慮到在特殊條件下運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導(dǎo)到 PLC 的輸入端,把高壓引入 PLC 輸入端,會對 PLC 造成比較大的傷害。在繪制 PLC 的輸出電路時,不僅要考慮到輸出信號的連接點是否與命名一致,還要考慮到 PLC 輸出模塊的帶負(fù)載能力和耐電壓能力。此外,還要考慮到電源的輸出功率和極性問題。在整個電路的繪制中,還要考慮設(shè)計的原則努力提高其穩(wěn)定性和可靠性。雖然用 PLC 進(jìn)行控制方便、靈活。但是在電路的設(shè)計上仍然需要謹(jǐn)慎、全面。因此,在繪制電路圖時要考慮周全,何處該裝按鈕,何處該裝開關(guān),都要一絲不茍。

4. 編制 PLC 程序并進(jìn)行模擬調(diào)試

在繪制完電路圖之后,就可以著手編制 PLC 程序了。當(dāng)然可以用上述方法編程。在編程時,除了要注意程序要正確、可靠之外,還要考慮程序要簡捷、省時、便于閱讀、便于修改。編好一個程序塊要進(jìn)行模擬實驗,這樣便于查找問題,便于及時修改,*好不要整個程序完成后一起算總帳。

5. 制作控制臺與控制柜

在繪制完電器、編完程序之后,就可以制作控制臺和控制柜了。在時間緊張的時候,這項工作也可以和編制程序并列進(jìn)行。在制作控制臺和控制柜的時候要注意選擇開關(guān)、按鈕、繼電器等器件的質(zhì)量,規(guī)格必須滿足要求。設(shè)備的安裝必須注意安全、可靠。比如說屏蔽問題、接地問題、高壓隔離等問題必須妥善處理。

6. 現(xiàn)場調(diào)試

現(xiàn)場調(diào)試是整個控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。任何程序的設(shè)計很難說不經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試就能使用的。只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制回路和控制程序不能滿足系統(tǒng)要求之處;只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制電路和控制程序發(fā)生矛盾之處;只有進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試才能*后實地測試和*后調(diào)整控制電路和控制程序,以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。

7. 編寫技術(shù)文件并現(xiàn)場試運(yùn)行

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試以后,控制電路和控制程序基本被確定了,整個系統(tǒng)的硬件和軟件基本沒有問題了。這時就要全面整流技術(shù)文件,包括整理電路圖、 PLC 程序、使用說明及幫助文件。到此工作基本結(jié)束。 ? 北美地區(qū)注意事項: z 防爆危險: A、在進(jìn)行組件更換時,要注意該區(qū)域的防爆等級,該模塊適合的等級為Class I, Division 2。 B、在危險區(qū)域進(jìn)行組件更換或者設(shè)備接線的時候,一定要先斷開電源。 C、在未確定該區(qū)域是否為危險區(qū)域前,請勿斷開模塊連接。 z 該模塊必須安裝在防護(hù)等級為IP54的控制盤柜內(nèi); z 對于該模塊*好能提供必要的外部手段,以防止電源容量超過額定電壓的40%。 z 該模塊只適用于ATEX認(rèn)證的背板。 ? 電氣規(guī)格: 背板負(fù)載電流:800 mA @ 5 V DC; 3mA @ 24V DC 操作溫度:0 to 60°C (32 to 140°F) 存儲溫度:-40 to 85°C (-40 to 185°F) 相對濕度:5% to 95% (不結(jié)露) 所有的相電纜至少1.3mm2,所有接地電纜至少4mm2. ? 標(biāo)準(zhǔn): 
ANSI / ISA ISA 12.12.01 Class I Division 2, GPs A, B, C, D 
CSA/cUL C22.2 No. 213-1987 CSA CB Certified IEC61010 ATEX 
EN60079-0 Category 3, Zone 2 EN60079-15 ? 電池說明: 該模塊配置一塊可充電式電池用于對512K SRAM的數(shù)據(jù)保護(hù)。而且時鐘和CMOS都是通過該電池進(jìn)行正常工作的,該電池可以延長模塊的使用壽命。 模塊在次上電需要充電大約12個小時才可以將電池充滿電,當(dāng)模塊充滿電后,電池電池為CMOS設(shè)置,時鐘和SRAM供電,大約可以持續(xù)21天。 當(dāng)從背板上將模塊取下時,無比確認(rèn)模塊內(nèi)部的電池是充滿電的,充好電的電池可以保證BIOS設(shè)置數(shù)據(jù)保持幾天,但是如果電池沒電了,那么BOIS設(shè)置將會恢復(fù)默認(rèn)出廠設(shè)置。 注意:該電池用戶不可以自行更換。 2 / 139

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