【连载】老曹带你做大神之走进奇妙的工控世界(七)

每周二,由老曹带领大家一步一步进入到自动化控制系统的奇妙世界;一步一步告诉大家如何从一张P & ID(Piping and Instrumentation diagram)图设计一套PLC控制系统,其中包括:IO点统计、PLC选型、IO表设计、IO端子图设计、机柜布置图设计、总线设计、网络设计、PLC程序编制、上位机画面编制、文档制作;让你轻轻松松完整以PLC为主控制器的控制系统设计。

通过前面六节一套PLC控制系统的硬件设计我们已经全部完成了,本节开始我们来讲解PLC系统的软件设计,包括PLC程序设计和HMI上位机设计。

本节我们主要介绍PLC程序设计:

一、 PLC起源

1969年 DEC公司研制出了第一台可编程控制器,1971年 日本开始生产可编程控制器,1973年 欧洲开始生产可编程控制器,可编程序控制器的英文为Programmable Controller,在二十世纪七十至八十年代一直简称为PC。由于到90年代,个人计算机发展起来,也简称为PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大,所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC,Programmable Logic Controller),为了方便,仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统,强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。

二、PLC系统基本构成

 一套完整的PLC系统由电源、CPU、通讯模块、输入模块、输出模块,以及编程软件组成;所谓的硬件组态就是在编程软件内将相关的硬件模块进行组态,组态原则:

  • 软件中的型号,版本与硬件相一致;

  • 槽位对应相一致;

  • 通讯地址软硬件相一致;

特殊说明:AB PLC编程软件版本需和CPU版本相一致;

 

Logix5000中按照上图的组态如下: 

三、PLC工作方式:

当PLC上电后执行内部初始化程序,随后检查输入状态,建立通信服务;之后PLC会更新内部的时钟和特殊寄存器;内部系统执行完毕,PLC会检查CPU的运行状态,如果CPU是运行状态则执行用户程序,同时输出映像去开始刷新。同时PLC会不断进行自检来检验PLC工作是否正常,如果正常则继续进行输入状态扫描,执行用户程序并做输出状态刷新。如果PLC工作异常则进行异常处理,致命错误CPU可自己强制为停机状态。如果PLC发现CPU为停止状态则继续执行PLC自检程序。

一个PLC系统完整的扫描周期包括输入采样,执行程序和输出刷新三个阶段;大部分梯形图的扫描方式为从左到右,从上往下;注意也有部分PLC采用先上下,后左右的扫描方式。这个扫描方式对于PLC部分程序设计非常关键。

四、PLC程序设计:

设计思路:

1) 先写单体设备控制逻辑,如单体泵、阀门

2) 设计设备与设备之间的关系逻辑,自动连锁;如泵和阀门的保护逻辑关系

3) 设计复杂运算逻辑

4) 多种控制逻辑构成整体控制系统。

4.1 梯形图设计-经验设计法

  • 启动、保持、停止电路

  • 延时通断电路:

  • 闪烁电路:

实质上是一个具有正反馈的振荡电路,Timer_1和Timer_2的输出信号通过他们的触点分别控制对方的线圈,形成了正反馈。

4.2 梯形图设计-由继电控制转换

  • 了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的工作情况,根据继电器电路图分析和掌握控制回路的工作原理。

  • 确定PLC的输入信号和输出负载,以及与他们对应的梯形图中的输入位和输出位的地址,划出可编程控制器的外部接线图。

  • 确定与继电器电路图中的中间继电器,时间继电器对应的梯形图中的中间点和定时器。

  • 根据上述对应关系画出梯形图

例,继电控制回路如下:

从上图可以看出本电路主要实现SB1,SB2两个按钮对KM1,KM2,KM3的控制,以及彼此间的互锁,因此电路我们可以简化如下:

RsLogix5000,AB PLC程序实现如下图:

本节内容到此结束,下节我们介绍如何用RsLogix5000开发一个完整项目;感兴趣的朋友可以研究下上面控制回路的作用。

作者介绍

曹俊义资深工业网络通讯专家,工业自动化控制系统专家,ProSoft产品顶级技术专家。 

   工业通讯领域沉浸十数年,深喑各种工业通讯协议和工业网络架构以及国内外多种主流PLC应用和操作、熟知罗克韦尔、施耐德、西门子、GE等知名品牌的冗余系统,对工业无线通讯、工业物联网、工业IT与OT的融合,有着前瞻性的独到见解和务实的实践经验。

   现任伟联科技董事长。努力为中国工业信息化、数字化、智能化的深入发展做出贡献。