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控制系统设计步骤详解

更新时间:2025-01-09 工作计划 版权反馈
【摘要】:仅需开关量控制的系统,将I/O点数乘以8,就是所需要的存储器的字数,这一要求一般都能满足。另外,同一企业应尽量使PLC的机型统一,或者尽可能只使用同一生产厂家的PLC。对于需要联网通信的控制系统,更要注意机型的统一,以便其模块可相互换用,便于备件采购和管理。对有特殊控制要求系统,可选用有相同或相似功能的PLC。

1.了解被控制系统

在设计前要详细分析被控对象、控制过程和要求,熟悉工艺流程及所有的功能和指标要求。例如,机械部件的动作顺序、动作条件及必要的保护与联锁,系统的工作方式(手动、自动),PLC与其他智能设备(变频器、触摸屏)之间的关系,PLC的通信联网,物理量的显示与显示方式,电源突然停电及紧急情况的处理等。

分类统计好PLC的输入信号和输出所控制的负载,并进一步分析各输入输出量的性质(是开关量还是模拟量、是直流量还是交流量、电压等级的大小等)。

2.进行与硬件有关的设计

(1)确定PLC的型号和硬件配置

1)PLC物理结构的选择。

PLC可分为整体式和模块式两种,小型控制系统一般使用整体式PLC。

模块式PLC的特点是功能扩展方便灵活,并且还配有多种特殊的I/O模块供用户使用,可完成各种特殊的控制任务,在判断故障范围和维修更换模块时也很方便。在较复杂、性能要求高的系统中一般采用模块式PLC。

2)PLC存储器的容量选择。

仅需开关量控制的系统,将I/O点数乘以8,就是所需要的存储器的字数,这一要求一般都能满足。

只有模拟量输入、没有模拟量输出的系统,按每路模拟量准备100个存储器字。

既有模拟量输入又有模拟量输出的系统,一般要求对模拟量作闭环控制,涉及的运算复杂,估计时可按每路模拟量准备200个存储器字。

当然在考虑以上容量时,需要留出一定的裕量。

3)PLC I/O点数的确定。

确定I/O点数时,首先要准确统计出被控设备对PLC I/O点数的总需求,然后在此基础上,留出10%~20%的裕量,以便今后对系统进行改进和扩充。对于整体式结构的PLC,如果与系统要求的I/O点数的比例相差很大,可以选用只有输入点或只有输出点的扩展单元或扩展模块。

根据以上几点,选择出合适的PLC的型号。另外,同一企业应尽量使PLC的机型统一,或者尽可能只使用同一生产厂家的PLC。对于需要联网通信的控制系统,更要注意机型的统一,以便其模块可相互换用,便于备件采购和管理。对有特殊控制要求系统,可选用有相同或相似功能的PLC。

4)开关量I/O模块的选择。

开关量I/O模块按外部接线方式分为隔离式、分组式和汇总式,如果信号之间不需要隔离,可选用后两种。

开关量输入模块的输入电压一般为DC24V和AC220V。直流输入电路的延迟时间较短,可直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触点接触可靠,适合在油雾、粉尘等恶劣环境下使用。

开关量输出模块有三种类型:继电器输出、双向晶闸管输出、晶体管输出。继电器输出模块可用于交流负载和直流负载,其触点工作电压范围广,导通电压降小,承受瞬时过电压和过电流的能力较强,但是动作速度较慢,动作次数有一定的限制。若输出信号变化不频繁,可优先选用继电器输出模块。

晶体管输出模块适用于直流负载,双向晶闸管输出模块适用于交流负载,它们的响应速度快、寿命长,但是过载能力差。

所以在进行开关量I/O模块的选择时要考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载变化是否频繁等,还要注意同一输出模块对电阻性负载、电感性负载和灯负载的驱动能力的差异。具体可以参照PLC的使用手册。如某继电器输出模块的最高工作电压为交流250V,则可以驱动2A的电阻性负载、80VA的电感性负载或者100W的白炽灯负载。

