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西門子PLC300系列的設計步驟與實例

S7-300系列PLC應用系統(tǒng)設計

PLC應用系統(tǒng)設計的內容和步驟

PLC應用系統(tǒng)的硬件設計

PLC應用系統(tǒng)的軟件設計

PLC應用系統(tǒng)設計實例

PLC應用系統(tǒng)設計的內容和步驟

系統(tǒng)設計的原則與內容

1．設計原則

(1) 大限度地滿足被控設備或生產過程的控制要求；

(2) 在滿足控制要求的前提下，力求簡單、經濟，操作方便；

(3) 保證控制系統(tǒng)工作安全可靠；

(4) 考慮到今后的發(fā)展改進，應適當留有進一步擴展的余地。

2．設計內容

(1) 擬定控制系統(tǒng)設計的技術條件，它是整個設計的依據；

(2) 選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構；

(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) 根據系統(tǒng)要求編寫軟件說明書，然后再進行程序設計；

(6) 重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友善關系；

(7) 設計操作臺、電氣柜及非標準電器元部件；

(8) 編寫設計說明書和使用說明書。

系統(tǒng)設計和調試的主要步驟

1．深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求

2．確定IO設備，常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。

3．選擇合適的PLC類型， 根據已確定的用戶IO設備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數，選擇合適的PLC類型。

4．分配IO點，編制出輸入輸出端子的接線圖。

5．設計應用系統(tǒng)梯形圖程序，這一步是整個應用系統(tǒng)設計核心的工作。

6．將程序輸入PLC，當使用計算機上編程時，可將程序下載到PLC中。

7．進行軟件測試，在將PLC連接到現場設備上之前，必須進行軟件測試，以排除程序中的錯誤。

8．應用系統(tǒng)整體調試，在PLC軟硬件設計和控制柜及現場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調試。調試中發(fā)現的問題要逐一排除，直至調試成功。

9．編制技術文件， 系統(tǒng)技術文件包括功能說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、PLC梯形圖等。

PLC選型

在滿足控制要求的前提下，選型時應選擇的性能價格比，具體應考慮以下幾點。

1．性能與任務相適應

2．PLC的處理速度應滿足實時控制的要求

3．PLC應用系統(tǒng)結構合理、機型系列應統(tǒng)一

4．在線編程和離線編程的選擇

PLC容量估算

PLC容量包括兩個方面：一是IO的點數，二是用戶存儲器的 容量。

1．IO點數的估算

根據功能說明書，可統(tǒng)計出PLC系統(tǒng)的開關量IO點數及模擬量IO通道數，以及開關量和模擬量的信號類型。應在統(tǒng)計后得出IO總點數的基礎上，增加10％～15％的裕量。選定的PLC機型的IO能力極限值必須大于IO點數估算值，并應盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應留有30％左右的裕量。

2. 存儲器容量估算

用戶應用程序占用多少內存與許多因素有關，如IO點數、控制要求、運算處理量、程序結構等。因此在程序設計之前只能粗略的估算。根據經驗，每個IO點及有關功能器件占用的內存大致如下：

所需存儲器容量(KB)＝(1～1.25)×(DI×10＋DO×8＋AIO×100＋CP×300)1024

其中：DI為數字量輸入總點數；DO為數字量輸出總點數；AIAO為模擬量IO通道總數；CP為通信接口總數。

IO模塊的選擇

1．開關量輸入模塊的選擇

PLC的輸入模塊用來檢測來自現場(如按鈕、行程開關、溫控開關、壓力開關等)電平信號，并將其轉換為PLC內部的低電平信號。開關量輸入模塊按輸入點數分，常用的有8點、12點、16點、32點等；按工作電壓分，常用的有直流5 V、12 V、24 V，交流110 V、220 V等選擇輸入模塊主要應考慮以下兩點：

