PLC控制系統設計
PLC控制柜及其控制系統設計的基本原則
? 最大限度地滿足控制要求（適用） 充分發揮PLC功能，最大 限度地滿足被控對象的控制要求，是設計中最重要的一條原則。設計 人員要深入現場進行調查研究，收集資料。同時要注意和現場工程管 理和技術人員及操作人員緊密配合，弄清控制要求，共同擬定電氣控 制方案，協商解決重點問題和疑難問題。
? 保證系統的安全可靠（耐用） 保證PLC控制系統能夠長期安 全、可靠、穩定運行，是設計控制系統的重要原則。
? 力求簡單、經濟、使用與維修方便（好用） 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。
? 適應發展的需要 考慮到生產的發展和工藝的改進，在選擇控制系 統設備時，設備能力應適當留有裕量。如在選擇PLC容量時，應適當留 有余量。
PLC控制柜及其控制系統設計的一般步驟? 最大限度地滿足控制要求（適用） 充分發揮PLC功能，最大 限度地滿足被控對象的控制要求，是設計中最重要的一條原則。設計 人員要深入現場進行調查研究，收集資料。同時要注意和現場工程管 理和技術人員及操作人員緊密配合，弄清控制要求，共同擬定電氣控 制方案，協商解決重點問題和疑難問題。
? 保證系統的安全可靠（耐用） 保證PLC控制系統能夠長期安 全、可靠、穩定運行，是設計控制系統的重要原則。
? 力求簡單、經濟、使用與維修方便（好用） 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。
? 適應發展的需要 考慮到生產的發展和工藝的改進，在選擇控制系 統設備時，設備能力應適當留有裕量。如在選擇PLC容量時，應適當留 有余量。
? （1）根據生產的工藝過程分析控制要求； 如需要完成的動作（動作順序、動作條件、必需的保護和聯鎖 等），操作方式（手動、自動、連續、單周期、單步）等；
? （2）根據控制要求確定所需要的用戶輸入/輸出設備，并 據此確定PLC的I/O點數； 根據系統的控制要求，確定系統所需的全部輸入設備（如：按鈕、 位置開關、轉換開關及各種傳感器等）和輸出設備（如：接觸器、電 磁閥、信號指示燈及其它執行器等），從而確定與PLC有關的輸入/輸 出設備，以確定PLC的I/O點數。
? （3）選擇PLC 包括PLC的機型、容量、I/O模塊、電源的選擇。
? （4）分配PLC的I/O點數，設計I/O連接圖； 畫出PLC的I/O點與輸入/輸出設備的連接圖或對應關系表?？山Y合第2 步進行。
? （5）進行PLC的程序設計，同時可進行控制柜的設計和現 場施工；
程序設計：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）保護和聯鎖程序。
模擬調試：根據產生現場信號的方式不同，模擬調試有硬件模擬 法和軟件模擬法兩種形式。
硬件實施: 設計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖；
設計系統各部分之間的電氣互連圖；
根據施工圖紙進行現場接線，并進行詳細檢查。 由于程序設計與硬件實施可同時進行，因此PLC控制系統的設計 周 期可大大縮短。
? （6）聯機調試 聯機調試是將通過模擬調試的程序進一步進行在線統調。聯機調 試過程應循序漸進，從PLC只連接輸入設備、再連接輸出設備、再接 上實際負載等逐步進行調試。如不符合要求，則對硬件和程序作調整。 通常只需修改部份程序即可。 全部調試完畢后，交付試運行。經過一段時間運行，如果工作正 常、程序不需要修改，應將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。
? （7）整理和編寫技術文件 技術文件包括設計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件 明細表、PLC程序以及使用說明書等。
? PLC程序設計的步驟（核心）? （1）列寫系統占用的輸入、輸出點及機內各軟元件的分布及用途；
? （2）根據控制要求列寫控制操作的各種要求。對于復雜的控制系統， 繪制系統控制流程圖；
? （3）設計梯形圖，有經驗法、邏輯法、狀態法，或多種方法的綜合使 用；
? （4）根據梯形圖編制程序清單； 若使用的編程器可直接輸入梯形圖，則可省去此步。
? （5）將程序輸入到PLC的用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確； ? （6）對程序進行調試和修改，直到滿足要求為止。
?PLC的選擇
隨著PLC技術的發展，PLC產品的種類也越來越多。不同型號的 PLC，其結構形式、性能、容量、指令系統、編程方式、價格等也各有 不同，適用的場合也各有側重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控 制系統的技術經濟指標有著重要意義。
PLC的選擇主要應從PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特 殊功能模塊、通信聯網能力等方面加以綜合考慮。
? （1）PLC機型選擇
基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭 最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：
? 合理的結構型式
? 安裝方式的選擇 PLC主要有整體式和模塊式兩種結構型式。工藝穩定、環境條件好的場合 選用整體式，其他情況選用模塊式 安裝方式有集中式、遠程I／O式以及多臺PLC聯網的分布式。
