第6章 PLC控制系统的设计
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西门子S7-200 SMART PLC原理及应用教程课件第六章
3)动力头快进到工进位置时，输入信号I0.1有效；指令“SCRT SO.2"对应的状态继电器 SO.2的状态由“0”变为“1”，操作系统使状态继电器SO.1的状态由“1”变为“0”，快进活动步 变为静止步，状态继电器SO.1对应的SCR段程序不再被执行。系统从快进步转换到T进步，
输出信号QO.O变为OFF，QO．1变为ON，动力头工进。 4)动力头工进到位后，输入信号10.2有效；指令“SCRTSO.3"对应的状态继电器SO.3的状
5)动力头快退返回原位后，输入信号IO．O有效；指令“SCRT SO.O’’对应的状态继电器 SO．O的状态由“0”变为“1”，操作系统使状态继电器SO.4的状态由“1”变为“0”，动力头快 退步由活动步变为静止步，状态继电器SO．4对应的S（、R段程序不再被执行，输出信号
Q0.2变为OFF，动力头停止运行。系统从快退步转换到初始步，在原位等待起动信号。
表6-1 S7-200 PLC顺序控制指令
第三节 顺序控制的梯形图编程方法
使用S7-200 Smart系列PLC顺序流程指令需要注意以下几点。 1）顺序控制指令仅对状态继电器S有效，S也具有一般继电器的功能，对它还 可使用与其他继电器一样的指令。 2）SCR段程序（LSCR至SCRE之间的程序）能否执行，取决于该段程序对应的 态器S是否被置位。另外，当前程序SCRE（结束）与下一个程序LSCR（开始） 之间程序不影响下一个SCR程序的执行。 3）同一个状态器S不能用在不同的程序中，如主程序中用了S0.2，在子程序 中不能再使用它。 4）SCR段程序中不能使用跳转指令JMP和LBL，即不允许使用跳转指令跳人、 到ISCR程序或在SCR程序内部跳转。 5）SCR段程序中不能使用FOR.NEXT和END指令。 6）在使用SCRT指令实现程序转移后，前SCR段程序变为非活动步程序，该程 序的元件会自动复位，如果希望转移后某元件能继续输出，可对该元件使用 置位或复位指令在非活动步程序中，PLC通电常ON触点SMO.O也处于断开状 态。
第六章 PLC控制程序的设计
（2）使所有由有向线段与相应转换符号相连的 前级步都变成不活动步。
3．设计顺序功能图时应该注意的问题 （1）两个步之间必须有转换条件。如果没有， 则应该将这两步合为一步处理。
（2）两个转换不能直接相连，必须用一个步将 它们分隔开。
（3）从生产实际考虑，顺序功能图必须设置初 始步。
（4）顺序功能图应该是一个或两个由方框和有 向线段组成的闭环，也就是说在顺序功能图中不能
4．动作（或命令） 可以将一个控制系统划分为被控系统和施控系 统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作” （action）。对于施控系统，在某一步则要向被控系 统发出某些“命令”（command）。
为了叙述方便，将命令或动作统称为动作，它 实质是指步对应的工作内容。动作用矩形框或中括 号上方的文字或符号表示，该中括号与相应的步的 矩形框通过短线相连。
有“到此为止”的死胡同。
（5）要想能够正确地按顺序运行顺序功能图程 序，必须用适当的方式将初始步置为活动步。一般
用特殊存储器SM0.1的动合触点作为转换条件，将初 始步置为活动步。
（6）在个人计算机上使用支持SFC的编程软件 进行编程时，顺序功能图可以自动生成梯形图或指
令表。
三、顺序功能图设计法与经验设计法的比较
10．电动机“顺序启动，逆序停车”控制系统设计
（1）控制要求 现有三台电动机M1、M2、M3，要求启动顺序 为：先启动M1，经过8s后启动M2，再经过9s后启动 M3；停车时要求：先停M3，经过9s后再停M2，再 经8s后停M1。
（2）分析控制过程 根据上述控制要求的描述，本程序需要设置四 个定时器，此处选用T50～T53。 T50计时起点为启动信ห้องสมุดไป่ตู้I0.0 T52计时起点为停止信号I0.1。 T53计时时间到后，复位两个辅助继电器，辅助 继电器的OFF会使T50～T53的位为OFF，致使 Q0.0～Q0.2全部OFF。
3．设计顺序功能图时应该注意的问题 （1）两个步之间必须有转换条件。如果没有， 则应该将这两步合为一步处理。
（2）两个转换不能直接相连，必须用一个步将 它们分隔开。
（3）从生产实际考虑，顺序功能图必须设置初 始步。
（4）顺序功能图应该是一个或两个由方框和有 向线段组成的闭环，也就是说在顺序功能图中不能
4．动作（或命令） 可以将一个控制系统划分为被控系统和施控系 统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作” （action）。对于施控系统，在某一步则要向被控系 统发出某些“命令”（command）。
为了叙述方便，将命令或动作统称为动作，它 实质是指步对应的工作内容。动作用矩形框或中括 号上方的文字或符号表示，该中括号与相应的步的 矩形框通过短线相连。
有“到此为止”的死胡同。
