西门子变频器6SL3266-1AC00-0VA0

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PLC控制系统设计与控制任务分解

一般情况下,在设计系统前,应该把控制任务和控制过程分解一下,使其成为立或相对立的部分,这样既可以决定控制单元之间的界限,也可以提高项目设计人员的工作效率。在分解任务的同时，要把各部分操作的功能描述、逻辑关系、接口条件等详细罗列出来,为后面的系统设计做好准备工作。

  系统设计

  系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包括PLC及外围线路的设计、电气线路的设计、安全电路的设计和扰干扰措施的设计等。软件系统设计主要指编制P1C控制程序和HMI的组态画面。

  选定PLC及其扩展模块(如需耍的话),分配好I/O地址后,硬件设计的主要内容就是电气控制系统原理图的设计,电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC的I/O接线和自动部分、手动部分的详细连接等,有时还要在电气原理图中标上器件代号或另外配上安装图、端子接线图等,以方便控制柜的安装。电气元器件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯和电磁阀等。

  在硬件系统设计中,主要的任务是绘制控制系统原理图、安装接线图：如果需要，则不须会制元器件布置图。这部分的内容请参考第2章2.1节的讲解。选择设备和器件、编制元器件清单也是硬件系统设计的重要组成部分。

  控制系统软件设计的难易程度因控制任务而异，也因人而异，对经验丰富的工程技术人员来说,在长时间的工作中,受到过各种各样的磨练，积累了许多经验,除了一般的编程方法外,更有自己的编程技巧和方法。但不管怎么说,平时多注意积累和总结是很重要的。

  HMI组态画面设计取决于需要实现的功能。这些功能主要包括实时画面和数据显示,参数设置、报警处理等。除要具备一定的美术方面的特长以画面美观外，正确配置HMI和PLC之间交换数据所使用的变量就显得非常重要。

  在PLC程序设计时，除I/O地址列表外,有时还要把在程序中用到的中间继电器(M),定时器(T)、计数器(C)和存储单元(V)以及它们的作用或功能列写出来，以便编写程序和阅读程序。在编程语言的选择上用梯形图编程还是用语句表编程或使用功能图编程,这主要取决于以下几点:

  (1)绝大幸数情况下,建议使用梯形图来编写PLC控制程序;

  (2)有些需要计算或程序较大的特殊情况，如以非逻辑运算为主的PID调节、运动控制、网络通信等,则可用语句表编程。

  (3)经验丰富的人员可用语句表语言直接编程,但梯形图总比语句表直观。

  (4)如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则好是用功能图来设计程序。

  软件设计和硬件安装可同时进行,这样做可以缩短工期。这也是PLC控制系统优于继电器控制系统的地方。

  安全电路的设计

  在一些较为重要的场合或系统中.突发的或不可预知的安全因素考虑。这种安全因素主要指当控制系统或控制设备在不安全的条件下或非正常的操作条件下出现故障,造成PLC控制系统不可预料的启动,或者其输出操作的改变,从而造成人身伤害和财产损失。为此,就考虑采用立于PLC的机电冗余来防止不安全的操作。

  在设计安全电路时，主要考虑以下几点:

  (1)确定可能的非法操作会造成哪些输出执行机构来产生危险的动作;

  (2)确定不发生危害结果的条件，并确定如何使PLC能够检测到这些条件;

  (3)确定在上电和断电时,PLC控制系统的输出有没有产生危害动作的可能,并设计避免危害发生的措施;

  (4)系统中应设计有立于CPU的手动或机电冗余措施来阻止危险的操作;

  (5)系统中应设计有各种故障的显示和提示环节，以便操作员能够及时得到需要的信息。

SIMATIC CP1625

优势

借助于用于控制器的 PROFINET 驱动程序，用户可通过 PROFINET 将分布式 I/O 和驱动器连接到自己的控制应用程序。自我开发的控制软件在标准 PC 上运行。

