由內至外,4招教你設計一個完整的PLC應用係統
發布時間:2016-07-07 責任編輯:susan
【導讀】設計一個完整的PLC應用係統一般包括項目分析、PLC硬件選型、程序設計和調試等幾個步驟。項目分析需要對項目的生產工藝、工作環境、硬ying件jian需xu求qiu和he控kong製zhi要yao求qiu等deng方fang麵mian進jin行xing全quan麵mian分fen析xi。這zhe項xiang工gong作zuo是shi整zheng個ge係xi統tong設she計ji的de基ji礎chu。如ru果guo前qian期qi項xiang目mu分fen析xi不bu到dao位wei,將jiang會hui造zao成cheng後hou麵mian硬ying件jian選xuan型xing不bu準zhun確que,導dao致zhi工gong程cheng延yan期qi。
一、項目分析
1.項目分析
工程技術人員首先要對工程項目進行分析,即項目工程的控製流程和每個流程的控製類型,並對整個項目可能出現問題做出預判。
(1)分析控製流程。分析控製流程時,建議繪製相關的控製流程圖,清晰的標注每一步工作的內容和到下一步的條件。
(2)分析控製類型和預估PLC選型所需參數。一般PLC適用於四種控製類型,即順序控製,過程控製,運動(或位置)控(kong)製(zhi)和(he)網(wang)絡(luo)通(tong)信(xin)等(deng)。工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)在(zai)分(fen)析(xi)控(kong)製(zhi)要(yao)求(qiu)後(hou),根(gen)據(ju)繪(hui)製(zhi)的(de)控(kong)製(zhi)流(liu)程(cheng)圖(tu),將(jiang)每(mei)個(ge)控(kong)製(zhi)流(liu)程(cheng)的(de)控(kong)製(zhi)類(lei)型(xing)進(jin)行(xing)分(fen)類(lei),再(zai)根(gen)據(ju)項(xiang)目(mu)的(de)複(fu)雜(za)程(cheng)度(du)將(jiang)組(zu)合(he)出(chu)控(kong)製(zhi)類(lei)型(xing),因(yin)此(ci)前(qian)期(qi)準(zhun)確(que)地(di)分(fen)析(xi)每(mei)一(yi)步(bu)的(de)控(kong)製(zhi)類(lei)型(xing),將(jiang)有(you)助(zhu)於(yu)選(xuan)型(xing)的(de)準(zhun)確(que)和(he)問(wen)題(ti)的(de)預(yu)估(gu)。
在分析項目控製類型的同時,工程技術人員還要預估PLC選型所需要的重要參數值。如順序控製中的I/O點數;若使用編碼器,要根據編碼器的參數計算其輸出脈衝的頻率值,進而換算成PLC高速計數的脈衝頻率。再如,過程控製中模擬量數和模擬量精度、運動控製中PLC對於伺服驅動器反饋信號的響應速度和PLC高速脈衝輸出的數量,以及在網絡通信時,所選PLC是否支持相應的網絡類型等參數。
2.預估可能出現的問題
對dui於yu可ke能neng出chu現xian問wen題ti的de預yu估gu是shi工gong程cheng分fen析xi中zhong較jiao難nan的de環huan節jie。這zhe不bu僅jin需xu要yao工gong程cheng技ji術shu人ren員yuan對dui現xian場chang的de工gong作zuo環huan境jing和he整zheng個ge項xiang目mu控kong製zhi難nan點dian能neng夠gou較jiao好hao地di把ba握wo,還hai要yao對dui可ke能neng出chu現xian的de突tu發fa情qing況kuang和he危wei險xian具ju有you前qian期qi預yu判pan。
(1)設備工作環境的把握。工程人員需要對生產環境有較全麵的認識。如紡織機械所處工作環境的空氣濕度高、振動較大,所以設計PLC係(xi)統(tong)時(shi)要(yao)做(zuo)好(hao)防(fang)震(zhen)處(chu)理(li)。又(you)如(ru)建(jian)材(cai)加(jia)工(gong)廠(chang)的(de)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)比(bi)較(jiao)高(gao),並(bing)且(qie)有(you)很(hen)大(da)的(de)粉(fen)塵(chen)和(he)較(jiao)強(qiang)的(de)靜(jing)電(dian),因(yin)此(ci)工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)要(yao)在(zai)保(bao)證(zheng)電(dian)氣(qi)控(kong)製(zhi)櫃(gui)通(tong)風(feng)良(liang)好(hao)的(de)前(qian)提(ti)下(xia),進(jin)一(yi)步(bu)做(zuo)好(hao)防(fang)塵(chen)和(he)除(chu)靜(jing)電(dian)處(chu)理(li)。
