LC控制系統(tǒng)的設(shè)計及故障診斷.ppt

2020 3 25 1 SIMATICS7 300 400PLC原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子電氣工程系 2020 3 25 2 課程團(tuán)隊介紹 2020 3 25 3 第五章PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與故障診斷 2020 3 25 4 5 6組織塊OB及其應(yīng)用 第五章PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與故障診斷 5 4PLC在順序控制中的應(yīng)用 5 5PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試 5 2PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計方法 5 3程序設(shè)計與調(diào)試 5 1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 5 7故障特性及故障診斷 2020 3 25 5 5 1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 5 1 1可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計要求 1 滿足被控對象的要求 擬定控制方案 2 簡單 經(jīng)濟(jì) 維修方便 滿足控制要求 3 選擇可編程控制器的CPU模塊及I O模塊時 應(yīng)有余量 2020 3 25 6 5 1 2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容 1 確定系統(tǒng)運行方式與控制方式 2 選擇用戶輸入設(shè)備 3 PLC的選擇 4 分配I 0點 繪制I 0連接圖 5 設(shè)計控制程序 6 編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件 2020 3 25 7 5 1 3PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟 1 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求 2 根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案 3 根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成方案和工藝要求確定系統(tǒng)運行方式 4 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入 輸出設(shè)備 5 選擇PLC 分配PLC的I O點 設(shè)計I O連接圖 6 進(jìn)行PLC的程序設(shè)計 7 聯(lián)機(jī)調(diào)試 8 編制技術(shù)文件 2020 3 25 8 如圖5 1是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的一般步驟 圖5 1設(shè)計PLC控制系統(tǒng)一般步驟 返回目錄 2020 3 25 9 5 2PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計方法 5 2 1應(yīng)用系統(tǒng)總體方案設(shè)計 1 PLC控制系統(tǒng)類型 1 由PLC構(gòu)成的單機(jī)控制系統(tǒng) 2 由PLC構(gòu)成的集中控制系統(tǒng) 3 由PLC構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng) 4 用PLC構(gòu)成遠(yuǎn)程I 0控制系統(tǒng) 2 系統(tǒng)的運行方式 1 手動運行方式 2 半自動運行方式 3 自動運行方式 2020 3 25 10 5 2 2系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù) 1 工藝要求 2 設(shè)備狀況 3 控制功能 4 I 0點數(shù)和種類 5 系統(tǒng)的先進(jìn)性 2020 3 25 11 5 2 3可編程序控制器的機(jī)型選擇 1 CPU的功能 2 I 0點數(shù) 3 響應(yīng)速度 4 指令系統(tǒng) 5 機(jī)型選擇的其他考慮 2020 