PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與步驟《PLC原理與電氣控制技術(shù)》1.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容分析控制對(duì)象、明確設(shè)計(jì)任務(wù)是整個(gè)設(shè)計(jì)的依據(jù)。選定PLC的型號(hào)及所需的輸入/輸出模塊，對(duì)控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行配置。編制PLC的輸入/輸出分配表和繪制輸入/輸出端子接線(xiàn)圖。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求編寫(xiě)軟件規(guī)格要求說(shuō)明書(shū)，然后再用相應(yīng)的編程語(yǔ)言(常用梯形圖)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)操作臺(tái)、電氣柜，選擇所需的電氣元件。編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和操作使用說(shuō)明書(shū)。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：2.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟系統(tǒng)規(guī)劃硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)文件編制2.1系統(tǒng)規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)劃是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)前應(yīng)熟悉圖紙資料，深入調(diào)查研究，與工藝、機(jī)械方面的技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)操作人員密切配合，共同討論，解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題。應(yīng)詳細(xì)了解被控對(duì)象的全部功能，如機(jī)械部件的動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必要的保護(hù)與聯(lián)鎖，系統(tǒng)要求哪些工作方式（如手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)等），設(shè)備內(nèi)部機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、儀表、電氣幾大系統(tǒng)之間的關(guān)系，PLC與其他智能設(shè)備（如別的PLC、計(jì)算機(jī)、變頻器、工業(yè)電視、機(jī)器人）之間的關(guān)系，PLC是否需要通信聯(lián)網(wǎng)，需要顯示哪些數(shù)據(jù)及顯示的方式等等，電源突然停電及緊急情況的處理，安全電路的設(shè)計(jì)，有時(shí)需要設(shè)置PLC之外的手動(dòng)的或機(jī)電的聯(lián)鎖裝置來(lái)防止危險(xiǎn)的操作。2.2硬件設(shè)計(jì)確定PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)，并確定PLC的型號(hào)和硬件配置。如確定CPU模塊的型號(hào)，擴(kuò)展模塊的型號(hào)和塊數(shù)。確定系統(tǒng)輸入元件（如按鈕、指令開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、傳感器、變送器等）和輸出元件（如繼電器、接觸器、電磁閥、指示燈等）的型號(hào)。根據(jù)設(shè)備的操作任務(wù)和操作方式，確定操作面板所需的元件，如指示燈、數(shù)字顯示裝置、開(kāi)關(guān)和按鈕等，有的系統(tǒng)可能需要智能的操作員面板，如文本顯示器或有圖形顯示功能和觸模屏功能的操作員面板。2.2硬件設(shè)計(jì)PLC機(jī)型的選擇開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇模擬量I/O模塊的選擇智能模塊的選擇2.2.1PLC機(jī)型的選擇性能與任務(wù)相適應(yīng)PLC的處理速度應(yīng)滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的要求PLC機(jī)型盡可能統(tǒng)一PLC機(jī)型的選擇PLC選型的基本原則是，在功能滿(mǎn)足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用方便以及性?xún)r(jià)比最優(yōu)的機(jī)型。具體應(yīng)該考慮如下幾個(gè)方面：2.2.1PLC機(jī)型的選擇性能與任務(wù)相適應(yīng)對(duì)控制速度要求不高的開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)，選用小型PLC。對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)選用帶有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶D/A轉(zhuǎn)換的模擬輸出模塊，配接相應(yīng)的傳感器、變送器和驅(qū)動(dòng)裝置，并且選擇運(yùn)算功能較強(qiáng)的小型PLC。西門(mén)子公司的S7-200、S7-200SMART、S7-1200PLC在進(jìn)行小型數(shù)字、模擬混合系統(tǒng)控制時(shí)具有較高的性能價(jià)格比，實(shí)施起來(lái)也較為方便。對(duì)于比較復(fù)雜、控制功能要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)，如需要PID調(diào)節(jié)、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)、冗余控制、安全控制等功能時(shí)，可選用中、大型PLC，如西門(mén)子公司的S7-300、S7-400、S7-1500等。2.2.1PLC機(jī)型的選擇PLC的處理速度應(yīng)滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的要求選擇CPU速度比較快的PLC，使執(zhí)行一條基本指令的時(shí)間不超過(guò)0.5μs。優(yōu)化應(yīng)用軟件，縮短掃描周期。采用高速響應(yīng)模塊，其響應(yīng)的時(shí)間不受PLC周期的影響，而只取決于硬件的延時(shí)。2.2.1PLC機(jī)型的選擇PLC機(jī)型盡可能統(tǒng)一