設備工作環境的把握不僅僅局限於物理的環境,隨著PLC應用的深入,更需考慮人員因素。如設備操作人員的素質較低時,需要開發較為簡練的設備操作界麵。
(2)項xiang目mu難nan點dian的de預yu期qi。項xiang目mu難nan點dian的de預yu期qi其qi實shi就jiu是shi對dui項xiang目mu核he心xin問wen題ti的de把ba握wo。如ru噴pen氣qi織zhi機ji設she備bei的de控kong製zhi核he心xin就jiu是shi如ru何he快kuai速su有you序xu地di控kong製zhi電dian磁ci閥fa,利li用yong壓ya縮suo空kong氣qi的de摩mo擦ca力li來lai牽qian引yin緯wei紗sha穿chuan過guo紡fang織zhi梭suo,完wan成cheng紡fang織zhi的de引yin緯wei工gong作zuo,這zhe需xu要yaoPLC具有非常快的響應速度。在確定項目難點後,工程技術人員可以根據難點來對PLC進行選型。從整個項目的角度出發,項目的難點就是係統設計的特點,也是PLC選型的方向。
(3)xiangmuweixiandeqianqiyugu。zaixiangmushejiqianqi,gongchengjishurenyuanxuduibenxiangmukenengchuxiandeweixianqingkuangjinxingyupan。rushunxukongzhihuoyundongkongzhizhongtiaoshishebeishiduiyuwudongzuodefanghu;在zai過guo程cheng控kong製zhi中zhong,測ce試shi時shi是shi否fou有you高gao壓ya,高gao溫wen或huo者zhe有you毒du有you害hai物wu質zhi以yi及ji相xiang關guan的de防fang護hu措cuo施shi。在zai項xiang目mu設she計ji前qian期qi對dui危wei險xian進jin行xing預yu估gu有you助zhu於yu加jia強qiang工gong程cheng技ji術shu人ren員yuan的de安an全quan意yi識shi。
二、PLC硬件選型
PLC的選型是工程技術人員根據前期項目分析和項目難點的預期來選擇合適PLC,主要依據以下原則。
1.先特殊後一般原則
根據工程經驗,大多數工程項目中製約PLC選型的因素主要集中在幾個關鍵點上,所以應遵循先特殊後一般的原則選擇PLC。
所謂特殊即項目有哪些特殊的控製要求,不同控製類型有著不同的首要製約因素。如順序控製中,CPU的程序容量和I/O點的擴展能力為PLC選型的主要因素。過程控製中,則以控製模擬量的數量和模擬量的精度作為出發點進行選型。在較為簡單的運動控製中,PLC需要接收來自現場編碼器送回的位置信號並相應地發出一定頻率的脈衝來控製伺服電機,因此PLC處理數據的速度、輸入端接收高速脈衝的能力和輸出端高速脈衝的發送能力將成為PLC選型的首要因素。而在大型複合項目中,需使用不同的PLC組網,因此PLC支持的網絡類型則成為PLC選型的首要因素。
工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)需(xu)按(an)照(zhao)本(ben)項(xiang)目(mu)的(de)核(he)心(xin)需(xu)求(qiu),將(jiang)不(bu)同(tong)的(de)控(kong)製(zhi)要(yao)求(qiu)按(an)照(zhao)從(cong)特(te)殊(shu)到(dao)一(yi)般(ban)的(de)順(shun)序(xu)進(jin)行(xing)排(pai)列(lie),如(ru)此(ci)選(xuan)型(xing)將(jiang)事(shi)半(ban)功(gong)倍(bei),更(geng)可(ke)降(jiang)低(di)工(gong)程(cheng)的(de)整(zheng)體(ti)難(nan)度(du)。
2.由下至上原則
由下至上原則的目的是將PLC選型的性價比最大化。目前多數廠家的PLC產品分成多個係列。當工程技術人員選型時,按照第一步從特殊到一般的選型順序,從最低款PLC開始,逐一對照性能參數。當發現不滿足要求時,考慮較高一款產品。以此類推,直至選取全部滿足要求的PLC型號。如若由上至下選型,則會使PLC功能浪費,造成大馬拉小車。
3.PLC開關量輸入/輸出單元的選擇
PLC的開關量輸入點是用來接受現場傳感器所輸入的電平信號,開關時輸出點的作用根據內部的控製信號來驅動外部負載。
