淺談基于PLC系統(tǒng)的設計

1、題 目：淺談基于PLC系統(tǒng)的設計 淺談基于PLC系統(tǒng)的設計摘 要PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，正在成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來越大的作用。在PLC 實際應用當中，我們要進行各種各樣的PLC 控制系統(tǒng)設計。本文探討了PLC 控制系統(tǒng)的設計方法，主要介紹了設計所包含的基本內容、設計工作的一般步驟、PLC的選擇標準和方法，以及PLC 軟件系統(tǒng)的設計方法，作為設計人員在PLC 控制系統(tǒng)設計過程中的參考和思路。關鍵詞：PLC 控制系統(tǒng)設計；原則；內容；步驟；PLC 選擇；軟件設計隨著計算機技術的發(fā)展，可編程序控制器（PLC）的功能越來越強，適用越來越方便，已經(jīng)成為工業(yè)控制

2、領域的主流控制設備，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來越大的作用。在PLC實際應用中，要對PLC控制系統(tǒng)的各個方面進行準確、恰當?shù)脑O計，本文就基于PLC系統(tǒng)的設計做了一個概述，主要從設計所包含的基本內容、設計工作的一般步驟、PLC的選擇標準和方法，以及PLC軟件系統(tǒng)的設計方法。一、PLC 控制系統(tǒng)設計的基本內容PLC 控制系統(tǒng)是由PLC 與用戶輸入、輸出設備連接而成的。因此，PLC 控制系統(tǒng)設計的基本內容應包括：1 、擬定控制系統(tǒng)設計的技術條件。技術條件一般以設計任務書的形式來確定，它是整個設計的依據(jù)。2 、選擇用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等）、輸入設備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行

3、元件）以及由輸出設備驅動的控制對象（ 電動機、電磁閥等）。3、PLC 的選擇。PLC 是控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC 對于保證整個控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性能指標起著重要的作用。4、編制PLC 的I/ O 分配表，繪制輸入I /O 端子接線圖。5、根據(jù)系統(tǒng)設計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應的編程語言（常用梯形圖）進行程序設計。6、了解并遵循用戶認知心理學，重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友善關系。7、設計操作臺、電氣柜及非標準電器部件。8 、編寫設計說明書和使用說明書。二、PLC 控制系統(tǒng)設計的一般步驟設計PLC 控制系統(tǒng)的一般步驟如圖1所示。1、根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。

4、如需要完成的動作（動作順序、動作條件、必須的保護和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動、自動；連續(xù)、單周期、單步等）。2、確定輸入輸出設備。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設備和輸出設備，從而確定與PLC 有關的輸入/ 輸出設備，以確定PLC 的I/O 點數(shù)。3 、選擇P L C 。4、分配PC 的I /O 點，設計I /O 連接圖。5 、進行PC 程序設計。6、硬件實施。硬件實施方面主要是進行控制柜（臺）等硬件的設計及現(xiàn)場施工。由于程序設計與硬件實施可同時進行，因此PLC 控制系統(tǒng)的設計周期可大大縮短。7、聯(lián)機調試。聯(lián)機調試是將通過模擬調試的程序進一步進行在線統(tǒng)調。聯(lián)機調試過程應循序漸進，從P

5、LC 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。通常只需修改部分程序即可。全部調試完畢后，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，應將程序固化到EPROM 中，以防程序丟失。8、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。圖1 PLC 控制系統(tǒng)設計步驟三.PLC的選擇隨著PLC在工業(yè)控制中的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類越來越多，其結構、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法等各不相同，適用場合也各有側重。因此，合理選擇PLC對于提高其在控制系統(tǒng)中的應用有著重要

6、作用。選擇PLC時應從以下幾方面入手：3.1機型選擇機型的選擇原則是“在功能上滿足需要的同時不浪費機器容量”。選擇機型時，首先要對控制對象進行下面估計：有多少開關量輸入、電壓分別為多少、有多少開關量輸出、輸出功率為多少，有多少模擬量輸入和模擬量輸出，是否有特殊控制要求，縣城對控制器相應速度有何要求，機房與現(xiàn)場分開還是在一起等。選擇機型的通常做法是：在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好的場合，選用整體式結構的PLC；其他情況最好選用模塊式結構的PLC；對于開關量控制以及開關量控制為主、帶少量模擬量控制的，一般其控制速度無須考慮，因此選用帶A/D轉換，D/A轉換，加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足

7、要求；而控制比較復雜，控制功能要求比較高的，可根據(jù)控制規(guī)模及復雜程度來選用中檔或高檔機。3.2I/O的選擇PLC有許多I/O接口模塊，適用時應根據(jù)它們的特點進行選擇。3.2.1確定I/O點數(shù)不通的控制對象所需要的I/O點數(shù)不同，一些典型的傳動設備及產(chǎn)用的電氣元件所需PLC的I/O點數(shù)是固定的，但對于同一控制對象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同，I/O點數(shù)也應有所不同。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需I/O點數(shù)時，應再增加10%-20%的備用量，以便隨時增加控制功能。3.2.2開關量I/O典型的交流I/O信號為24240V，直流I/O信號為5240V。在評估離散輸出時，應考慮熔絲、瞬時浪涌保護和