（5）要想能够正确地按顺序运行顺序功能图程 序，必须用适当的方式将初始步置为活动步。一般
用特殊存储器SM0.1的动合触点作为转换条件，将初 始步置为活动步。
（6）在个人计算机上使用支持SFC的编程软件 进行编程时，顺序功能图可以自动生成梯形图或指
令表。
三、顺序功能图设计法与经验设计法的比较
10．电动机“顺序启动，逆序停车”控制系统设计
（1）控制要求 现有三台电动机M1、M2、M3，要求启动顺序 为：先启动M1，经过8s后启动M2，再经过9s后启动 M3；停车时要求：先停M3，经过9s后再停M2，再 经8s后停M1。
（2）分析控制过程 根据上述控制要求的描述，本程序需要设置四 个定时器，此处选用T50～T53。 T50计时起点为启动信ห้องสมุดไป่ตู้I0.0 T52计时起点为停止信号I0.1。 T53计时时间到后，复位两个辅助继电器，辅助 继电器的OFF会使T50～T53的位为OFF，致使 Q0.0～Q0.2全部OFF。
6章S7-200 PLC应用
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（2）工程下载
28
5. STEP 7-Micro／WIN 32编程 在STEP 7-Micro／WIN 32编程软件中编制起保停梯形图如图 6.2.15。并下载到PLC。
29
6.调试。 在触摸屏上按下M0.0、M0.1、M0.2的虚拟按钮，观察触摸屏和 PLC实际外接灯Q0.0，Q0.1的亮和灭；按下PLC实际外接I0.0、 I0.1、I0.2的按钮，观察触摸屏和PLC实际外接灯Q0.0，Q0.1的 亮和灭。
电气控制与PLC技术 （北航出版社）
第6 章 S7-200 PLC应用
1
6.1 西门子MM420通用型变频器简介 变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电 源，以实现电动机的变速运行的设备 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分 为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为 PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器； 按照工作原理分类，可以分为V／f控制变频器、转差频率控制变 频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、 高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 PLC控制变频器主要有两种方式，一种是连接变频器外部控制 端子，这些外部端子有开关量和模拟量之分，开关量完成变频器 状态间断变化控制，模拟量完成变频器状态连续变化控制；另一 种是连接变频器通信端口，通过数据传输方式进行开关量和模拟 量控制。 6.1.1 MM420通用型变频器的基本结构 1．变频器的方框图
32
33
34
（2）创建数据库点参数 双击图6.2.16中所示的“数据库组态”选项，创建数据库点参数 如图6.2.20。
具体的定义步骤如下。 1）选择菜单命令“点／新建”或在右侧的点表上双击任一空白 行，出现“请指定节点、 点类型”对话框，如图6.2.21所示。
（2）工程下载
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5. STEP 7-Micro／WIN 32编程 在STEP 7-Micro／WIN 32编程软件中编制起保停梯形图如图 6.2.15。并下载到PLC。
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6.调试。 在触摸屏上按下M0.0、M0.1、M0.2的虚拟按钮，观察触摸屏和 PLC实际外接灯Q0.0，Q0.1的亮和灭；按下PLC实际外接I0.0、 I0.1、I0.2的按钮，观察触摸屏和PLC实际外接灯Q0.0，Q0.1的 亮和灭。
电气控制与PLC技术 （北航出版社）
第6 章 S7-200 PLC应用
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6.1 西门子MM420通用型变频器简介 变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电 源，以实现电动机的变速运行的设备 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分 为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为 PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器； 按照工作原理分类，可以分为V／f控制变频器、转差频率控制变 频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、 高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 PLC控制变频器主要有两种方式，一种是连接变频器外部控制 端子，这些外部端子有开关量和模拟量之分，开关量完成变频器 状态间断变化控制，模拟量完成变频器状态连续变化控制；另一 种是连接变频器通信端口，通过数据传输方式进行开关量和模拟 量控制。 6.1.1 MM420通用型变频器的基本结构 1．变频器的方框图