一個(gè)大型企業(yè)，應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。同一機(jī)型的PLC，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理，這不僅使模塊通用性好，減少備件量，而且給編程和維修帶來(lái)極大的方便，也給擴(kuò)展系統(tǒng)升級(jí)留有余地；功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開(kāi)發(fā)；其外部設(shè)備通用，資源可共享，配以上位計(jì)算機(jī)后，可把控制各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC連成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，相互通信，集中管理。2.2.2開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇選擇工作電壓等級(jí)選擇模塊密度門(mén)坎電平備用輸入點(diǎn)的設(shè)計(jì)輸入分組及輸入類(lèi)型2.2.2開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇2.2.2開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇選擇工作電壓等級(jí)選擇依據(jù)：現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件與模塊之間的距離。距離較遠(yuǎn)時(shí)——選用較高電壓的模塊來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性，以免信號(hào)衰減后造成誤差。距離較近時(shí)——選擇電壓等級(jí)低的模塊2.2.2開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇選擇模塊密度選擇依據(jù)：輸入信號(hào)的分布（空間、時(shí)間）為便于安裝、調(diào)試，按就近原則安排輸入信號(hào)常選用8點(diǎn)、16點(diǎn)的輸入模塊；對(duì)于高密度輸入模塊(32/64點(diǎn))，同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)不超過(guò)模塊總點(diǎn)數(shù)的60%(視輸入電壓、環(huán)境溫度而定）2.2.2開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇門(mén)坎電平門(mén)坎電平：指輸入點(diǎn)接通電平和關(guān)斷電平的差值。選擇必要性：為了提高控制系統(tǒng)的可靠性，必須考慮門(mén)坎電平的大小門(mén)坎電平值越大，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也就越遠(yuǎn)2.2.2開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇備用輸入點(diǎn)的設(shè)計(jì)備用輸入點(diǎn)：在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)系統(tǒng)要求合理的留出一定的余量。通常設(shè)計(jì)余量在20%左右。備用輸入點(diǎn)應(yīng)分散到各模塊（組）上，例如每8點(diǎn)留一個(gè)備用點(diǎn)。發(fā)生故障時(shí)，用備用點(diǎn)替換故障點(diǎn)，方便地、迅速地處理故障。2.2.2開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇輸入分組及輸入類(lèi)型輸入分組：PLC的輸入通常分為多組，每組之間相互獨(dú)立，可以采用不同的電源（例如電源反接使用）。輸入類(lèi)型：在選用時(shí)要注意PLC有源型輸入和漏型輸入類(lèi)型。在使用接近開(kāi)關(guān)、電子開(kāi)關(guān)等半導(dǎo)體元件時(shí)要注意NPN型和PNP型元件的電路設(shè)計(jì)。多數(shù)PLC在設(shè)計(jì)時(shí)采用了源型、漏型組合的輸入接口方式，但有些PLC或者擴(kuò)展模塊僅采用了其中一種接口方式。2.2.2開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇輸出方式的選擇輸出電流的選擇2.2.2開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇輸出方式的選擇繼電器輸出方式：（交、直流開(kāi)關(guān)）輸出電流大（帶載能力強(qiáng)），響應(yīng)速度較慢（＜1Hz），價(jià)格便宜晶體管輸出方式：（直流開(kāi)關(guān)）響應(yīng)速度快（高至幾百kHz），使用壽命長(zhǎng)可控硅輸出方式：（交流開(kāi)關(guān)）響應(yīng)速度較快，起動(dòng)電流大，使用壽命長(zhǎng)2.2.2開(kāi)關(guān)量I/O模塊的選擇開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇輸出電流的選擇輸出電流必須大于負(fù)載（阻性負(fù)載）電流的額定值；對(duì)于容性和感性負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，要留有足夠的余量；如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)（用中間繼電器）；注意同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的電流累計(jì)值必須小于公共端所允許通過(guò)的電流值為防止負(fù)載短路而燒壞PLC的輸出模塊，輸出回路可以外加熔斷器作短路保護(hù)。繼電器輸出方式——選用普通熔斷器晶體管輸出方式——選用快速熔斷器晶閘管輸出方式——選用快速熔斷器2.2.3模擬量I/O模塊的選擇模擬量輸入模塊的選擇模擬量輸出模塊的選擇2.2.3模擬量I/O模塊的選擇模擬量輸入模塊的選擇模擬量值的輸入范圍（量程）。模擬量輸入模塊的分辨率、輸入精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間等參數(shù)指標(biāo)應(yīng)符合具體的系統(tǒng)要求。在應(yīng)用中要注意抗干擾措施。EM231外部接線(xiàn)圖2.2.3模擬量I/O模塊的選擇模擬量輸入模塊的選擇模擬量值的輸入范圍（量程）。模擬量的輸入：電壓信號(hào)、電流信號(hào)、溫度電壓信號(hào):0~5V、0~10V（單極性）±2.5V、±5V（雙極性）電流信號(hào):4~20mA或0~20mA

溫度信號(hào)：熱電偶模塊、熱電阻模塊（RTD）注意：與現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)信號(hào)范圍相對(duì)應(yīng)，分辨率、精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間等參數(shù)應(yīng)符合系統(tǒng)要求。2.2.3模擬量I/O模塊的選擇模擬量輸出模塊的選擇模擬量的輸出：電壓輸出或電流輸出