3 25 12 5 2 4輸入 輸出模塊的選擇 1 數(shù)字量輸入模塊的選擇 2 數(shù)字量輸出模塊的選擇 3 模擬量模塊的選擇 4 智能I 0模塊的應(yīng)用選擇 5 2 5系統(tǒng)硬件設(shè)計文件 1 系統(tǒng)硬件配置圖 2 模塊統(tǒng)計表 3 I 0硬件接口圖及I 0地址表 2020 3 25 13 5 2 6系統(tǒng)供電設(shè)計 1 供電系統(tǒng)的保護(hù)措施 2 電源模塊的選擇 4 I 0模塊供電電源設(shè)計 5 系統(tǒng)接地設(shè)計 6 可編程序控制器供電系統(tǒng)設(shè)計 7 電纜設(shè)計和敷設(shè) 返回目錄 2020 3 25 14 5 3程序設(shè)計與調(diào)試 5 3 1程序結(jié)構(gòu)設(shè)計 STEP7有3種設(shè)計程序的方法 即線性化編程 模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程 1 線性化編程 整個用戶程序放在循環(huán)控制組織塊OB1 主程序 中 循環(huán)掃描時不斷地依次執(zhí)行OB1中的全部指令 程序結(jié)構(gòu)簡單 建議只是在為S7 300編寫簡單的程序時使用 2020 3 25 15 2 模塊化編程 模塊化編程程序被分為不同的邏輯塊 每個塊包含完成某些任務(wù)的邏輯指令 組織塊OB1 即主程序 中的指令決定在什么情況下調(diào)用哪一個塊 功能和功能塊 即子程序 用來完成不同的過程任務(wù) 被調(diào)用的塊執(zhí)行完后 返回到OB1中程序塊的調(diào)用點 繼續(xù)執(zhí)行OB1 模塊化編程的程序被劃分為若干個塊 易于幾個人同時對一個項目編程 2020 3 25 16 3 結(jié)構(gòu)化編程 結(jié)構(gòu)化編程將復(fù)雜的自動化任務(wù)分解為能夠反映過程的工藝 功能或可以反復(fù)使用的小任務(wù) 這些任務(wù)由相應(yīng)的程序塊 或稱邏輯塊 來表示 程序運行時所需的大量數(shù)據(jù)和變量存儲在數(shù)據(jù)塊中 這些程序塊是相對獨立的 它們被OB1或別的程序塊調(diào)用 2020 3 25 17 程序塊調(diào)示例如圖5 2所示 圖5 2塊調(diào)用的分層結(jié)構(gòu) 2020 3 25 18 5 3 2符號表和符號化編程 1 符號地址符號地址的優(yōu)點 程序中可以用絕對地址訪問變量 但是符號地址使程序更容易閱讀和理解 2 生成與編輯符號表點擊管理器中的 Symbols 圖標(biāo) 即可進(jìn)入符號表窗口 如圖5 3所示 2020 3 25 19 圖5 3符號表 2020 3 25 20 5 3 3功能塊與功能的生成與調(diào)用舉例 下面以發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的用戶程序為例 介紹生成和調(diào)用功能塊和功能的方法 1 項目的創(chuàng)建項目的名稱為 發(fā)動機(jī)控制 2 用戶程序結(jié)構(gòu)如圖圖5 4所示 組織塊OB1是 用一個名為 發(fā)動機(jī)控制 的功能塊FB1來分別控制汽油機(jī)和柴油機(jī) 控制參數(shù)在背景數(shù)據(jù)塊DB1和DB2中 此外控制汽油機(jī)和柴油機(jī)時還用不同的實參分別調(diào)用名為 風(fēng)扇控制 的功能FC1 2020 3 25 21 圖5 4程序結(jié)構(gòu) 2020 3 25 22 程序設(shè)計好后SIMATIC管理器中的塊 見圖5 5 圖5 5SIMATIC管理器 2020 3 25 23 3 符號表與變量聲明表 1 符號表 見表5 1 表5 1符號表 2020 3 25 24 2 變量聲明表及變量的類型局域變量 用戶在變量聲明表中聲明本塊中專用的變量 局域變量包括塊的形參和參數(shù)的屬性 局域變量只是在它所在的塊中有效 聲明后在局域數(shù)據(jù)堆棧中為臨時變量 TEMP 保存有效的存儲空間 對于功能塊 還要為配合使用的背景數(shù)據(jù)塊的靜態(tài)變量 STAT 保留空間 通過設(shè)置IN 輸入 OUT 輸出 和IN OUT 輸入 輸出 類型變量 2020 3 25 25 4 功能塊與功能 1 功能塊FB1中的局域變量 見表5 2 表5 2FB1的變量聲明表 2020 3 25 26 2 功能塊FB1的程序 見圖5 6 圖5 6FB1的梯形圖程序 2020 3 25 27 3 功能FC1的生成與編輯 見表5 3 表5 3FC1的變量聲明表 2020 3 25 28 