PROFINET 驱动程序适用于没有等时同步 (IRT) 要求的简单应用，例如，不将各种机器设备相互联网的 PROFINET 总线。

用户应具备 C 语言编程和操作系统导入方面的经验。

设计

用于控制器的 PROFINET 驱动程序是以可移植源代码的形式提供的。用户可以将 PROFINET 驱动程序以 C 代码形式集成到自己的应用程序中。现场设备（分布式 I/O、驱动器）通过基于 XML 的组态文件来连接。该文件可由用户来创建，也可在 STEP 7（TIA 博途）中生成。记录全面的 IO-Base 界面用作编程界面。

带有控制器 PROFINET 驱动程序的应用程序的结构

用于适用于控制器的 PROFINET 驱动程序随附有一个开发许可证，允许用户使用源代码开始开发、执行测试并生成原型。

对于运行而言，针对已编译 PROFINET 驱动程序的每个副本获得运行许可证。作为获得该许可证的证明，运行 PROFINET 驱动程序的 PC 上贴有许可证标签。可按不同的数量来订购运行许可证。

PLC控制系统仍然可以视为由硬件和软件两部分组成，软件即PLC的控制程序，是PLC控制系统的核心，是满足控制需求、实现控制功能的关键。

  控制程序的模块化设计

  大部分PLC都可按模块化思想来组织控制程序，诸如PLC完全可基于功能、功能块来组织整个控制程序。对于不采用块组织的PLC，一般都具有子程序和子程序调用指令，基于子程序的设计思想可将一个大型的控制程序划分为若干个功能相对独立的程序模块。PLC 的程序模块一般由多行语句或多步语句或多行梯形图组成，模块的划分应尽量满足如下条件：

  ①模块的内部结构对外界而言如同一个"黑匣子"，其内部结构的变化不影响模块的外部接口条件，一般只需要了解调用的输入输出参数和实现的功能，而不必关心其内部的实现过程。

  ②将模块间的耦合度减至Zui小，一般只传递必要的数据《正如子程序的入口参数和出口参数)而不传递状态参数，以减少相互依存的程度。

  ③每个模块只实现1～2个基本功能，每个模块的语句步数不要过多，以便调试和查错。

  采用模块化程序设计，可降低系统设计和系统实施的复杂程度。借助于模块化程序设计方法，可将复杂的控制程序分解成若干个子程序模块，再将一个个子程序逐层分解成一系列的层次型的子程序模块，直至分解到Zui基本的子程序模块为止。为便于管理和在多个工程中重用，每一层次的模块都应有相应的模块设计说明。

  程序设计方法

  PLC采用计算机控制技术，其本质仍然是计算机，因此，用于计算机软件设计的部分方法也可应用于PLC程序设计。但是，PLC按扫描原理工作，且主要侧重于逻辑控制和顺序控制，因此，PLC的程序设计又有许多独有的方法。常用的PLC程序设计方法主要有继电器线路替代设计法、经验设计法、逻辑代数法、状态图和顺序控制法及Petri网等。

  (1)继电器线路替代法

  替代设计法是用PLC的梯形图程序替代原有的继电器逻辑控制线路。如果利用PLC改造传统的继电器控制系统，可直接采用此法设计PLC系统或其某个局部的控制程序。例如，某摇臂钻床控制程序的设计即可采用此方法。一般来说，替代法的基本步骤如下。

  ①将原有电气控制系统输入信号及输出信号作为PLC的I/O点，设计相应的I/O编址表。

  ②用PLC的M触点取代原有电气线路的中间继电器的触点，用PLC的M线圈取代原有中间继电器的线圈，用PLC的梯形图完成原有控制线路的逻辑控制功能。

  (2)经验设计法

  经验设计法也称为凑试法，是工程技术人员经常选用的一种设计方法。该方法要求设计者掌握和积累大量的典型梯形图，在掌握这些典型梯形图的基础上，充分理解实际的控制问题，将实际的控制问题分解为典型的梯形图，然后进行组合，结合实际的控制需求，修改成实际需求的梯形图程序。通过不断学习和实际工作，读者可不断积累典型的梯形图资源，诸如，电机的启/停控制程序、电机正/反转控制程序、电机Y/△启动控制程序、多级传送带的启/停控制程序、输入触点滤波程序、模拟量输入程序、模拟量输出程序、PID调节程序及通信口初始化程序等。本书的各类梯形图均可作为典型梯形图资源使用，此外，读者还可从各种PLC教材或专著中收集更多的典型梯形图。