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（2）创建数据库点参数 双击图6.2.16中所示的“数据库组态”选项，创建数据库点参数 如图6.2.20。
具体的定义步骤如下。 1）选择菜单命令“点／新建”或在右侧的点表上双击任一空白 行，出现“请指定节点、 点类型”对话框，如图6.2.21所示。
电气控制与PLC控制基础理论-第六章
2、基于三菱FX2N系列PLC天塔之光控制系统设计 （1）PLC输入/输出端口分配 PLC输入/输出端口分配见表6-2。
输入
输出
SB1 X1 SB2 X2
红灯L1
Y0
绿灯L2，L3，L4，L5 Y1
黄灯L6，L7，L8，L9 Y2
表6-2 天塔之光控制系统输入/输出端口分配表
天塔之光控制系统设计
2、基于三菱FX2N系列PLC天塔之光控制系统设计 （2）PLC外部接线图设计 PLC外部接线图设计如图6-10所示。
➢ 要考虑电源的输出功率和极性问题。
编制PLC程序并进行模拟调试
编制PLC程序时要注意以下问题： （1）以输出线圈为核心设计梯形图，并画出该线圈的得电条件、失电条件和自锁条件。 （2）如果不能直接使用输入条件逻辑组合成输出线圈的得电和失电条件，则需要使用辅助继电器 建立输出线圈的得电和失电条件。 （3）如果输出线圈的得电和失电条件中需要定时或计数条件时，要注意定时器或计数器得电和失 电条件。 （4）如果输出线圈的得电和失电条件中需要功能指令的执行结果作为条件时，使用功能指令梯级 建立输出线圈的得电和失电条件。 （5）画出各个输出线圈之间的互锁条件。 （6）画保护条件。 根据以上要求绘制好梯形图后，将程序下载到PLC中，通过观察其输出端发光二极管的变化进行模 拟调试，并根据要求进行修改，直到满足系统要求。
图6-16 PLC外部接线图 图6-17 DC24V直流电源接线图
十字交通灯控制系统设计
2、基于三菱FX2N系列PLC十字交通灯控制系统设计 （4）PLC强电电路图 PLC强电电路图如图6-18所示。
图6-18 PLC强电电路图
十字交通灯控制系统设计
2、基于三菱FX2N系列PLC十字交通灯控制系统设计 （5）PLC梯形图设计 PLC梯形图设计如图6-19所示。 （6）指令程序的传输 使用GX Developer（或FXGP/WIN－C）编程软件绘 制图6-19所示的PLC梯形图，并进行转换和PLC程序传 输。也可使用FX－20P型手持式编程器进行程序传输， 方法不再赘述。
输入
输出
SB1 X1 SB2 X2
红灯L1
Y0
绿灯L2，L3，L4，L5 Y1
黄灯L6，L7，L8，L9 Y2
表6-2 天塔之光控制系统输入/输出端口分配表
天塔之光控制系统设计
2、基于三菱FX2N系列PLC天塔之光控制系统设计 （2）PLC外部接线图设计 PLC外部接线图设计如图6-10所示。
➢ 要考虑电源的输出功率和极性问题。
编制PLC程序并进行模拟调试
编制PLC程序时要注意以下问题： （1）以输出线圈为核心设计梯形图，并画出该线圈的得电条件、失电条件和自锁条件。 （2）如果不能直接使用输入条件逻辑组合成输出线圈的得电和失电条件，则需要使用辅助继电器 建立输出线圈的得电和失电条件。 （3）如果输出线圈的得电和失电条件中需要定时或计数条件时，要注意定时器或计数器得电和失 电条件。 （4）如果输出线圈的得电和失电条件中需要功能指令的执行结果作为条件时，使用功能指令梯级 建立输出线圈的得电和失电条件。 （5）画出各个输出线圈之间的互锁条件。 （6）画保护条件。 根据以上要求绘制好梯形图后，将程序下载到PLC中，通过观察其输出端发光二极管的变化进行模 拟调试，并根据要求进行修改，直到满足系统要求。
图6-16 PLC外部接线图 图6-17 DC24V直流电源接线图
十字交通灯控制系统设计
2、基于三菱FX2N系列PLC十字交通灯控制系统设计 （4）PLC强电电路图 PLC强电电路图如图6-18所示。
图6-18 PLC强电电路图
十字交通灯控制系统设计
2、基于三菱FX2N系列PLC十字交通灯控制系统设计 （5）PLC梯形图设计 PLC梯形图设计如图6-19所示。 （6）指令程序的传输 使用GX Developer（或FXGP/WIN－C）编程软件绘 制图6-19所示的PLC梯形图，并进行转换和PLC程序传 输。也可使用FX－20P型手持式编程器进行程序传输， 方法不再赘述。
第六章顺序控制法及顺序功能图
使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程方法以转换为中心的编程方法中将该转换所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的触点或电路串联该串联电路即为起保停电路中的起动电路用它作为使所有后续步对应的存储指令和使所有前级步对应的存储器复位用r指令条件