2 功能塊FC1的程序 見圖5 7 圖5 7功能FC1梯形圖 2020 3 25 29 5 功能塊與功能的調(diào)用在發(fā)動機(jī)控制程序中 OB1用來實現(xiàn)自動 手動工作模式的切換 通過兩次調(diào)用FB1和FC1實現(xiàn)對汽油機(jī)和柴油機(jī)的控制 見圖5 8 2020 3 25 30 圖5 8主程序OB1 返回目錄 2020 3 25 31 4 4PLC在順序控制中的應(yīng)用 4 4 1順序控制的含義 順序控制 就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序 在各個輸入信號的作用下 根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序 在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地有秩序地進(jìn)行操作 使用順序控制設(shè)計法時首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝過程 畫出順序功能圖 Sequentialfunctionchart 然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖 2020 3 25 32 5 4 2順序功能圖的基本結(jié)構(gòu) 順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)包括 單流程 選擇分支 并行分支 跳轉(zhuǎn) 循環(huán) 部分結(jié)構(gòu)見圖5 9 單流程選擇分支并行分支圖5 9順序功能圖的基本結(jié)構(gòu) 2020 3 25 33 5 4 3繪制順序功能圖的注意事項 1 兩個步絕對不能直接相連 必須用一個轉(zhuǎn)換將它們隔開 2 兩個轉(zhuǎn)換也不能直接相連 必須用一個步將它們隔開 3 順序功能圖中的初始步一般對應(yīng)于系統(tǒng)等待起動的初始狀態(tài) 4 自動控制系統(tǒng)應(yīng)能多次重復(fù)執(zhí)行同一工藝過程 即在完成一次工藝過程的全部操作之后 應(yīng)從最后一步返回初始步 系統(tǒng)停留在初始狀態(tài) 在連續(xù)循環(huán)工作方式時 將從最后一步返回下一工作周期開始運行的第一步 2020 3 25 34 5 4 4順序控制設(shè)計舉例 以 單流程 順序控制為例 1 控制工藝及控制要求圖5 10給出了液壓動力滑臺的進(jìn)給運動示意圖 順序功能圖和梯形圖 在初始狀態(tài)時動力滑臺停在左邊 限位開關(guān)I0 3為1狀態(tài) 按下起動按鈕I0 0 動力滑臺在各步中分別實現(xiàn)快進(jìn) 工進(jìn) 暫停和快退 最后返回初始位置和初始步后停止運動 2020 3 25 35 2 順序功能圖和梯形圖設(shè)計 見圖5 10 圖5 10液壓動力滑臺的進(jìn)給運動示意圖 順序功能圖和梯形圖 返回目錄 2020 3 25 36 5 5PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試 5 5 1尋找 替換與換線 1 程序段內(nèi)替換一個地址 見圖5 11 圖5 11程序段內(nèi)替換一個地址的操作 2020 3 25 37 2 替換整個項目下多個地址 見圖5 12 圖5 12替換整個項目下多個地址的操作界面 2020 3 25 38 5 5 2變量監(jiān)控與修改 1 控制程序的在線監(jiān)控 見圖5 13 圖5 13控制程序的在線監(jiān)控實例 2020 3 25 39 2 變量表監(jiān)視和修改 見圖5 14 圖5 14變量表監(jiān)視和修改實例 2020 3 25 40 5 5 3輸入 輸出強(qiáng)制 輸入 輸出強(qiáng)制的功能 輸入 輸出強(qiáng)制后的變量 不因映像輸出的變化而改變 強(qiáng)制作業(yè)不能被簡單取消 只能用菜單命令Variable StopForcing來刪除或終止 可以給用戶程序的任何變量賦予固定值 這樣它們就不能夠被CPU中正在執(zhí)行的用戶程序改變或覆蓋 輸入輸出強(qiáng)制的操作界面見圖5 15 2020 3 25 41 圖5 15輸入 輸出強(qiáng)制操作 返回目錄 2020 3 25 42 5 6組織塊OB及其應(yīng)用 5 6 1中斷優(yōu)先級 S7提供了各種不同的組織塊 這些組織塊允許用戶創(chuàng)建在特定時間執(zhí)行的程序 表5 4給出了組織塊不同的OB及其中斷優(yōu)先級 2020 3 25 43 