6ES7231-0HC22-0XA8厂家供应

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3 PLC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。

3.1 PLC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控制系统运行的性、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（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）;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。

PLC输入电路电源一般应采用DC 24V，同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电和PLC至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。

（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。

如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。

当PLC扫描频率为10次/min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。
对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的性、性。

对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。

（3）PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时考虑的问题。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。

3.2 PLC 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，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：既可以作为立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，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，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。

彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。

（3） PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC 编程遵循的原则。下面介绍几点技巧：

PLC各种触点可以多次重复使用，用复杂的程序来减少触点使用次数。

同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0）。

如果要使PLC多个输出为固定值1 （常闭），可以采用字传送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。

对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。

模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC 程序的编制。

4 PLC控制系统程序的调试

PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。

4.1 I/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。

我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。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。

4.2 系统调试

系统调试应按控制要求将电源、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。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行：

（1）对每一个现场信号和控制量做单测试；
（2）检查硬件/修改程序；
（3）对现场信号和控制量做综合测试；
（4）带设备调试；
（5）调试结束。

5 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。

1 引 言

    随着技术的发展，可编程控制器(plc)的功能已经大大过了逻辑控制的范围，作为一种成熟稳定的控制器，目前plc已经在工业控制中得到了越来越广泛的应用。在工业生产过程控制中，它具有性高、抗干扰能力强，在恶劣的生产环境里，仍然可以十分正常地工作等优点。作为plc本身，它的故障发生率非常低，但对以plc为的plc控制系统而言，组成系统的其他外部元器件(如传感器、断路器和执行器等)和软件本身则很可能发生故障，从而使整个系统发生故障，有时还会烧坏plc，使整个系统瘫痪，造成大的经济损失。所以，一个完善的plc系统除了能够正常运行，满足工业控制的要求，还能在系统出现故障时兼顾及时的故障诊断和故障处理建议。

    本文将针对日照港氧化铝接卸vigan卸船机plc控制系统的故障诊断设计进行分析。

2 plc的故障诊断功能

    故障自诊断功能是工业控制系统的智能化的一个重要标志，对于工业控制具有较高的意义和实用。

    plc控制系统故障诊断技术的基本原理是利用plc的逻辑或运算功能，把连续获得的被控过程的各种状态不断地与所存储的理想(或正确)状态进行比较，发现它们之间的差异，并检查差异是否在所允许的范围内(包括时间范围和数值范围)。若差异出了该范围，则按事先设定的方式对该差异进行译码，后以简单的、或较完善的方式给出故障信息报警。故障诊断的功能包括 故障的和判断及故障的信息输出。在plc控制系统中，发生故障的情况是多种多样的。

3 卸船机控制系统概述

    日照港氧化铝接卸卸船机是世界的niv400al型气力式连续卸船机，配备了 ６条作业线的自动定量灌包系统。每台卸船机额定生产能力为300吨/小时，大能力为315吨/小时，12条作业线可昼夜卸船灌包氧化铝12000吨至15000吨，比传统的氧化铝卸船灌包作业效率提高了40%以上，具有卸船灌包操作稳、给料快、计量准、能耗低、等特点

  鉴于传统的混凝土拖泵控制系统故障率较高，排查困难，我们在设计HBT60混凝土时控制系统的控制部件选用OMRON公司生产的CPM1A-30CDR-A型可编程序控制器作为控制部件。CPM1A系列产品技术成熟，价格低廉(目前市场价格也就100左右) ，在国内应用非常普遍，许多代理商备有，采购方便。电气接线简单明了，程序编制调试也很方便，在PC机上使用OMRON公司的CX-ONE编程软件将程序编制调试好后下载到PLC，装机调试即可，也可以携带手持式编程器现场进行程序调试修改。

    采用CPM1A-30CDR-A型可编程序控制器为的控制系统，构成大规模集成电路，选用的PLC输入输出单元总计30个引出端子，足够各种功能的软件实现。表1为CPM1A-30CDR-A 型可编程序控制器I/O地址分配表。

表1 CPM1A-30CDR-A型可编程序控制器I/O地址分配表

    主电动机(380VAC、90KW三相异步电动机)启动采用Y-Δ启动，取消故障率较高的晶体管时间继电器，直接由PLC软件控制实现主电动机启动、Y-Δ转换和停止。冷却风机电动机也由PLC实现自动启停。

    采用PLC软件实现的稳定Y-Δ启动大限度的改善了主电机启动瞬间对周围电网电压的冲击，节省了昂贵的软启动装置，软件程序运行稳定，并且可以根据不同的工况随时对PLC进行软件的。

    主电机及冷却风机的工作原理如下：

    主电机启动后，PLC主电机启动输入端子(000CH)得电，将电压控制信号输入给PLC，PLC根据软件程序将信号处理为大电流输出，触发输出端子(1001CH)得电，也就是继电器线圈KA2得电，从而触发交流接触器KM1线圈得电，这时主电机Y启动开始，PLC软件设定的延时器开始计时，延时时间满足后， 交流接触器KM1自动断电，同时触发PLC输出端子(1000CH和1002CH)得电， 也就是继电器线圈KA1和KA3得电，带动交流接触器KM2和KM3线圈以及泵送启动指示灯得电，此时主电机?启动开始，直到启动完成，同时冷却风机开始工作。主电机停止，冷却风机随之停止。

    主电机及冷却风机启动控制程序如下所示。

    LD NOT 00001
    LD 00000
    OR 20002
    AND LD
    OUT TR 0
    AND NOT TIM 001
    AND NOT 01000
    OUT 01001
    LD TR 0
    OUT 20002
    TIM 001
    TIM DATA
    # T1 （时间可设定）
    LD TIM 001
    AND NOT 01001
    OUT 01000
    LD NOT 00003
    LD 00002
    OR 20003
    AND LD
    AND 01000
    OUT 01002
    ………

    主电机及冷却风机启动控制原理图如图1所示。

图1 主电机及冷却风机启动控制原理图

    混凝土拖泵基本工作过程都是采用电液控制四缸信号的拾取方式再加上PLC软件控制主缸和摆缸的换向，从而实现自动泵送，自动反泵，主缸和摆缸点动等一系列功能，不做叙述。这里主要介绍一下自动润滑功能。

    混凝土泵工作频繁，主缸和摆缸内腔活塞需要经常润滑，传统的人工润滑方式费时费力费油，而且还需要停机，耽误工时.我们通过PLC软件增加自动润滑功能，自动化，省时省力省油，延长混凝土泵使用寿命，并且不影响拖泵的使用。

    自动润滑的工作原理如下。

    泵送启动开始，PLC泵送启动输入端子(002CH)得电，润滑系统随之同时启动，左主缸(或者右主缸) 动作每间隔若干个行程(可设定)，PLC通过软件自动计算输入端子(101CH或102CH)的获得的脉冲次数，当脉冲次数达到设定的间隔次数时，触发PLC输出端子(1101CH或者1102CH)得电，带动相应的主缸润滑泵继电器KA4或者KA5线圈得电，润滑泵就会自动给相应的主缸活塞润滑，润滑的时间可由软件自行设定.润滑间隔由主缸的动作行程长短决定。

    PLC泵送启动输入端子(002CH)得电的同时，也触发了输出端子(1100CH)得电，从而带动摆缸润滑小电机得电，自动给摆缸活塞润滑，润滑时间和润滑间隔时间均可根据现场工况由软件设定。

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