PLC应用系统设计开发步骤

PLC应用系统设计开发步骤学习了 PLC的硬件系统、指令系统和编程方法以后，对设计一个较大的PLC控制系统时，要全面考虑许多因 素，不管所设计的控制系统的大小，一般都要按图所示的设计步骤进行系统设计。仃祈秫仙可制（净PL匸机选型、I/O设备选型空仙灿1图7. 42 PLC应用系统设计开发步骤分析任务、确定总体控制方案随着PLC功能的不断提高和完善，PLC几乎可以完成工业控制领域的所有任务。但PLC还是有它最适合的应 用场合，所以在接到一个控制任务后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制装备（PLC、单片机、 DCS或IPC）来完成该任务最合适。比如仪器仪表装置、家电的控制器就要用单片机来做；大型的过程控制系统 大部分要用DCS来完成。而PLC最适合的控制对象是：工业环境较差，而对安全性、可靠性要求较高，系统工 艺复杂，输入/输出以开关量为主的工业自控系统或装置。其实，现在的可编程序控制器不仅处理开关量，而 且对模拟量的处理能力也很强。所以在很多情况下，已可取代工业控制计算机（IPC）作为主控制器，来完成复杂 的工业自动控制任务。控制对象及控制装置（选定为PLC）确定后还要进一步确定PLC的控制范围。一般来说，能够反映生产过程 的运行情况，能用传感器进行直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由PLC完成。另外一部分，如紧急停车 等环节，对主要控制对象还要加上手动控制功能，这就需要在设计电气系统原理图与编程时统一考虑。PLC 的选型当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。一方面是选择多大容量的PLC,另 一方面是选择什么公司的PLC及外设。对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点 找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及这些I/O点的性质。I/O点的性质主要指它们是直流信号还是 交流信号，电压多大，输出是用继电器型还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果它 们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有直流24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于 实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所 以一旦它们被交流220V的负载使用，则直流24V的负载只能使用其他组的输出端了。这样有可能造成输出点 数的浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下， 继电器输出的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，如运动控制时的高速脉冲输出，就要使用无触点的 晶体管输出的PLC 了。知道了这些以后，就可以定下选用多少点和I/O是什么类型的PLC 了。对第二个问题， 则有以下几个方面要考虑：（1）功能方面所有PLC 一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。如 对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通讯要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量 等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解， 以做出正确的选择。（2）价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以 上。在使用 PLC 较多的情况下，这样的差价是必须考虑的因素。（3）个人喜好方面有些工程技术人员对某种品牌的PLC熟悉，所以一般比较喜欢使用这种产品。另外，甚至一些政治因素或个 人情绪有时也会成为选择的理由。PLC的主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。如 模拟量单元、显示设定单元、位置控制单元或热电偶单元等。（4）输出接口电路若模块的输出为继电器型，其输出电路的等效电路如图7.5所示。外部电源及负载与PLC内部是充分隔离的， 内外绝缘要求为1 500VAC 一分钟，继电器的响应时间为10 ms，在530VDC / 150VAC电压下的最大负载电 流为2A/点。但要注意，驱动电感性负载时，要降低额定值使用，以免烧坏触点，尤其是直流感性负载；要并 联浪涌吸收器，以延长触点的寿命。但并联浪涌吸收器后，整个开关延时会加长。该模块输出端中有一个公共 点，当输出点较多时，会有多个输出公共端，一般4个或8个输出端公用一个公共端，由于公共端是相互隔离 的，因此不同组的负载可以有不同的驱动电源。对晶体管型输出，在环境温度40度以下时，最大负载电流为0.7 A /点；若环境温度上升则，应该减低负载 的电流。使用晶体管输出的好处是其响应速度快，约为25阴（通）和120阴（断）。（5）输入接口电路PLC所有的输入都与内部电路之间有光电隔离电路，其等效的电路如图7.4所示。（6）I/ O 点数扩展和编址CPU 22*系列的每种主机所提供的本机I/O点的I/O地址是固定的，进行扩展时，可以在CPU右边连接多 个扩展模块，每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置。编址方法是 同种类型输入或输出点的模块在链中按与主机的位置而递增，其他类型模块的有无以及所处的位置不影响本类 型模块的编号。I/O 地址分配输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O地 址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线 图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。分配输出点地址时，要注意前文提到的负载类型问 题。在进行I / O地址分配时最好把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。系统设计系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包括PLC及外围线路的设计、电气线路的设 计和抗干扰措施的设计等。软件系统设计主要指编制PLC控制程序。选定PLC及其扩展模块(如需要的话)、分配完I/O地址后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统原理图的 设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括 PLC 的 I/ O 接线和自动部分、手动部分的详细连接等，有时还要在电气原理图中标上器件代号或另外配上安装 图、端子接线图等，以方便控制柜的安装。电气元器件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、 保护电器、接触器、指示灯和电磁阀等。控制系统软件设计的难易程度因控制任务而异，也因人而异。对经验丰富的工程技术人员来说，在长时间的 专业工作中，受到过各种各样的磨练，积累了许多经验，除了一般的编程方法外，更有他自己的编程技巧和方 法。但不管怎么说，平时多注意积累和总结是很重要的。在程序设计时，除I/O地址列表外，有时还要把在程序中用到的中间继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)和存 储单元(V)以及它们的作用或功能列写出来，以便编写程序和阅读程序。在编程语言的选择上，用梯形图编程还是用语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：(1) 有些PLC使用梯形图编程不是很方便(例如书写不便)，则可用语句表编程；但梯形图总比语句表直观。(2) 经验丰富的人员可用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。(3) 如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则最好是用功能图来设计程序。系统调试系统调试分模拟调试和联机调试。硬件部分的模拟调试可在断开主电路的情况下，主要试一试手动控制部分是否正确。软件部分的模拟调试可借助于模拟开关和PLC输出端的输出指示灯进行；需要模拟量信号I/O时，可用电 位器和万用表配合进行。调试时，可利用上述外围设备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察PLC的输出 逻辑是否正确。如果有错误则修改后反复调试。现在PLC的主流产品都可在PC机上编程，并可在电脑上直接 进行模拟调试。联机调试时，可把编制好的程序下载到现场的PLC中。有时PLC也许只有这一台，这时就要把PLC安装到 控制柜相应的位置上。调试时一定要先将主电路断电，只对控制电路进行联调即可。通过现场联调信号的接入 常常还会发现软硬件中的问题，有时厂家还要对某些控制功能进行改进，这种情况下，都要经过反复测试系统 后，才能最后交付使用。系统完成后一定要及时整理技术材料并存档，不然日后会需要几倍的辛苦来做这件事。这也是工程技术人员 良好的习惯之一。