? 相應的功能要求 ? 響應速度要求 考慮開關量控制、模擬量控制選用不同功能模塊 PLC的掃描工作方式引起的延遲可達2~3個掃描周期。然而對于某些個別 場合，選用具有高速度I/O處理功能指令的PLC和中斷輸入模塊的PLC等。
? 系統可靠性的要求 對可靠性要求很高的系統，應考慮是否采用冗余系統或熱備用系統 ? 機型盡量統一 便于備品備件的采購和管理；有利于技術力量的培訓和技術水平的提高， 外部設備通用，資源可共享，易于聯網通信。
? （2）PLC容量的選擇
? I／O點數的選擇 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系統的功能有關，還與功能實現的方法、 程序編寫水平有關。一個有經驗的程序員和一個初學者，在完成同一 復雜功能時，其程序量可能相差25％之多。 在I／O點數確定的基礎上，按下式估算存儲容量后，再加20％~30 ％的裕量。 存儲容量(字節)＝開關量I/O點數×10 ＋ 模擬量I/O通道數 ×100 存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。
?（3）I/O模塊選擇
1）開關量輸入模塊的選擇
輸入信號的類型 有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入三種類型。選擇時主要根據現 場輸入信號和周圍環境因素等。
直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電 子輸入設備連接；
交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環境 輸入信號的電壓等級
開關量輸入模塊的電壓等級有：直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等 ；交流110Ｖ、220Ｖ等。
選擇時主要根據現場輸入設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輸入模塊最遠不 得超過１０米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的。
輸入接線方式 主要有匯點式和分組式兩種接線方式
注意同時接通的輸入點數量對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應考慮該模塊同時 接通的點數一般不要超過輸入點數的60％。
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，具體可參閱 PLC說明書
2）開關量輸出模塊的選擇
輸出方式
開關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，可以驅動交、直流負載，適用的電壓大小 范圍較寬、導通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但動作 速度較慢（驅動感性負載時，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。
對于頻繁通斷的負載，應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載，而晶體管輸出只能用 于直流負載。
輸出接線方式 開關量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式。
驅動能力應根據實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果 實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法直接驅動，可增加中間放大環 節。
注意同時接通的輸出點數量
同時接通輸出設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，同時接通的點數不要超出同一公共端輸出點數的60％
輸出的最大電流與負載類型、環境溫度等因素有關
與不同的負載類型密切相關，特別是輸出的最大電流。晶閘管的最 大輸出電流隨環境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。
3）模擬量I/O模塊的選擇
模擬量輸入（A/D）模塊是將現場由傳感器檢測而產生的連續的 模擬量信號轉換成PLC內部可接受的數字量；
模擬量輸出(D/A)模塊是將PLC內部的數字量轉換為模擬量信號 輸出。
典型模擬量I/O模塊的量程為-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等， 可根據實際需要選用，同時還應考慮其分辨率和轉換精度等因素。
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）
4）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，如高速計數器、凸輪模擬器、位置控制模 塊、PID控制模塊、通信模塊等。
（4）電源模塊及其它外設的選擇
1）電源模塊的選擇 電源模塊選擇僅對于模塊式結構的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 在線編程（主機和編程器共用一個CPU），還是離線編程（主機和編程器 各有一個CPU ）。對于產品定型的設備和工藝不常變動的設備，應選用離線 編程的PLC。大型PLC多采用在線編程。
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。
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