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浅谈基于PLC系统的设计摘 要PLC 作为通用工业控制计算机，正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界工业控制中发挥着越来越大的作用。在PLC 实际应用当中，我们要进行各种各样的PLC 控制系统设计。本文探讨了PLC 控制系统的设计方法，主要介绍了设计所包含的基本内容、设计工作的一般步骤、PLC的选择标准和方法，以及PLC 软件系统的设计方法，作为设计人员在PLC 控制系统设计过程中的参考和思路。关键词：PLC 控制系统设计；原则；内容；步骤；PLC 选择；软件设计随着计算机技术的发展，可编程序控制器（PLC）的功能越来越强，适用越来越方便，已经成为工业控制领域的主流控制设备，在世界工业控制中发挥着越来越大的作用。在PLC实际应用中，要对PLC控制系统的各个方面进行准确、恰当的设计，本文就基于PLC系统的设计做了一个概述，主要从设计所包含的基本内容、设计工作的一般步骤、PLC的选择标准和方法，以及PLC软件系统的设计方法。一、PLC 控制系统设计的基本内容PLC 控制系统是由PLC 与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC 控制系统设计的基本内容应包括：1 、拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。2 、选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输入设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（ 电动机、电磁阀等）。3、PLC 的选择。PLC 是控制系统的核心部件，正确选择PLC 对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。4、编制PLC 的I/ O 分配表，绘制输入I /O 端子接线图。5、根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计。6、了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系。7、设计操作台、电气柜及非标准电器部件。8 、编写设计说明书和使用说明书。二、PLC 控制系统设计的一般步骤设计PLC 控制系统的一般步骤如图1所示。1、根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周期、单步等）。2、确定输入输出设备。根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备和输出设备，从而确定与PLC 有关的输入/ 输出设备，以确定PLC 的I/O 点数。3 、选择P L C 。4、分配PC 的I /O 点，设计I /O 连接图。5 、进行PC 程序设计。6、硬件实施。硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC 控制系统的设计周期可大大缩短。7、联机调试。联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC 只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部分程序即可。全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM 中，以防程序丢失。8、整理和编写技术文件。技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC 程序以及使用说明书等。图1 PLC 控制系统设计步骤三.PLC的选择随着PLC在工业控制中的推广普及，PLC产品的种类越来越多，其结构、性能、容量、指令系统、编程方法等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC对于提高其在控制系统中的应用有着重要作用。选择PLC时应从以下几方面入手：3.1机型选择机型的选择原则是“在功能上满足需要的同时不浪费机器容量”。选择机型时，首先要对控制对象进行下面估计：有多少开关量输入、电压分别为多少、有多少开关量输出、输出功率为多少，有多少模拟量输入和模拟量输出，是否有特殊控制要求，县城对控制器相应速度有何要求，机房与现场分开还是在一起等。选择机型的通常做法是：在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，选用整体式结构的PLC；其他情况最好选用模块式结构的PLC；对于开关量控制以及开关量控制为主、带少量模拟量控制的，一般其控制速度无须考虑，因此选用带A/D转换，D/A转换，加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而控制比较复杂，控制功能要求比较高的，可根据控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。3.2I/O的选择PLC有许多I/O接口模块，适用时应根据它们的特点进行选择。3.2.1确定I/O点数不通的控制对象所需要的I/O点数不同，一些典型的传动设备及产用的电气元件所需PLC的I/O点数是固定的，但对于同一控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。根据控制系统的要求确定所需I/O点数时，应再增加10%-20%的备用量，以便随时增加控制功能。3.2.2开关量I/O典型的交流I/O信号为24240V，直流I/O信号为5240V。在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。3.2.3模拟量I/O模拟量I/O的典型量程为-10+10V、0+11V、420mA或1050mA。一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可以接受低电平信号，这类接口模块可用于接收同一模块上不通类型的热点偶或RTD混合信号。3.2.4特殊功能I/O在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定，此时应考虑供销厂商是否提供特殊的有助于最大限度减小控制作用的模块。3.2.5智能式I/O大型PLC的生产厂家相继推出了解决典型工艺过程的智能式I/O模块，它们本身带有处理器，能够提高PLC的处理速度并节省存储器的容量。3.3存储器类型及容量选择适用存储器时可根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。PLC的存储器容量计算的方法有两种：（1）根据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量;(2)用户根据控制规模和应用目的来估算，总存储字数=(开关量输入点+开关量输出点)*10+模拟量点数*150，然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。为了使用方便，一般应留有25%-30%的裕量。3.4编程器和电源模块选择小型控制系统一般选用价格便宜的简易编程器，如果系统较大或多台PLC共用，可以选用功能强，编程方便的图形编辑器。个人计算机，可以选用能再个人计算机上运行的编程软件包。对于模块式的PLC，电源模块和额定电流必须大于或等于主机、I/O模块、专用模块等总的消耗电流之和。3.5程序设计和总装统调程序设计是安排流程、说明各信息流之间关系、具体安排I/O配置并对I/O进行抵制编号，画出PLC端子和现场信号联络图标等的过程。用户编写的程序在总装统调前需要进行模拟调试。四、PLC 软件系统设计的方法编制PLC 控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。4.1 图解法编程图解法是靠画图进行PLC 程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。4.1.1梯形图法：梯形图法是用梯形图语言去编制PLC 程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成PLC 的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是最方便的一种编程方法。4.1.2逻辑流程图法：逻辑流程图法是用逻辑框图表示PLC 程序的执行过程，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的PLC 控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，便于查找故障点；便于调试程序和维修程序。4.1.3时序流程图法：时序流程图法是首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪一项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，最后把程序框图写成PLC程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。4.1.4步进顺控法：步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少PLC生产厂家在自己的PLC 中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。4.2经验法编程经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，就需要日积月累，善于总结。4.3计算机辅助设计编程计算机辅助设计是通过PLC 编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE 运行文件。五、结束语本文探讨的PLC 控制系统的设计方法，在设计过程中具有指导意义。实际的设计方法并不是固定不变，而是多种多样的，要靠广大设计人员在具体设计工作中去总结。参考文献1李长久.PLC 原理及应用M.北京：机械工业出版社.20062丁庆广.可编程控制器原理及系统设计.M.北京：清华大学出版社.20043李道霖.电气控制与PLC原理及应用M.北京：人民邮电出版社.20044袁任光.可编程序控制器基础及应用M.重庆：重庆大学出版社.19925王卫兵等 可编程序控制器原理及应用M.北京：机械工业出版社.19976 雷思孝,冯育长编著.单片机系统设计及工程应用M.西安:西安电子科技大学出版社,2005.7 胡龙,袁士强,孙金风.单片机系统的电磁干扰及其抑制手段J.煤矿机械,2004,（12）:126-128.8
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