(1)開關量輸入端子的選擇。現在市麵上PLC輸入點均為晶體管輸入,使用者隻需要根據前期預估的輸入點數量選擇即可。但是這裏需要注意,因PLC端接線類型不同,分別有NPN和PNP兩種輸入方式,其意義是輸入端是以低電平有效還是以高電平有效,一旦確定輸入端的接線類型,則需選用相同類型輸入的傳感器,即NPN和PNP型的傳感器不能共用一個PLC的輸入端子。
現在市麵上PLC輸入端子多為直流24V的輸入電壓,如果需要其將他電壓規格的傳感器接入到PLC,需用繼電器做相應的隔離,保證接入PLC輸入端的信號為直流24V電壓。
(2)開關量輸出端子的選擇。PLC開關量輸出點的類型主要為繼電器型輸出和晶體管輸出兩種。
1)jidianqishuchuxing。jidianqishuchufuzainenglihao,nenggouduanshijianchengshoujiaogaoguodianyaheguodianliu,youjiaoqiangdegelizuoyong。danshiyouyujidianqineibuweijixiechudian,dongzuoshoumingyouxian,suoyizhinengyongyulianjiedongzuopinlvjiaodiqiebuxuyaogaosumaichongshuchudechanghe。
2)晶jing體ti管guan輸shu出chu型xing。晶jing體ti管guan型xing輸shu出chu是shi以yi通tong過guo控kong製zhi其qi內nei部bu三san極ji管guan的de導dao通tong為wei手shou段duan,來lai達da到dao控kong製zhi輸shu出chu端duan子zi通tong斷duan目mu的de,並bing且qie其qi內nei部bu並bing沒mei有you機ji械xie觸chu點dian結jie構gou,所suo以yi相xiang比bi於yu繼ji電dian器qi輸shu出chu觸chu點dian,晶jing體ti管guan輸shu出chu觸chu點dian壽shou命ming長chang,動dong作zuo頻pin率lv高gao,不bu易yi損sun壞huai,缺que點dian為wei負fu載zai能neng力li較jiao差cha。
3)開關量輸出端子選型的注意事項
① 類似於輸入端,晶體管輸出端子也分為NPN型和PNP型兩種。一旦型號確定則隻能按照同種接線方式連接負載。
② 在實際應用中,建議工程技術人員多選用晶體管輸出型PLC,並bing在zai輸shu出chu端duan使shi用yong繼ji電dian器qi連lian接jie外wai部bu負fu載zai,形xing成cheng對dui於yu下xia遊you負fu載zai設she備bei的de電dian氣qi隔ge離li,這zhe樣yang的de組zu合he綜zong合he了le晶jing體ti管guan壽shou命ming長chang和he繼ji電dian器qi負fu載zai能neng力li強qiang的de優you點dian。如ru果guo現xian場chang出chu現xian電dian氣qi故gu障zhang,PLC輸出端子將會因受到隔離繼電器保護而免受損壞,隻需要更換損壞的繼電器即可。而一旦繼電器輸出型PLC端子損壞,將無法修複損壞端子。
4.先內置後擴展原則
隨著PLC的不斷更新換代,特別是小型機功能的不斷增強,PLC單機已內置了許多擴展模塊的功能,如模擬量功能,通信功能等。因此,選型時盡可能選用內置功能多的PLC,既降低了成本,又節省控製櫃空間,更可以簡化設置和編程工作量。
5.PLC選型冗餘量的把握
由於前期預估、現場施工改動和後期維護升級的需要,PLC選型需考慮一定的冗餘量。主要考慮I/O點的數量,較小的工程控製在20%的冗餘範圍;較大的工程控製在5%~10%。其它如模擬量,通信和總線功能的冗餘問題,需工程技術人員根據現場硬件配置靈活把握,如果控製功能均為PLC內置的,則需更換高一級單機PLC;若控製功能是通過擴展模塊實現的,則考慮冗餘時僅需更新相應模塊即可。
三、PLC編程要點
(1)根據控製流程圖分配程序段
genjuqianqikongzhiliuchengtujiangkongzhichengxufenjiechengbutongdechengxuduan,zheyangkeyishichengxuzhengtijiegouqingxi,bianyuhouqitiaoshichengxu。ruguoxiangmujiaofuza,jiangchengxufenduanhoubianyufenpeigeiruoganmingbianchengrenyuantongshibianchenghetiaoshi,congzhengtishangtigaolebianchengxiaolv。
(2)編製I/O表和內存表