(1) 根據現場輸入信號(如按鈕、行程開關)與PLC輸入模塊距離的遠近來選擇電壓的高低。一般，24 V以下屬低電平，其傳輸距離不宜太遠。如12 V電壓模塊一般不超過10 m，距離較遠的設備選用較高電壓模塊比較可靠。

(2) 高密度的輸入模塊，如32點輸入模塊，允許同時接通的點數取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般，同時接通的點數不得超過總輸入點數的60％。

；按外部接線方式又可分為匯點輸入、分隔輸入等。

2．開關量輸出模塊的選擇

輸出模塊的任務是將PLC內部低電平的控制信號轉換為外部所需電平的輸出信號，驅動外部負載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向可控硅輸出和晶體管輸出。

1) 輸出方式的選擇

繼電器輸出價格便宜，使用電壓范圍廣，導通壓降小，承受瞬間過電壓和過電流的能力較強，且有隔離作用。但繼電器有觸點，壽命較短，且響應速度較慢，適用于動作不頻繁的交直流負載。當驅動電感性負載時，大開閉頻率不得超過1 Hz。

晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無觸點開關輸出，適用于通斷頻繁的感性負載。感性負載在斷開瞬間會產生較高的反壓，必須采取抑制措施

2) 輸出電流的選擇

模塊的輸出電流必須大于負載電流的額定值，如果負載電流較大，輸出模塊不能直接驅動，則應增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負載、熱敏電阻負載，考慮到接通時有沖擊電流，故要留有足夠的裕量。

3) 允許同時接通的輸出點數

在選用輸出模塊時，還要看整個輸出模塊的滿負荷能力，如OMRON公司的CQM1-OC222是16點輸出模塊，每個點允許通過電流2 A(AC250 VDC24 V)。但整個模塊允許通過的大電流僅8 A。

分配輸入輸出點

一般輸入點與輸入信號、輸出點與輸出控制是一一對應的；在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關系接好線(如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián))，然后再接到輸入點。

1. 明確IO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，應根據所選PLC型號，弄清相應的IO點地址的分配。

2. 內部輔助繼電器

內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、計數器時作數據存儲或數據處理用。根據程序設計的需要，應合理安排PLC的內部輔助繼電器，在設計說明書中應詳細列出各內部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。

3．分配定時器計數器

對用到定時器和計數器的控制系統(tǒng)，注意定時器和計數器的編號不能相同。若掃描時間較長，則要使用高速定時器以保證計時準確

安全回路設計

安全回路起保護人身安全和設備安全的作用，它應能獨立于PLC工作，并采用非半導體的機電元件以硬接線方式構成。

確保系統(tǒng)安全的硬接線邏輯回路，在以下幾種情況下將發(fā)揮安全保護作用：① PLC或機電元件檢測到設備發(fā)生緊急異常狀態(tài)時；② PLC失控時；③ 操作人員需要緊急干預時。

設計安全回路的任務包括以下內容：

(1) 確定控制回路之間邏輯和操作上的互鎖關系；

(2) 設計硬回路以提供對過程中重要設備的手動安全性干預手段；

(3) 為PLC定義故障形式和重新啟動特性。

PLC應用系統(tǒng)的軟件設計

PLC應用軟件設計的內容

PLC應用軟件的設計是一項十分復雜的工作，它要求設計人員既要有PLC、計算機程序設計的基礎，又要有自動控制的技術，還要有一定的現場實踐經驗。

一個實用的PLC軟件工程的設計通常要涉及以下幾個方面的內容：

(1) PLC軟件功能的分析與設計；

(2) IO信號及數據結構分析與設計(3) 程序結構分析與設計；

(4) 軟件設計規(guī)格說明書編制；

(5) 用編程語言、PLC指令進行程序設計；

(6) 軟件測試；

(7) 程序使用說明書編制。

PLC應用系統(tǒng)的軟件設計步驟

根據可編程序控制器系統(tǒng)硬件結構和生產工藝要求，在軟件規(guī)格說明書的基礎上，編制實際應用程序并形成程序說明書的過程就是應用系統(tǒng)的軟件設計。

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