第10次課可編程序控制器（PLC）控制系統(tǒng)設(shè)計一、在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：最大限度地滿足控制要求

充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計中最重要的一條原則。設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料。同時要注意和現(xiàn)場工程管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問題。保證系統(tǒng)的安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用與維修方便在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。適應(yīng)發(fā)展的需要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。1）分析被控對象并提出控制要求

詳細(xì)分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計任務(wù)書。2）確定輸入／輸出設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點數(shù)。3）選擇PLC

PLC選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的選擇

二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟4）分配I/O點并設(shè)計PLC外圍硬件線路（1）分配I/O點：畫出PLC的I/O點與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表。（2）PLC外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入PLC的控制電路等。（3）由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。5）程序設(shè)計程序設(shè)計：1）控制程序；2）初始化程序；3）檢測、故障診斷和顯示等程序；4）保護(hù)和連鎖程序。模擬調(diào)試：根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。

二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟

6）硬件實施設(shè)計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖；設(shè)計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖；根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場接線，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。由于程序設(shè)計與硬件實施可同時進(jìn)行，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計周期可大大縮短。7）聯(lián)機調(diào)試聯(lián)機調(diào)試是將通過模擬調(diào)試的程序進(jìn)一步進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機調(diào)試過程應(yīng)循序漸進(jìn)，從PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實際負(fù)載等逐步進(jìn)行調(diào)試。如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可。全部調(diào)試完畢后，交付試運行。經(jīng)過一段時間運行，如果工作正常、程序不需要修改，應(yīng)將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。8）整理和編寫技術(shù)文件技術(shù)文件包括設(shè)計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、PLC程序以及使用說明書等。二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。

三、PLC的選擇PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：合理的結(jié)構(gòu)型式PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。安裝方式的選擇主要有集中式、遠(yuǎn)程I／O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。相應(yīng)的功能要求響應(yīng)速度要求系統(tǒng)可靠性的要求對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)機型盡量統(tǒng)一便于備品備件的采購和管理；有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高，外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信。三PLC的選擇——PLC機型的選擇I／O點數(shù)的選擇在滿足控制要求的前提下力爭使用的I／O點最少。需要加上10％~15％的裕量。存儲容量的選擇存儲容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，還與功能實現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時，其程序量可能相差25％之多。在I／O點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲容量后，再加20％~30％的裕量。

存儲容量(字節(jié))＝開關(guān)量I/O點數(shù)×10＋模擬量I/O通道數(shù)×100存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。

三、PLC的選擇——

PLC容量的選擇

開關(guān)量輸入模塊的選擇

1）輸入信號的類型及電壓等級有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。

直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接；

交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境。開關(guān)量輸入模塊的電壓等級有：直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。

選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于傳輸距離較近場合，如5Ｖ輸入模塊最遠(yuǎn)不得超過１０米。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選用輸入電壓等級較高的。三PLC的選擇——I／O模塊的選擇開關(guān)量輸入模塊的選擇2）輸入接線方式——主要有匯點式和分組式兩種接線方式

三PLC的選擇——I／O模塊的選擇開關(guān)量輸入模塊的選擇3）注意同時接通的輸入點數(shù)量

對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應(yīng)考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60％。4）輸入門檻電平

門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠(yuǎn)，具體可參閱PLC說明書。三PLC的選擇——

I／O模塊的選擇開關(guān)量輸出模塊的選擇1）輸出方式開關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式

繼電器輸出：價格便宜，可以驅(qū)動交、直流負(fù)載，適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但動作速度較慢（驅(qū)動感性負(fù)載時，觸點動作頻率不超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。對于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，而晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。

三PLC的選擇——I／O模塊的選擇開關(guān)量輸出模塊的選擇

2）輸出接線方式開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式三PLC的選擇——

I／O模塊的選擇開關(guān)量輸出模塊的選擇

3）驅(qū)動能力應(yīng)根據(jù)實際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。

4）注意同時接通的輸出點數(shù)量

同時接通輸出設(shè)備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60％

5）輸出的最大電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān)

與不同的負(fù)載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應(yīng)注意。

三PLC的選擇——I／O模塊的選擇模擬量I/O模塊的選擇

模擬量輸入（A/D）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量；

模擬量輸出(D/A)模塊是將PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號輸出。典型模擬量I/O模塊的量程為-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根據(jù)實際需要選用，同時還應(yīng)考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如RTD、熱電偶等信號）三PLC的選擇——I／O模塊的選擇特殊功能模塊的選擇

PLC廠家相繼推出了一些具有特殊功能的I/O模塊，有的還推出了自帶CPU的智能型I/O模塊，如高速計數(shù)器、凸輪模擬器、位置控制模塊、PID控制模塊、通信模塊等。三PLC的選擇——I／O模塊的選擇電源模塊及其它外設(shè)的選擇1）電源模塊的選擇

電源模塊選擇僅對于模塊式結(jié)構(gòu)的PLC而言，對于整體式PLC不存在電源的選擇。電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。

2）編程器的選擇3）寫入器的選擇

為了防止由于干擾或鋰電池電壓不足等原因破壞RAM中的用戶程序，可選用EPROM寫入器，通過它將用戶程序固化在EPROM中。有些PLC或其編程器本身就具有EPROM寫入的功能。三PLC的選擇——I／O模塊的選擇PLC與主令電器類設(shè)備的連接

四PLC與輸入輸出設(shè)備的連接

PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器的連接

四PLC與輸入輸出設(shè)備的連接PLC與輸出設(shè)備的一般連接方法

四PLC與常用輸入輸出設(shè)備的連接任務(wù)五：三菱FX系列可編程控制器的應(yīng)用電動機Y―△降壓啟動控制線路與程序PLC與輸出設(shè)備連接的其它注意事項

1）除了PLC輸入和輸出共用同一電源外，輸入公共端與輸出公共端一般不能接在一起；2）PLC的晶體管和晶閘管型輸出都有較大的漏電流，尤其是晶閘管輸出，將可能會出現(xiàn)輸出設(shè)備的誤動作。所以要在負(fù)載兩端并聯(lián)一個旁路電阻，旁路電阻R的阻值估算可由下式確定：

UON是負(fù)載的開啟電壓（V），I是輸出漏電流（mA）四、PLC與常用輸入輸出設(shè)備的連接

PLC在實際應(yīng)用中常碰到這樣兩個問題：

1）PLC的I/O點數(shù)不夠，需要擴展，然而增加I/O點數(shù)將提高成本；2）是已選定的PLC可擴展的I/O點數(shù)有限，無法再增加。在滿足系統(tǒng)控制要求的前提下，合理使用I/O點數(shù)，盡量減少所需的I/O點數(shù)是很有意義的。

五減少I/O點數(shù)的措施實例分組輸出

當(dāng)兩組輸出設(shè)備或負(fù)載不會同時工作，可通過外部轉(zhuǎn)換開關(guān)或通過受PLC控制的電器觸點進(jìn)行切換，所以PLC的每個輸出點可以控制兩個不同時工作的負(fù)載。

五減少I/O點數(shù)的措施——實例并聯(lián)輸出

注意PLC輸出點同時驅(qū)動多個負(fù)載時，應(yīng)考慮PLC輸出點的驅(qū)動能力是否足夠。輸出設(shè)備多功能化

利用PLC的邏輯處理功能，一個輸出設(shè)備可實現(xiàn)多種用途。某些輸出設(shè)備可不進(jìn)PLC

系統(tǒng)中某些相對獨立、比較簡單的控制部分，可直接采用PLC外部硬件電路實現(xiàn)控制。

五減少I/O點數(shù)的措施