編製I/O表是給每個輸入/輸出點分配地址並做注釋,避免編程時出現I/O點混亂的問題。編製內存表是分配PLC內存地址給程序的中間變量並做注釋,便於編程時引用。
(3)簡化編程
編程員在熟悉PLC指令係統的基礎上,熟練使用高級指令編程,可以極大地減少編程工作量,節省PLC存儲器空間,有助於更好地發揮PLC功能。
(4)注釋清晰
weilefangbianhouqitiaoshichengxu,bianchengshixujiangmeigexiangguandiandezhushiqingxidibiaozhuzaichengxuzhong,baokuoshiyongdeteshuzhilingmudedeng。chengxukeduxinghao,weihouqixiangmuweihuheshengjidaxiajichu。
四、PLC程序調試方法
PLC應用程序的調試工作可以分為模擬調試和聯機調試兩個步驟。
1.模擬調試
模擬調試是指根據開關量I/O單元上各位對應的發光二極管的顯示狀態而不帶輸出設備進行的調試。
設計好控製程序後,一般先作模擬調試。有的PLC廠家提供了在計算機上運行、可用來替代PLC硬件來調試程序的仿真軟件,例如歐姆龍公司與CX-Programmer編程軟件配套的CX-Simulator仿真軟件等。在仿真時按照係統功能的要求,將某些輸入元件位強製為ON或OFF,或改寫某些元件中的數據,監視係統的功能是否能正確實現。
如果連接上PLC硬件來調試程序時,可以使用接在輸入端子上的小開關和按鈕來模擬PLC實(shi)際(ji)的(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao),例(li)如(ru)用(yong)它(ta)們(men)發(fa)出(chu)操(cao)作(zuo)指(zhi)令(ling),或(huo)者(zhe)用(yong)它(ta)們(men)模(mo)擬(ni)實(shi)際(ji)的(de)反(fan)饋(kui)信(xin)號(hao),如(ru)行(xing)程(cheng)開(kai)關(guan)觸(chu)點(dian)的(de)接(jie)通(tong)和(he)斷(duan)開(kai)等(deng)。通(tong)過(guo)開(kai)關(guan)量(liang)輸(shu)出(chu)單(dan)元(yuan)上(shang)各(ge)輸(shu)出(chu)點(dian)對(dui)應(ying)的(de)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan),觀(guan)察(cha)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)是(shi)否(fou)滿(man)足(zu)設(she)計(ji)的(de)要(yao)求(qiu)。
調(tiao)試(shi)順(shun)序(xu)控(kong)製(zhi)程(cheng)序(xu)的(de)主(zhu)要(yao)任(ren)務(wu)是(shi)檢(jian)查(zha)程(cheng)序(xu)的(de)運(yun)行(xing)是(shi)否(fou)符(fu)合(he)順(shun)控(kong)圖(tu)的(de)規(gui)定(ding),即(ji)在(zai)某(mou)一(yi)轉(zhuan)換(huan)實(shi)現(xian)時(shi),是(shi)否(fou)發(fa)生(sheng)活(huo)動(dong)步(bu)狀(zhuang)態(tai)的(de)正(zheng)確(que)變(bian)化(hua),該(gai)轉(zhuan)換(huan)所(suo)有(you)的(de)前(qian)級(ji)步(bu)是(shi)否(fou)變(bian)為(wei)不(bu)活(huo)動(dong)步(bu),所(suo)有(you)的(de)後(hou)續(xu)步(bu)是(shi)否(fou)變(bian)為(wei)活(huo)動(dong)步(bu),以(yi)及(ji)各(ge)步(bu)被(bei)驅(qu)動(dong)的(de)負(fu)載(zai)是(shi)否(fou)發(fa)生(sheng)相(xiang)應(ying)的(de)變(bian)化(hua)。在(zai)調(tiao)試(shi)時(shi)應(ying)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)各(ge)種(zhong)可(ke)能(neng)的(de)情(qing)況(kuang),對(dui)係(xi)統(tong)各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)工(gong)作(zuo)方(fang)式(shi)、順控圖中的每一條支路、各ge種zhong可ke能neng的de進jin展zhan路lu線xian,都dou應ying逐zhu一yi檢jian查zha,不bu能neng遺yi漏lou。