第六章 顺序控制法及顺序功能图
第一节 顺序控制编程的初步认识 起保停电路的设计方法 以转换为中心的设计方法
四、 顺序功能图的基本结构 1.单序列 由一系列的相继激活的步组 成，每一步的后面仅有一个转换， 每一个转换的后面只有一个步。
图6-6 a)单序列
分支
转换条件， 在水平线 内侧
2. 选择序列 选择序列的开始称为分支，转换符号 只能标在水平连线之下。 选择序列的结束称为合并，转换符号 只能标在水平连线之上。 一般只允许同时选择一个序列。 分支
1、单序列编程 某工作台旋转运动的示意图6-8所示。工作台在初始状态时停在 限位开关I0.1处，I0.1为1状态。按下起动按钮I0.0，工作台正转， 旋转到限位开关I0.2处改为反转，返回到限位开关I0.1处又改为正 转，旋转到限位开关I0.3处又改为反转，回到初始点时停止工作。
2、 选择序列与并行序列的编程方法 、 2-17
合并
3.并行序列 转换条件，在 并行序列的开始称为分支，转换 水平线外侧 符号只能标在水平连线之上。 并行序列的结束称为合并，转换 符号只能标在水平连线之下。 当转换条件实现，几个序列同时 合并 激活，当几个序列最后步都处于 激活状态，且转移条件实现，转 入合并。 图6-6c)并行序列
循环结构用于一个顺序过程的多次 或往复执行。功能图画法如图补 所 或往复执行。功能图画法如图补8-6所 示，这种结构可看作是选择性分支 结构的一种特殊情况。 结构的一种特殊情况。
第六章 顺序控制法及顺序功能图
第一节 顺序控制编程的初步认识 起保停电路的设计方法 以转换为中心的设计方法
四、 顺序功能图的基本结构 1.单序列 由一系列的相继激活的步组 成，每一步的后面仅有一个转换， 每一个转换的后面只有一个步。
图6-6 a)单序列
分支
转换条件， 在水平线 内侧
2. 选择序列 选择序列的开始称为分支，转换符号 只能标在水平连线之下。 选择序列的结束称为合并，转换符号 只能标在水平连线之上。 一般只允许同时选择一个序列。 分支
1、单序列编程 某工作台旋转运动的示意图6-8所示。工作台在初始状态时停在 限位开关I0.1处，I0.1为1状态。按下起动按钮I0.0，工作台正转， 旋转到限位开关I0.2处改为反转，返回到限位开关I0.1处又改为正 转，旋转到限位开关I0.3处又改为反转，回到初始点时停止工作。
2、 选择序列与并行序列的编程方法 、 2-17
合并
3.并行序列 转换条件，在 并行序列的开始称为分支，转换 水平线外侧 符号只能标在水平连线之上。 并行序列的结束称为合并，转换 符号只能标在水平连线之下。 当转换条件实现，几个序列同时 合并 激活，当几个序列最后步都处于 激活状态，且转移条件实现，转 入合并。 图6-6c)并行序列
循环结构用于一个顺序过程的多次 或往复执行。功能图画法如图补 所 或往复执行。功能图画法如图补8-6所 示，这种结构可看作是选择性分支 结构的一种特殊情况。 结构的一种特殊情况。
自动控制6第六章控制系统的综合与校正
复合校正
同时采用串联校正和反馈校正的方法，对系 统进行综合校正，以获得更好的性能。
数字校正
利用数字技术对控制系统进行校正，具有灵 活性和高精度等优点。
02 控制系统性能指标及评价
控制系统性能指标概述
稳定性
准确性
系统受到扰动后，能否恢复到原来的 平衡状态或达到新的平衡状态的能力。
系统稳态误差的大小，反映了系统的 控制精度。
针对生产线上的各种工 艺要求，设计相应的控 制策略，如顺序控制、 过程控制等。
系统校正方法
根据生产效率和产品质 量要求，采用适当的校 正方法，如PID参数整定、 自适应控制等。
仿真与实验验证
通过仿真和实验手段， 验证综合与校正后的工 业自动化生产线控制系 统的稳定性和效率。
控制系统综合与校正的注
06 意事项与常见问题解决方 案
仿真与实验验证
通过仿真和实验手段，验证综合与校正后 的导弹制导控制系统的精确性和可靠性。
系统校正方法
针对导弹制导控制系统的性能要求，采用 适当的校正方法，如串联校正、反馈校正 等。
实例三
01
02
03
04
控制系统结构
分析工业自动化生产线 控制系统的组成结构， 包括传感器、执行机构、 PLC等部分。
控制策略设计
考虑多变量解耦控制
对于多变量控制系统，可以考虑采 用解耦控制策略，降低各变量之间 的相互影响，提高系统控制精度。
加强系统鲁棒性设计
考虑系统不确定性因素，加强 系统鲁棒性设计，提高系统对 各种干扰和变化的适应能力。
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控制系统综合与校正的注意事项
明确系统性能指标
PLC程序设计
其常闭触点使 T0 断开，再经过 2.5 s 后 T0 常开触点又使 T1 断开，
一个周期结束。在一个周期中 T0 常开触点闭合 2.5 s，断开 2.5 s，
而 T1 的常闭触点在每个周期只断开一个扫描周期的时间。
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6.2 常用梯形图程序
