专题1.7 PLC控制系统设计概述

1.7.1 PLC控制系统设计的基本原则

PLC控制系统的设计必须以满足生产工艺要求，保证系统安全、准确、可靠运行为准则，以提高生产效率和产品质量为宗旨。因而在PLC控制系统设计中要遵循以下原则。

1）最大限度地满足被控对象的要求。

2）尽可能使得控制系统简单、经济、实用、可靠且维护方便。

3）保证控制系统、操作人员及其生产设备的安全。

4）考虑生产的发展和工艺的更改，对所采用PLC的容量应留出适当的余地。

1.7.2 PLC控制系统的设计流程

PLC控制系统的设计流程图如图1-40所示，具体步骤如下。

（1）分析被控对象，明确控制要求

详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，详细了解被控对象的工作原理、工艺流程和操作方式，了解被控对象机械、电气和液压传动之间的配合关系，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，绘制系统结构框图及系统工艺流程图，拟订工作计划。

（2）PLC选型及相关电气设备的选择

PLC的选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块和电源等方面的选择。根据系统的控制方案，先确定系统输入设备的数量及种类，明确输入信号的特点，选择与之相匹配的输入模块。根据负载的要求选用合适的输出模块。确定输入/输出的点数。同时还要考虑用户今后的发展，适当留有I/O余量，并考虑用户存储器的容量、通信功能是否能达到要求以及系列化、售后服务等因素，然后选择PLC主机型号及其他模块，确定外围输入与输出设备，列出设备清单和PLC的I/O（输入/输出）分配表。

（3）控制流程设计

明确控制对象在各个阶段的特点和各阶段之间的转换条件，归纳出各执行元件的动作节拍表、控制要求表，画出控制流程图或时序图。

（4）电路设计

电路设计包括被控设备的主电路设计、PLC外部的其他控制电路设计、PLC输入/输出接线设计以及PLC主机、扩展单元、功能模块和输入/输出设备供电系统设计、电气控制柜和操作台的电器布置图及安装接线图设计等。

PLC外围电路的设计也要确保系统的安全和可靠，如果外围电路不能满足PLC的基本要求，同样也可能影响到系统的正常运行，造成设备运行的不稳定，甚至危及设备与人身安全。

（5）控制程序设计

PLC控制程序的设计可选择梯形图、指令表、顺序功能图和功能块图等几种形式的语言。程序设计要根据系统的控制要求，首先构建程序结构框架，然后采用合适的方法来设计PLC程序。程序以满足系统控制要求为主，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。程序通常包括以下内容。

1）初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动做必要的准备，以避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等。在有些系统中，还需考虑紧急处理与复位程序。

2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。

3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由非法操作而引起的控制逻辑混乱、系统不能正常运行、损坏设备及危害人身安全等事故的发生。

4）主程序与各分（子）程序。主程序和各分程序是实现控制系统主要功能的实体部分，应采用合理的程序结构，分段、分块进行编写，并采用程序流程控制类指令或其他指令将程序链接，以形成完整的系统程序。

（6）PLC安装及接线

应按照电路图进行PLC的安装及接线，注意要按照规定的技术指标进行安装，如考虑系统对布线的要求、输入/输出对工作环境的要求、控制系统抗干扰的要求等。在完成硬件电路安装并通过基本检查确认无误后，应该进一步对系统硬件进行测试，测试内容包括通电测试、手动旋转测试、I/O连接测试、安全电路确认等几部分，以确保硬件电路的安全可靠。

（7）调试

一般先要进行模拟调试，即不带输出设备情况下根据I/O模块的指示灯显示进行的调试。发现问题及时修改，直到完全符合设计要求为止。此后就可联机调试，先连接电气柜而不带负载，在各输出设备调试正常后，再接上负载运行调试，直到完全满足设计要求为止。

（8）整理和编写技术文件

整理系统资料和技术文件。技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元器件明细表、PLC的I/O（输入/输出）分配表、PLC程序以及使用说明书等。