發fa現xian問wen題ti後hou及ji時shi修xiu改gai程cheng序xu,直zhi到dao在zai各ge種zhong可ke能neng的de情qing況kuang下xia輸shu入ru信xin號hao與yu輸shu出chu信xin號hao之zhi間jian的de關guan係xi完wan全quan符fu合he要yao求qiu。如ru果guo程cheng序xu中zhong某mou些xie定ding時shi器qi或huo計ji數shu器qi的de設she定ding值zhi過guo大da,為wei了le縮suo短duan調tiao試shi時shi間jian,可ke以yi在zai調tiao試shi時shi將jiang它ta們men減jian小xiao,模mo擬ni調tiao試shi結jie束shu後hou再zai寫xie入ru它ta們men的de實shi際ji設she定ding值zhi。
總(zong)之(zhi),模(mo)擬(ni)調(tiao)試(shi)是(shi)整(zheng)個(ge)程(cheng)序(xu)設(she)計(ji)工(gong)作(zuo)中(zhong)一(yi)項(xiang)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)內(nei)容(rong),它(ta)可(ke)以(yi)初(chu)步(bu)檢(jian)查(zha)程(cheng)序(xu)的(de)實(shi)際(ji)效(xiao)果(guo)。模(mo)擬(ni)調(tiao)試(shi)和(he)程(cheng)序(xu)編(bian)寫(xie)是(shi)密(mi)不(bu)可(ke)分(fen)的(de),程(cheng)序(xu)的(de)許(xu)多(duo)功(gong)能(neng)是(shi)在(zai)調(tiao)試(shi)中(zhong)不(bu)斷(duan)修(xiu)改(gai)和(he)逐(zhu)步(bu)完(wan)善(shan)的(de)。模(mo)擬(ni)調(tiao)試(shi)既(ji)可(ke)以(yi)在(zai)實(shi)驗(yan)室(shi)內(nei)進(jin)行(xing),也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)現(xian)場(chang)實(shi)施(shi)。如(ru)果(guo)是(shi)在(zai)現(xian)場(chang)進(jin)行(xing)模(mo)擬(ni)調(tiao)試(shi),那(na)就(jiu)應(ying)將(jiang)PLC係統與現場信號隔離,切斷I/O單元的外部電源,以免引起不必要的損失。
2.聯機調試
聯機調試是指將PLC安裝到控製櫃中,並連接輸入元件和輸出負載,運行控製程序進行整體調試的過程。
在對程序進行模擬調試的同時,可以設計、製作控製櫃,PLC之外其他硬件的安裝、接線工作也可以同時進行。完成控製櫃內部接線後,應測試接線。可以在控製櫃的接線端子上模擬PLC外部的開關量輸入信號,或操作控製櫃麵板上的按鈕和指令開關,觀察對應PLC輸入點的狀態變化是否正確。用編程器或編程軟件將PLC的輸出點強製置位或複位,觀察對應PLC的負載(如外部的繼電器、接觸器等)動作是否正常,或對應控製櫃接線端子上輸出信號的狀態變化是否正確。
duiyuyoumoniliangshurudexitong,keyigeibiansongqitigongbiaozhundeshuruxinhao,tongguotiaojiedanyuanshangdedianweiqihuochengxuzhongdecanshu,shimoniliangshuruxinhaohezhuanhuanhoudeshuziliangzhijiandeguanximanzuyaoqiu。
在現場安裝好控製櫃並完成櫃內接線測試後,將外部的輸入元件和執行機構接入PLC,將PLC置於運行模式,運行控製程序,檢查控製係統是否能滿足要求。
在調試過程中將暴露出PLC係xi統tong可ke能neng存cun在zai的de硬ying件jian問wen題ti及ji梯ti形xing圖tu設she計ji中zhong的de問wen題ti,發fa現xian問wen題ti後hou在zai現xian場chang加jia以yi解jie決jue,直zhi到dao完wan全quan符fu合he要yao求qiu。全quan部bu調tiao試shi完wan成cheng後hou,還hai要yao經jing過guo一yi段duan時shi間jian的de試shi運yun行xing,以yi檢jian驗yan係xi統tong的de可ke靠kao性xing。
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