PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
PLC控制柜及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則
? 最大限度地滿足控制要求（適用） 充分發(fā)揮PLC功能，最大 限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。設(shè)計(jì) 人員要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)工程管 理和技術(shù)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(xié)商解決重點(diǎn)問題和疑難問題。
? 保證系統(tǒng)的安全可靠（耐用） 保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安 全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。
? 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、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?cái)U(kuò)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(dòng)化和高指標(biāo)。
? 適應(yīng)發(fā)展的需要 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇控制系 統(tǒng)設(shè)備時(shí)，設(shè)備能力應(yīng)適當(dāng)留有裕量。如在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留 有余量。
PLC控制柜及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟? 最大限度地滿足控制要求（適用） 充分發(fā)揮PLC功能，最大 限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。設(shè)計(jì) 人員要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)工程管 理和技術(shù)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(xié)商解決重點(diǎn)問題和疑難問題。
? 保證系統(tǒng)的安全可靠（耐用） 保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安 全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。
? 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、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?cái)U(kuò)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(dòng)化和高指標(biāo)。
? 適應(yīng)發(fā)展的需要 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇控制系 統(tǒng)設(shè)備時(shí)，設(shè)備能力應(yīng)適當(dāng)留有裕量。如在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留 有余量。
? （1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求； 如需要完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必需的保護(hù)和聯(lián)鎖 等），操作方式（手動(dòng)、自動(dòng)、連續(xù)、單周期、單步）等；
? （2）根據(jù)控制要求確定所需要的用戶輸入/輸出設(shè)備，并 據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)； 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：按鈕、 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(hào)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(diǎn)數(shù)。
? （3）選擇PLC 包括PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源的選擇。
? （4）分配PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，設(shè)計(jì)I/O連接圖； 畫出PLC的I/O點(diǎn)與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表?？山Y(jié)合第2 步進(jìn)行。
? （5）進(jìn)行PLC的程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜的設(shè)計(jì)和現(xiàn) 場(chǎng)施工；
程序設(shè)計(jì)：1）控制程序；2）初始化程序；3）檢測(cè)、故障診斷 和顯示等程序；4）保護(hù)和聯(lián)鎖程序。
模擬調(diào)試：根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)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。
硬件實(shí)施: 設(shè)計(jì)控制柜和操作臺(tái)等部分的電器布置圖及安裝接線圖；
設(shè)計(jì)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(chǎng)接線，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。 由于程序設(shè)計(jì)與硬件實(shí)施可同時(shí)進(jìn)行，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 周 期可大大縮短。
? （6）聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)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(jī)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(shí)際負(fù)載等逐步進(jìn)行調(diào)試。如不符合要求，則對(duì)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(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)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。
? （7）整理和編寫技術(shù)文件 技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)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。
? PLC程序設(shè)計(jì)的步驟（核心）? （1）列寫系統(tǒng)占用的輸入、輸出點(diǎn)及機(jī)內(nèi)各軟元件的分布及用途；
? （2）根據(jù)控制要求列寫控制操作的各種要求。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)， 繪制系統(tǒng)控制流程圖；
? （3）設(shè)計(jì)梯形圖，有經(jīng)驗(yàn)法、邏輯法、狀態(tài)法，或多種方法的綜合使 用；
? （4）根據(jù)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(chǔ)器中，并檢查鍵入的程序是否正確； ? （6）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。
?PLC的選擇
隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號(hào)的 PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有 不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對(duì)于提高PLC控 制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。
PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)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。
? （1）PLC機(jī)型選擇
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(zhēng) 最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：
? 合理的結(jié)構(gòu)型式
? 安裝方式的選擇 PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。工藝穩(wěn)定、環(huán)境條件好的場(chǎng)合 選用整體式，其他情況選用模塊式 安裝方式有集中式、遠(yuǎn)程I／O式以及多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。
? 相應(yīng)的功能要求 ? 響應(yīng)速度要求 考慮開關(guān)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(dá)2~3個(gè)掃描周期。然而對(duì)于某些個(gè)別 場(chǎng)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(tǒng)可靠性的要求 對(duì)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(jī)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。
? （2）PLC容量的選擇
? I／O點(diǎn)數(shù)的選擇 在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的I／O點(diǎn)最少。 需要加上10％~15％的裕量。
? 存儲(chǔ)容量的選擇 存儲(chǔ)容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，還與功能實(shí)現(xiàn)的方法、 程序編寫水平有關(guān)。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的程序員和一個(gè)初學(xué)者，在完成同一 復(fù)雜功能時(shí)，其程序量可能相差25％之多。 在I／O點(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲(chǔ)容量后，再加20％~30 ％的裕量。 存儲(chǔ)容量(字節(jié))＝開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)×10 ＋ 模擬量I/O通道數(shù) ×100 存儲(chǔ)容量選擇的同時(shí)，注意對(duì)存儲(chǔ)器的類型的選擇。
?（3）I/O模塊選擇
1）開關(guān)量輸入模塊的選擇
輸入信號(hào)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(shí)主要根據(jù)現(xiàn) 場(chǎng)輸入信號(hào)和周圍環(huán)境因素等。
直流輸入模塊的延遲時(shí)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 輸入信號(hào)的電壓等級(jí)
開關(guān)量輸入模塊的電壓等級(jí)有：直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等 ；交流110Ｖ、220Ｖ等。
選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(jí)較高的。
輸入接線方式 主要有匯點(diǎn)式和分組式兩種接線方式
注意同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)量對(duì)于選用高密度的輸入模塊(如32點(diǎn)、48點(diǎn)等)，應(yīng)考慮該模塊同時(shí) 接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的60％。
輸入門檻電平
門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)，具體可參閱 PLC說明書
2）開關(guān)量輸出模塊的選擇
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(jià)格便宜，可以驅(qū)動(dòng)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(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，但動(dòng)作 速度較慢（驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)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(chǎng)合。
對(duì)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(diǎn)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。
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。
驅(qū)動(dòng)能力應(yīng)根據(jù)實(shí)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(shí)際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動(dòng)，可增加中間放大環(huán) 節(jié)。
注意同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量
同時(shí)接通輸出設(shè)備的累計(jì)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(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的60％
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(huì)降低，在實(shí)際使用中也應(yīng)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(xiàn)場(chǎng)由傳感器檢測(cè)而產(chǎn)生的連續(xù)的 模擬量信號(hào)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(hào) 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(shí)際需要選用，同時(shí)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(hào)（如RTD、熱電偶等信號(hào)）
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(jì)數(shù)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(shè)的選擇
1）電源模塊的選擇 電源模塊選擇僅對(duì)于模塊式結(jié)構(gòu)的PLC而言，對(duì)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(jī)和編程器共用一個(gè)CPU），還是離線編程（主機(jī)和編程器 各有一個(gè)CPU ）。對(duì)于產(chǎn)品定型的設(shè)備和工藝不常變動(dòng)的設(shè)備，應(yīng)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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