• 4. 定时器的扩展
•
PLC 的定时器有一定的状态值设定范围 0～32 767。如果需要
。但是，再先启动信号 X1时，由于 Y10 未被激励，Y10 常开触点无
法闭合，限制了 Y11 无法被激励输出，这就实现了顺序启动的概念
。图 6.9（b）中，有启动信号 X0、X1 时，Y10、Y11被激励输出并
且自锁，在停止过程中，能否先停止 Y11 呢？请读者自己思考。
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6.2 常用梯形图程序
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6.1 梯形图的编程规则
• ⑩ 线圈不能直接接在左边母线上，如有需要可在线圈之前加一常闭 触点。
• 11在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出， 这很容易引起程序运行混乱，应避免，如图 6.6 所示。
• 12程序结束，必有“END”结束标志。
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• 3. 顺序控制
•
图 6.9 所示为顺序控制的梯形图，顺序控制分为顺序启动控制与
顺序停止控制，它们可以通过时间定时控制，也可以通过逻辑控制，
这里采用逻辑控制来实现。
•
图 6.9（a）中，有启动信号 X0 时，Y10 被激励输出并且自锁
，再有启动信号 X1 时，Y11 被激励输出并且自锁，这是可以实现的
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6.2 常用梯形图程序
与信号 X13 一起使 M3 被激励并且自锁；M3 常闭触点断开，使 M2 恢复为未被激励状态，M3 常开触点接通，与信号 X14 一起使 M4 被 激励并且自锁；M4 常闭触点断开，使 M3 恢复为未被激励状态，M4 常开触点接通，与信号 X11 一起使 M1 被激励并且自锁，循环往复 ，顺序步进。
S7-1200 PLC应用教程第6章
选中网络视图中PLC_2的PN接口，再选中巡视窗口中的的“属性 > 常规 > 操作模式”，勾选复选框“IO设备”，CPU 1215C做智能IO设备。用“已分 配的IO控制器”选择框将IO设备分配给IO控制器PLC_1的PN接口。
2．组态智能设备通信的传输区 IO设备的传输区（I、Q地址区）是IO控制器与智能IO设备的用户程序之间 的通信接口。通信双方用组态的Q区发送数据，用组态的 I 区接收数据。IO 控制器与智能IO设备之间通过传输区自动地周期性地进行数据交换。 选中网络视图中PLC_2的PN接口，然后选中巡视窗口的“属性 > 常规 > 操 作模式 > 智能设备通信”，双击右边窗口“传输区”列表中的<新增>，在第 一行生成“传输区_1”。
化领域、实时自动化领域和同步实时通信。
PROFINET支 持 故 障安全 通 信 的标准 行 规 PROFIsafe 和驱 动器 配 置 行规
PROFIdrive。
3．PROFIBUS PROFIBUS是开放式的现场总线，传输速率最高12Mbit/s，最多可以接127 个从站。PROFIBUS提供了下列3种通信服务： 1） PROFIBUS-DP (分布式外部设备)用于PLC与分布式I/O（例如ET 200） 的通信。主站之间的通信为令牌方式，主站与从站之间为主从方式。 2）PROFIBUS-PA(过程自动化)用于过程自动化的现场传感器和执行器的低
6.3 基于以太网的开放式用户通信 S7-1200/1500的CPU集成的PROFINET接口是10M/100Mbit/s的RJ45以太网口，
可以使用标准的或交叉的以太网电缆。支持TCP、ISO-on-TCP、UDP和S7通信。 1．开放式用户通信 基于CPU集成的PN接口的开放式用户通信用函数块建立和断开通信连接，
2．组态智能设备通信的传输区 IO设备的传输区（I、Q地址区）是IO控制器与智能IO设备的用户程序之间 的通信接口。通信双方用组态的Q区发送数据，用组态的 I 区接收数据。IO 控制器与智能IO设备之间通过传输区自动地周期性地进行数据交换。 选中网络视图中PLC_2的PN接口，然后选中巡视窗口的“属性 > 常规 > 操 作模式 > 智能设备通信”，双击右边窗口“传输区”列表中的<新增>，在第 一行生成“传输区_1”。
化领域、实时自动化领域和同步实时通信。
PROFINET支 持 故 障安全 通 信 的标准 行 规 PROFIsafe 和驱 动器 配 置 行规
PROFIdrive。
3．PROFIBUS PROFIBUS是开放式的现场总线，传输速率最高12Mbit/s，最多可以接127 个从站。PROFIBUS提供了下列3种通信服务： 1） PROFIBUS-DP (分布式外部设备)用于PLC与分布式I/O（例如ET 200） 的通信。主站之间的通信为令牌方式，主站与从站之间为主从方式。 2）PROFIBUS-PA(过程自动化)用于过程自动化的现场传感器和执行器的低
