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摘要PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程,要想做到熟练自如,需要反复设计和实践。是PLC控制系统的设计和实践经验的总结,在实际应用中具有良好的效果。
关键词PLC;控制系统;设计;调试
中图分类号TP273文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)062-0092-01
在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例如电机的启停,电磁阀的开闭,产品的计数,温度、压力、流量的设定与控制等,而PLC技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。
1PLC系统设备选型
PLC最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器,机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求,分析被控對象的复杂程度,进行I/O点数和I/O点的类型(数字量、模拟量等)统计,列出清单。适当进行内存容量的估计,确定适当的留有余量而不浪费资源的机型。
1.1确定PLC 控制系统的规模
依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。
小规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程,控制过程主要是条件、顺序控制,以开关量为主。一般选用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC,如SIEMENS S7-300等。大规模PLC控制系统:生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的高档PLC,如SIEMENS S7-400等。
1.2确定PLC I/O点的类型
根据生产工艺要求,分析被控对象的复杂程度,进行I/O点数和I/O点的类型(数字量、模拟量等)统计,列出清单。适当进行内存容量的估计,确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型。
根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型,是大电流还是小电流,以及PLC输出点动作的频率等,从而确定输出端采用继电器输出,还是晶体管输出,或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式,对系统的稳定运行是很重要的。
1.3确定PLC编程工具
1)一般的手持编程器编程。手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表(STL)编程。这主要用于微型PLC的编程。2)图形编程器编程。图形编程器采用梯形图(LAD)编程,方便直观,一般的电气人员短期内就可应用自如,主要用于微型PLC和中档PLC。3)计算机加PLC软件包编程。这种方式是效率最高的一种方式,主要用于中高档PLC系统的硬件组态和软件编程。
2PLC控制系统的设计
PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。
2.1PLC控制系统的硬件设计
硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节,这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。1)PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V,适应电源范围较宽,但为了抗干扰,应加装电源净化元件;隔离变压器也可以采用双隔离技术,即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地,次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地,以减小高低频脉冲干扰。2)PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求,各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出,它适应于高频动作,并且响应时间短;如果PLC系统输出频率为每分钟6次以下,应首选继电器输出,采用这种方法,输出电路的设计简单,抗干扰和带负载能力强。3)PLC控制系统的抗干扰设计。一般采用以下几种方式:隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成,所以建议采用1:1超隔离变压器,并将中性点经电容接地。屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽,将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地,能起到良好的静电、磁场屏蔽作用,防止空间辐射干扰。布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线,并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。
2.2PLC控制系统的软件设计
在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图,这是PLC应用的最关键的问题,程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中,良好的软件设计思想是关键,优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。
1)PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同,可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。基本程序:基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块,分别编写和调试,最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想,因为各模块具有相对独立性,相互连接关系简单,程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。
2)PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配,依据生产流水线从前至后,I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址,以利于维护。定时器、计数器要统一编号,不可重复使用同一编号,以确保PLC工作运行的可靠性。程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位(不是I/O位),也要统一编号,进行分配。在地址分配完成后,应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
3PLC控制系统程序的调试
3.1I/O端子测试
用手动开关暂时代替现场输入信号,以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证,PLC输入端子的指示灯点亮,表示正常;反之,应检查接线或者是I/O点坏。
3.2系统调试
系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好,然后装载程序于PLC中,运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统,包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。
把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。
4结束语
PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程,要想做到熟练自如,需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结,在实际应用中具有良好的效果。
参考文献
[1]种肇新,彭侃.可编程序控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2006.
[2]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2004.
作者简介
赵静(1982—),女,山东淄博人,现任教于淄博职业学院电子系,研究方向电气控制,工学学士,山东大学在读硕士。
关键词PLC;控制系统;设计;调试
中图分类号TP273文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)062-0092-01
在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例如电机的启停,电磁阀的开闭,产品的计数,温度、压力、流量的设定与控制等,而PLC技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。
1PLC系统设备选型
PLC最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器,机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求,分析被控對象的复杂程度,进行I/O点数和I/O点的类型(数字量、模拟量等)统计,列出清单。适当进行内存容量的估计,确定适当的留有余量而不浪费资源的机型。
1.1确定PLC 控制系统的规模
依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。
小规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程,控制过程主要是条件、顺序控制,以开关量为主。一般选用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC,如SIEMENS S7-300等。大规模PLC控制系统:生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的高档PLC,如SIEMENS S7-400等。
1.2确定PLC I/O点的类型
根据生产工艺要求,分析被控对象的复杂程度,进行I/O点数和I/O点的类型(数字量、模拟量等)统计,列出清单。适当进行内存容量的估计,确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型。
根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型,是大电流还是小电流,以及PLC输出点动作的频率等,从而确定输出端采用继电器输出,还是晶体管输出,或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式,对系统的稳定运行是很重要的。
1.3确定PLC编程工具
1)一般的手持编程器编程。手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表(STL)编程。这主要用于微型PLC的编程。2)图形编程器编程。图形编程器采用梯形图(LAD)编程,方便直观,一般的电气人员短期内就可应用自如,主要用于微型PLC和中档PLC。3)计算机加PLC软件包编程。这种方式是效率最高的一种方式,主要用于中高档PLC系统的硬件组态和软件编程。
2PLC控制系统的设计
PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。
2.1PLC控制系统的硬件设计
硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节,这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。1)PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V,适应电源范围较宽,但为了抗干扰,应加装电源净化元件;隔离变压器也可以采用双隔离技术,即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地,次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地,以减小高低频脉冲干扰。2)PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求,各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出,它适应于高频动作,并且响应时间短;如果PLC系统输出频率为每分钟6次以下,应首选继电器输出,采用这种方法,输出电路的设计简单,抗干扰和带负载能力强。3)PLC控制系统的抗干扰设计。一般采用以下几种方式:隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成,所以建议采用1:1超隔离变压器,并将中性点经电容接地。屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽,将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地,能起到良好的静电、磁场屏蔽作用,防止空间辐射干扰。布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线,并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。
2.2PLC控制系统的软件设计
在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图,这是PLC应用的最关键的问题,程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中,良好的软件设计思想是关键,优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。
1)PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同,可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。基本程序:基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块,分别编写和调试,最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想,因为各模块具有相对独立性,相互连接关系简单,程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。
2)PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配,依据生产流水线从前至后,I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址,以利于维护。定时器、计数器要统一编号,不可重复使用同一编号,以确保PLC工作运行的可靠性。程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位(不是I/O位),也要统一编号,进行分配。在地址分配完成后,应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
3PLC控制系统程序的调试
3.1I/O端子测试
用手动开关暂时代替现场输入信号,以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证,PLC输入端子的指示灯点亮,表示正常;反之,应检查接线或者是I/O点坏。
3.2系统调试
系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好,然后装载程序于PLC中,运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统,包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。
把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。
4结束语
PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程,要想做到熟练自如,需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结,在实际应用中具有良好的效果。
参考文献
[1]种肇新,彭侃.可编程序控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2006.
[2]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2004.
作者简介
赵静(1982—),女,山东淄博人,现任教于淄博职业学院电子系,研究方向电气控制,工学学士,山东大学在读硕士。