電壓輸出:0~10V、－10~10V電流信號(hào):0～20mA、4~20mA注意：模擬量輸出模塊還有不同的輸出功率，在使用時(shí)要根據(jù)負(fù)載情況選擇。EM232外部接線(xiàn)圖2.2.4智能模塊的選擇一般的智能模塊包括稱(chēng)重模塊、PROFIBUS-DP模塊(如EM277模塊)、工業(yè)以太網(wǎng)模塊(如CP243-1、CP243-1IT)、調(diào)制解調(diào)器模塊(如EM241模塊)、定位模塊(如EM253模塊)等。需要注意：一般智能模塊價(jià)格比較昂貴，而有些功能采用一般I/O模塊也可以實(shí)現(xiàn)（如高速輸出控制），只是要增加軟件的工作量，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定取舍。2.3軟件設(shè)計(jì)

PLC系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)的基本原則

軟件設(shè)計(jì)是以系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的工藝要求、硬件組成和操作方式等條件為依據(jù)來(lái)進(jìn)行的。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容

I/O地址分配表：對(duì)系統(tǒng)各接口參數(shù)進(jìn)行規(guī)定和整理，為編制程序做準(zhǔn)備。繪制流程圖（順序功能圖）：依據(jù)工藝流程，繪制控制過(guò)程方框圖。編制程序（梯形圖）：程序的編制是程序設(shè)計(jì)最主要且最重要階段，是控制功能的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。軟件測(cè)試（調(diào)試）：軟件測(cè)試是整個(gè)程序設(shè)計(jì)工作中很重要的一項(xiàng)內(nèi)容，它可以初步檢查程序的實(shí)際效果。2.3軟件設(shè)計(jì)

I/O地址分配表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容

2.3軟件設(shè)計(jì)

繪制流程圖（順序功能圖）

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法實(shí)質(zhì)上是試圖用輸入信號(hào)I直接控制輸出信號(hào)Q，由于不同系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間的關(guān)系各不相同，因此不可能找出一種簡(jiǎn)單通用的設(shè)計(jì)方法。

順序控制設(shè)計(jì)法則是用輸入量I控制代表各步的編程元件（如內(nèi)部存儲(chǔ)器位M），再用它們控制輸出量Q。由于步是根據(jù)輸出量Q的狀態(tài)劃分的，因此M與Q之間具有很簡(jiǎn)單的“與”的邏輯關(guān)系，輸出電路的設(shè)計(jì)極為簡(jiǎn)單。任何復(fù)雜系統(tǒng)的代表步的M存儲(chǔ)器位的控制電路，其設(shè)計(jì)方法都是相同的，并且很容易掌握，所以順序控制設(shè)計(jì)法具有簡(jiǎn)單、規(guī)范、通用的優(yōu)點(diǎn)。由于M是按順序變?yōu)镺N／OFF狀態(tài)的，實(shí)際上已經(jīng)基本上解決了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法中的記憶、聯(lián)鎖等問(wèn)題?？刂齐娐稩M輸出電路Q(chēng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容

2.3軟件設(shè)計(jì)首先應(yīng)根據(jù)總體要求和控制系統(tǒng)的具體情況，確定用戶(hù)程序的基本結(jié)構(gòu)，畫(huà)出程序流程圖或數(shù)字量控制系統(tǒng)的順序功能圖。它們是編程的主要依據(jù)，應(yīng)盡可能地準(zhǔn)確和詳細(xì)。較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)的梯形圖可以用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)，復(fù)雜的系統(tǒng)一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。畫(huà)出系統(tǒng)的順序功能圖后，設(shè)計(jì)出梯形圖程序。盡量采用模塊化或結(jié)構(gòu)化方式編程，減少工作量，加快掃描速度。

設(shè)計(jì)梯形圖：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容

2.3軟件設(shè)計(jì)測(cè)試時(shí)應(yīng)由點(diǎn)到面，分塊測(cè)試，切忌一開(kāi)始就把所有程序下載到PLC集中調(diào)試。首先可以利用PLCSIM等軟件仿真器進(jìn)行程序的仿真，在軟件中模擬輸入點(diǎn)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，檢查輸出點(diǎn)、存儲(chǔ)器的變化?？梢岳贸绦驙顟B(tài)監(jiān)控、狀態(tài)表、趨勢(shì)圖、trace、交叉引用等等調(diào)試手段，也可以利用博途軟件集成的診斷功能。

軟件測(cè)試：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容

2.4系統(tǒng)調(diào)試PLC的系統(tǒng)調(diào)試是檢查、優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)，提高控制系統(tǒng)可靠性的重要步驟。為了防止調(diào)試過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)該在完成控制系統(tǒng)的安裝、連接、用戶(hù)程序編寫(xiě)后，按照調(diào)試前的檢查、硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、空運(yùn)行試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)等規(guī)定的步驟進(jìn)行。