6.3 基于以太网的开放式用户通信 S7-1200/1500的CPU集成的PROFINET接口是10M/100Mbit/s的RJ45以太网口，
可以使用标准的或交叉的以太网电缆。支持TCP、ISO-on-TCP、UDP和S7通信。 1．开放式用户通信 基于CPU集成的PN接口的开放式用户通信用函数块建立和断开通信连接，
plc控制称重系统课程设计
plc控制称重系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理及其在工业控制中的应用；2. 掌握称重系统的工作原理，了解传感器的使用和信号处理方法；3. 学习PLC在称重系统中的编程方法，实现对称重过程的自动控制；4. 了解PLC控制系统的故障诊断与维护方法。
技能目标：1. 能够操作PLC及其编程软件，完成基本的编程和仿真实验；2. 能够运用所学的知识，设计并实现一个简单的PLC控制称重系统；3. 学会分析PLC控制系统运行中出现的问题，并进行故障排除。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱科学、严谨求实的专业态度；2. 增强学生的团队合作意识，提高沟通协调能力；3. 激发学生的创新思维，培养解决实际问题的能力；4. 培养学生关注工业自动化领域的发展，树立社会责任感。
本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，将课程目标分解为具体的学习成果。
通过本课程的学习，使学生能够掌握PLC控制称重系统的基本知识和技能，培养解决实际问题的能力，同时注重培养学生的专业素养和情感态度价值观。
二、教学内容1. PLC基础知识：包括PLC的基本结构、工作原理、编程语言及编程方法，重点讲解与称重系统相关的逻辑控制和数据处理。
教材章节：第一章 PLC概述，第二章 PLC硬件结构与工作原理，第三章 PLC 编程语言。
2. 称重系统原理：介绍称重传感器的工作原理、信号处理方法及其在称重系统中的应用。
教材章节：第四章 传感器与检测技术，第五章 称重传感器及其应用。
3. PLC控制称重系统设计：包括系统硬件设计、软件编程、系统调试与优化。
教材章节：第六章 PLC控制系统设计，第七章 PLC在称重系统中的应用。
4. 故障诊断与维护：分析PLC控制称重系统可能出现的故障及其排除方法，讲解系统维护与保养知识。
教材章节：第十章 PLC控制系统故障诊断与维护。
5. 实践操作：组织学生进行PLC编程与仿真实验，设计并实现一个简单的PLC控制称重系统。
《电气控制与PLC应用技术》教学课件 第6章 PLC控制系统的设计与应用
2020/10/23
12
6.2 PLC在工业控制中的应用举例
6.2.1 多台电动机的顺序启、停控制
现有四台电动机M1、M2、M3、M4，要求四台电动 机顺序启动和顺序停车。顺序启动的时间间隔为30s， 顺序停车的时间间隔为10s。选用S7-200（CPU224）做 控制。对电动机顺序启、停控制有很多种方法，本部 分给出其中一种：利用顺序控制和时间继电器指令设 计程序。
第6章 PLC控制系统的设计与应用
PLC作为通用工业控制计算机，正在成为 工业控制领域的主流控制设备，在世界工业 控制中发挥着越来越大的作用。在实际的工 业控制应用过程中，PLC控制系统设计方法 的优劣起着重要的作用。PLC控制系统的设 计方法并不是固定不变，而是多种多样，要 靠广大的设计人员在具体设计工作中去积累 和总结。
（1）分析生产工艺过程； （2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备 ，分配I/O；
2020/10/23
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PLC控制系统设计步骤图
（3）选择PLC； （4）设计PLC接线图以及 电气施工图； （5）程序设计和控制柜接 线施工； （6）调试程序,直至满足 要求为止； （7）设计控制柜，编写系 统交付使用的技术文件， 说明书、电气图、电气元 件明细表； （8）验收、交付使用。
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6.2.1 多台电动机的顺序启、停控制
1. 过程分析：四台电动机M1、M2、M3、M4， 实现四台电动机顺序启动和顺序停车。启、停的 顺序均为M1→M2→M3→M4。顺序启动时的时间 间隔为30s，顺序停车的时间间隔为10s。
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6.2.1 多台电动机的顺序启、停控制
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电路中元件的通、断电状态视为以触点通、断状态为逻辑 变量的逻辑函数
对逻辑函数化简 利用PLC的逻辑指令进行设计。
使用场合：当主要对开关量进行控制时，使用逻辑设计法 比较好。
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第 6章
PLC控制系统的设计