输出模块的输出电流额定值应大于负载电流的最大值,并要考虑到输出电流随环境温度升高而降低。

5)通信功能的选择。

首先了解系统对PLC通信功能的要求。例如,需要与哪些设备通信、通信距离、信息传输的速率等。

如果距离较近的两台设备通信,如PLC与上位机之间的通信,可选用RS232C串行通信接口的PLC,其最大通信距离为15m,最高传输速率为20kbit/s,只能一对一地通信。

如果是在多台设备间通信,可选用RS422和RS485串行通信接口。使用RS422时一台驱动器可连接10台接收器;RS485使用双绞线实现多站互连,构成分布式系统,最多可有32个站。(www.xing528.com)

选型时还要注意PLC是否配有通信用的专用指令,编程是否方便等。

(2)确定系统输入元件和输出元件的型号

输入元件,如按钮、指令开关、限位开关、接近开关、传感器等。

输出元件,如接触器、继电器、电磁阀、指示灯等。

(3)分配PLC的输入点和输出点

可以用表格的方式列出输入/输出信号,标明各个信号的意义、代号,并给各信号分配PLC中软元件的元件号。这一步主要为绘制硬件接线图和设计梯形图做准备。具体可参照I/O分配表。

(4)画出硬件接线图

这一步主要是结合前面给出的I/O分配表和输入、输出元件等,设计出PLC的外部硬件接线图,以及其他电气原理图、接线图和安装所需要的图样。

3.设计梯形图程序

主要根据总体要求和控制系统的具体情况,确定用户程序的基本结构,画出程序流程图或顺序功能图。

较简单的系统的梯形图可以用经验设计法来设计;较复杂的系统的梯形图一般采用顺序控制设计法来设计。

4.梯形图程序的模拟调试

1)对用户的梯形图程序一般先采用模拟调试,即用小开关和按钮来模拟PLC的实际输入信号(利用它们发出操作指令,或模拟实际的反馈信号,或模拟限位开关、传感器的接通和断开)。

2)通过输出模块上各输出继电器对应的发光二极管,来观察各输出信号的变化是否满足设计的要求。

3)在程序中如果定时器或计数器的设定值过大,可以在调试时将它们减小,以缩短调试时间。调试结束后再写入实际的设定值。

4)在顺序控制的调试中,主要是看程序的运行是否符合顺序功能图的规定,某一转换条件满足时,其前级步是否变为不活动步,其后续步是否变为活动步,以及各步所驱动的负载是否发生相应的变化。

5)调试时要充分考虑各种可能发生的情况,如果是顺序控制或多种工作方式,则要对每一条支路都逐一进行检查,不能遗漏。发现问题及时修改、再调试,直到完全符合控制要求为止。

6)在梯形图的设计和模拟调试的同时,可以设计、制作控制台、柜,PLC之外的其他硬件接线的安装等也可以同时进行。

5.现场总机调试

模拟调试通过后,进行实际的总装统调。先要仔细检查PLC外部设备接线是否正确,设备引脚上工作电压是否正常。在将用户程序传送到PLC之前,可先用一些短小的测试程序检测外部的接线状况,看看有无接线故障。进行这类预调时,要将主电路先行断开,避免误操作或电路故障损坏主电路元器件。一切确认无误后,将程序送入存储器进行总调试,直到各部分的功能都正常,协调一致成为一个正确的整体控制为止。如果发现问题,则要对硬件和软件的设计做出调整,直到完全符合要求。

6.编写技术文件

根据调试的最终结果,要整理出完整的技术文件,再交付用户使用。技术文件应包括以下内容:

1)PLC的外部接线图和其他电气图样。

2)PLC的编程元件表,程序中所使用的各软元件(X、Y、M、S、T、C)的元件号、名称、功能,以及T、C的设定值等。

3)PLC的顺序功能图、带注释的梯形图和必要的总体文字说明。

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