8、電源與邏輯電路間的隔離電路。3.2.3模擬量I/O模擬量I/O的典型量程為-10+10V、0+11V、420mA或1050mA。一些制造廠家在PLC上設計有特殊模擬接口，因而可以接受低電平信號，這類接口模塊可用于接收同一模塊上不通類型的熱點偶或RTD混合信號。3.2.4特殊功能I/O在選擇一臺PLC時，用戶可能會面臨一些特殊類型且不能用標準I/O實現(xiàn)的I/O限定，此時應考慮供銷廠商是否提供特殊的有助于最大限度減小控制作用的模塊。3.2.5智能式I/O大型PLC的生產(chǎn)廠家相繼推出了解決典型工藝過程的智能式I/O模塊，它們本身帶有處理器，能夠提高PLC的處理速度并節(jié)省存儲器的容量。3.3存儲器類型

9、及容量選擇適用存儲器時可根據(jù)程序及數(shù)據(jù)的存儲需要來選用合適的機型，必要時也可專門進行存儲器的擴充設計。PLC的存儲器容量計算的方法有兩種：（1）根據(jù)編程使用的節(jié)點數(shù)精確計算存儲器的實際使用容量;(2)用戶根據(jù)控制規(guī)模和應用目的來估算，總存儲字數(shù)=(開關量輸入點+開關量輸出點)*10+模擬量點數(shù)*150，然后按計算存儲器字數(shù)的25%考慮裕量。為了使用方便，一般應留有25%-30%的裕量。3.4編程器和電源模塊選擇小型控制系統(tǒng)一般選用價格便宜的簡易編程器，如果系統(tǒng)較大或多臺PLC共用，可以選用功能強，編程方便的圖形編輯器。個人計算機，可以選用能再個人計算機上運行的編程軟件包。對于模塊式的PLC，電

10、源模塊和額定電流必須大于或等于主機、I/O模塊、專用模塊等總的消耗電流之和。3.5程序設計和總裝統(tǒng)調程序設計是安排流程、說明各信息流之間關系、具體安排I/O配置并對I/O進行抵制編號，畫出PLC端子和現(xiàn)場信號聯(lián)絡圖標等的過程。用戶編寫的程序在總裝統(tǒng)調前需要進行模擬調試。四、PLC 軟件系統(tǒng)設計的方法編制PLC 控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。4.1 圖解法編程圖解法是靠畫圖進行PLC 程序設計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。4.1.1梯形圖法：梯形圖法是用梯形圖語言去編制PLC 程序。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。其圖形甚至元件名稱都

11、與繼電器控制電路十分相近。這種方法很容易地就可以把原繼電器控制電路移植成PLC 的梯形圖語言。這對于熟悉繼電器控制的人來說，是最方便的一種編程方法。4.1.2邏輯流程圖法：邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示PLC 程序的執(zhí)行過程，反應輸入與輸出的關系。邏輯流程圖法是把系統(tǒng)的工藝流程，用邏輯框圖表示出來形成系統(tǒng)的邏輯流程圖。這種方法編制的PLC 控制程序邏輯思路清晰、輸入與輸出的因果關系及聯(lián)鎖條件明確。邏輯流程圖會使整個程序脈絡清楚，便于分析控制程序，便于查找故障點；便于調試程序和維修程序。4.1.3時序流程圖法：時序流程圖法是首先畫出控制系統(tǒng)的時序圖（即到某一個時間應該進行哪一項控制的控制時序圖），

12、再根據(jù)時序關系畫出對應的控制任務的程序框圖，最后把程序框圖寫成PLC程序。時序流程圖法很適合于以時間為基準的控制系統(tǒng)的編程方法。4.1.4步進順控法：步進順控法是在順控指令的配合下設計復雜的控制程序。一般比較復雜的程序，都可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。從整個角度去看，一個復雜系統(tǒng)的控制過程是由這樣若干個步組成的。系統(tǒng)控制的任務實際上可以認為在不同時刻或者在不同進程中去完成對各個步的控制。為此，不少PLC生產(chǎn)廠家在自己的PLC 中增加了步進順控指令。在畫完各個步進的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進順控指令方便地編寫控制程序。4.2經(jīng)驗法編程經(jīng)驗法是運用自

13、己的或別人的經(jīng)驗進行設計。多數(shù)是設計前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗程序”。結合自己工程的情況，對這些“試驗程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。這里所說的經(jīng)驗，有的是來自自己的經(jīng)驗總結，有的可能是別人的設計經(jīng)驗，就需要日積月累，善于總結。4.3計算機輔助設計編程計算機輔助設計是通過PLC 編程軟件在計算機上進行程序設計、離線或在線編程、離線仿真和在線調試等等。使用編程軟件可以十分方便地在計算機上離線或在線編程、在線調試，使用編程軟件可以十分方便地在計算機上進行程序的存取、加密以及形成EXE 運行文件。五、結束語本文探討的PLC 控制系統(tǒng)的設計方法，在設計過程中具有指導意義。實際的設計方法并不是固定不變，而是多種多樣的，要靠廣大設計人員在具體設計工作中去總結。參考文獻1李長久.PLC 原理及應用M.北京：機械工業(yè)出版社.20062丁慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設計.M.北京：清華大學出版