逻辑设计法—举例
某系统中有四台通风机，要求在以下几种运行状态下发出不
同的显示信号：
C
B
D
M0.0 ( )
A
A
B B
T34
T33
IN 10
PT
TON
10ms T34
T33
IN
TON 10ms F1
T33
10
PT
F1
（ ）
第 6章
PLC控制系统的设计
4. 绿灯闪烁的程序设计
设绿灯闪烁为“1”，列状态表为： A 0
0 0 1
B 0
1 1 0
C 1
0 1 0
D 1
1 0 1
F2 1
1 1 1
继电器输出 双向可控硅输出
晶体管输出.
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第 6章
PLC控制系统的设计
（3）模拟量及特殊功能模块的选择
除了开关量信号以外，工业控制中还要对温度、 压力、液位、流量等过程变量进行检测和控制。 模拟量输入、模拟量输出以及温度控制模块就是 用于将过程变量转换为PLC可以接收的数字信号 以及将PLC内的数字信号转换成模拟信号输出。
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第 6章
PLC控制系统的设计
00101 00102 00103 00104 01101
00103 00104 00101 00102 25501 00103 00104
00101 00102 00103 00104 00101 00102 a
红灯
图6.5 通风机运行状态显示的梯形图
最大限度地满足系统控制功能的要求，还应包括：
（1）初始化程序
（2）检测、故障诊断、显示程序。
（3）保护、连锁程序。
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第 6章
PLC控制系统的设计
2. 应用程序的质量
（1）程序的正确性 （2）程序的可靠性好 （3）参数的易调整性好 （4）程序要简练 （5）程序的可读性好
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三台及三台以上开机时，绿灯常亮； 两台开机时，绿灯以5 Hz的频率闪烁； 一台开机时，红灯以5 Hz的频率闪烁； 全部停机时，红灯常亮。
解： 设四台通风机分别为A、B、C、D，红灯为F1， 绿灯为F2。将几种运行情况分开进行程序设计。
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第 6章
PLC控制系统的设计
1. 红灯常亮的程序设计 设灯常亮为 “1”、 灭为 “0”，通风机开机 为 “1”、 停为 “0” （下同）。其状态表为： A 0 B 0 C 0 D 0 F1 1
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第 6章
PLC控制系统的设计
PLC控制系统设计的 三个重要环节
（1）通过对控制任务的分析，确定控制系统的总
体设计方案。
（2）根据控制要求确定硬件构成方案。
（3）设计出满足控制要求的应用程序。
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第 6章
PLC控制系统的设计
6.1.3 PLC的应用程序
1. 应用程序的内容
由状态表可得F1 逻辑函数： F1= A B C D (1) 根据逻辑函数（1）容易画出其梯形图如图6.1 所示。
A B C D
F1
图6.1 红灯常亮的梯形图
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第 6章
PLC控制系统的设计
2. 绿灯常亮的程序设计
能引起绿灯常亮的情况有5 种，列状态表为： A B C D F2
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
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1
第 6章
PLC控制系统的设计
由状态表可得F2的逻辑函数为： F2= ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD (2) 对逻辑函数(2)进行简化，如下： F2=AB (D+C) +CD (A+B) (3) 根据(3)画出的梯形图如图6.2所示。
ON
定时到，输出 ON且保持。 东西绿灯灭； 南北绿、东西 红灯亮
TIM002 定时55s
开始定时
继续定时
继续定时
开始下一循环 定时
定时到，输出ON 且保持。东西绿 灯灭；南北绿、 东西红灯亮
TIM003 定时60s
开始定时
继续定时
继续定时
继续定时
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第 6章
PLC控制系统的设计
I/O的分配：
PLC控制系统的设计
6.3 时序图设计法
如果PLC各输出信号的状态变化有一 定的时间顺序，可用时序图设计法设计 程序。
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第 6章