表5 4組織塊OB及中斷優(yōu)先級 2020 3 25 44 5 6 2中斷過程 系統(tǒng)檢測到一個OB塊中斷時 則被中斷塊的累加器和寄存器上的當(dāng)前信息將被作為一個中斷堆棧存起來 I堆棧 I堆棧中保存的內(nèi)容有 累加器及地址寄存器的內(nèi)容 數(shù)據(jù)塊寄存器的內(nèi)容 局部數(shù)據(jù)堆棧 狀態(tài)字 MCR寄存器和B堆棧指針 新OB塊調(diào)用FB和FC 每一個塊的處理數(shù)據(jù)被存堆棧 B堆棧中保存的內(nèi)容有 DB和DI寄存器 臨時數(shù)據(jù) L堆棧 的指針 塊的號碼及返回地址 2020 3 25 45 5 6 3控制中斷 OB分為兩類 執(zhí)行周期性工作的OB和響應(yīng)錯誤的OB 執(zhí)行周期性工作的OB 日時鐘中斷 在特定的日期或時間執(zhí)行 從一個編程事件始一段特定延時后執(zhí)行 按特定周期循環(huán)執(zhí)行 CPU檢測到一個過程 硬件錯誤時執(zhí)行 CPU檢測到一個不依賴于程序指令的錯誤時執(zhí)行 CPU檢測到一個與程序指令處理有關(guān)的錯誤時執(zhí)行 2020 3 25 46 5 6 4循環(huán)控制組織塊 循環(huán)控制組織模塊OB1是最重要的組織快 OB1在系統(tǒng)中總是被循環(huán)調(diào)用 當(dāng)過程中斷或時間中斷發(fā)生時暫停執(zhí)行 5 6 5中斷組織塊及應(yīng)用 1 日時鐘中斷 OB10 2 延時中斷 OB20 3 循環(huán)中斷 OB35 4 硬件中斷 OB40 2020 3 25 47 5 6 6初始化模塊及應(yīng)用 OB100 每當(dāng)CPU的狀態(tài)由停止態(tài)轉(zhuǎn)入運行態(tài)時 操作系統(tǒng)都調(diào)用OB100 當(dāng)OB100運行結(jié)束后 操作系統(tǒng)調(diào)用OB1 利用OB100先于OB1執(zhí)行的特性 可以為用戶主程序的運行準(zhǔn)備初始變量或參數(shù) 見圖5 16 2020 3 25 48 圖5 16OB100與OB1的執(zhí)行過程 返回目錄 2020 3 25 49 5 7故障特性及故障診斷 5 7 1故障特性 系統(tǒng)故障分外部故障和內(nèi)部故障 外部故障指系統(tǒng)與實際過程相連的傳感器 檢測開關(guān) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和負(fù)載等部分的故障 內(nèi)部故障指可編程序控制器本身的故障 在系統(tǒng)總故障中只有10 的故障發(fā)生在可編程序控制器中 而這10 的故障中 90 的故障發(fā)生在I O模版中 只有10 的故障發(fā)生在控制器中 所以 系統(tǒng)的大部分故障發(fā)生在I O模版及信號元件和回路中 2020 3 25 50 5 7 2故障診斷知識 1 故障的分類 1 外部設(shè)備故障是與實際過程直接聯(lián)系的各種開關(guān) 傳感器 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 負(fù)載等所發(fā)生的故障 2 系統(tǒng)故障可分為固定性故障和偶然性故障 如果故障發(fā)生后 可重新啟動使系統(tǒng)恢復(fù)正常 則為偶然故障 相反 如重新啟動不能恢復(fù)而需要更換硬件或軟件 系統(tǒng)才能恢復(fù)正常 則為固定故障 3 硬件故障主要指系統(tǒng)中的模塊損害而造成的故障 4 軟件故障是軟件本身所包含的錯誤所引起的 這主要是軟件設(shè)計考慮不周 在執(zhí)行中一旦條件滿足就會引發(fā) 2020 3 25 51 2 故障診斷 1 故障的宏觀診斷就是根據(jù)經(jīng)驗 參照發(fā)生故障的環(huán)境和現(xiàn)象來確定故障的部位和原因 宏觀診斷可按如下步驟進(jìn)行 是否為使用不當(dāng)引起的故障 常見的使用不當(dāng)包括供電電源故障 端子接線故障 模塊安裝故障和現(xiàn)場操作故障等 如果不是使用故障 則可能是偶然性故障或系統(tǒng)運行時間較長所引起的故障 對于這類故障可按照可編程序控制器系統(tǒng)的故障分布 依次檢查 判斷故障 首先檢查與實際過程相連的傳感器 檢測開關(guān) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和負(fù)載是否有故障 然后檢查可編程序控制器的I O模塊是否有故障 最后檢查可編程序控制器的CPU是否有故障 2020 3 25 52 2 故障的自