PLC控制系统的设计
举例---时序图设计法
在十字路口上设置的红、 黄、 绿交通信号灯，其布 置如图6.6 所示。
所以南北方向的放行（绿灯亮）时间为30s，东西方 向的放行时间（绿灯亮）为20s。
1 1
0 1
1 0
0 0
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1 1
第 6章
由状态表可得F2的逻辑函数为： F2=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD (6) 将（6）化简为： F2=（AB+AB）（CD+CD）+ABCD+ABCD (7) 根据 （7）画出其梯形图如图6.4所示。 A B B
PLC控制系统的设计
输入 输 出
控制开关 南北绿灯 南北黄灯南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯
I0.0
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
设计
I0.0
T40
300 350 550 600
T37 TON T38 TON T39 TON T40 TON
Q0.0 ( )
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（6）画出的梯形图如图6.8所示
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第 6章
PLC控制系统的设计
启动 南北绿灯 南北黄灯 东西红灯 东西绿灯 东西黄灯 南北红灯 t0 t1 t2 30s 5s 30s 5s 30s+5s 20s 5s 5s 20s+5s 20s 5s t3 t4 20s
30s+5s
5s
一个循环
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设计实例
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第 6章
PLC控制系统的设计
6.1 概述
1 PLC控制系统设计的基本步骤 2 PLC的应用程序
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第 6章
PLC控制系统的设计
6.1.1 PLC控制系统设计的基本步骤
1. 对控制任务作深入的研究， 确定系统总体设计方案
2. 根据控制要求确定输入/输出元件，选择PLC机型 3. 确定PLC的输入/输出点分配 5. 设计应用程序 6. 应用程序的调试
当在东西（或南北）方向的绿灯灭时，该方向的黄灯
由于东西方向的车流量较小，南北方向的车流量较大，
与南北（或东西）方向的红灯一起以1Hz 的频率闪烁 5s，以提醒司机和行人注意。闪烁5s之后，立即开 始另一个方向的放行。
要求只用一个控制开关对系统进行启停控制。
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第 6章
PLC控制系统的设计
南北绿灯、东西 红灯亮30s定时 南北黄灯、东西 红灯闪5s定时 东西绿灯、南北 红灯亮20s定时 东西黄灯、南北 红灯闪5s定时 南北绿灯
T37
第 6章
PLC控制系统的设计
Q0.0
Q0.1 T37 SM0.5 T38
Q0.5 ( ) Q0.1 ( ) Q0.3 ( ) Q0.2 ( )
东西红灯亮 30s，闪5s 南北黄灯闪5s 东西绿灯亮20s 南北红灯亮 20s，闪5s
C A B
D
A B C D
F2
图6.2 绿灯常亮的梯形图 Page: 19
3. 红灯闪烁的程序设计
设红灯闪烁为 “1”，列状态表为：
A
0 0
B
0 0
C
0 1
D
1 0
F1
1 1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
由状态表可得F1的逻辑函数为： F1=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD (4)
第 6章
PLC控制系统的设计
第6章: PLC控制系统的设计
第 6章
PLC控制系统的设计
主要内容
PLC控制系统设计的基本步骤 常用的几种编程方法
设计实例
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第 6章
PLC控制系统的设计
主要内容
PLC控制系统设计的基本步骤 常用的几种编程方法
常用的梯形图程序 逻辑设计法 时序图设计法 经验设计法 顺序控制设计法 继电器控制电路图转换设计法 具有多种工作方式的系统的编程方法
7. 制作电器控制柜和控制盘
8. 连机调试程序 9. 编写技术文件
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开始
基本步骤
分析控制方案 确定I/O设备 配置PLC硬件系统 分配I/O点
绘制流程图 设计程序
修改 模拟调试 调试正常？
设计外部电路
现场施工
整体调试 满足要求？ 编写说明书 交付使用