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可编程控制器控制系统设计方法

一、问题提出

可编程控制器技术主要是应用于自动化控制工程中，如何综合地运用前面学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统， 在此介绍组成可编程控制器控制系统的一般方法。

二、可编程控制器控制系统设计的基本步骤

1 ．系统设计的主要内容

（ 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 ）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；

（ 3 ）选定 PLC 的型号；

（ 4 ）编制 PLC 的输入 / 输出分配表或绘制输入 / 输出端子接线图；

（ 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元部件；

（ 8 ）编写设计说明书和使用说明书；

根据具体任务，上述内容可适当调整。

2 ． 系统设计的基本步骤

可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤，如图 1 所示。

（ 1 ）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求

a ．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。

b ．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。

（ 2 ）确定 I/O 设备

根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。

（ 3 ）选择合适的 PLC 类型

根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。

（ 4 ）分配 I/O 点

分配 PLC 的输入输出点，编制出输入 / 输出分配表或者画出输入 / 输出端子的接线图。接着九可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。

（ 5 ）设计应用系统梯形图程序

根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。

（ 6 ）将程序输入 PLC

当使用简易编程器将程序输入 PLC 时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到 PLC 中去。

（ 7 ）进行软件测试

程序输入 PLC 后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将 PLC 连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。

（ 8 ）应用系统整体调试

在 PLC 软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。

（ 9 ）编制技术文件

系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、 PLC 梯形图。

三、 PLC 硬件系统设计

1 ． PLC 型号的选择

在作出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用 PLC 进行控制。

在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、 PID 调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的 PLC 产品，使用户眼花缭乱、无所适从。所以全面权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。

（ 1 ）对输入 / 输出点的选择

盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。

要先弄清除控制系统的 I/O 总点数，再按实际所需总点数的 15 ～ 20 ％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 PLC 的点数。

另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的 60 ％； PLC 每个输出点的驱动能力（ A/ 点）也是有限的，有的 PLC 其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般 PLC 的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。

PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的 PLC 。

通过组态控制，可基于 S7‑1500 自动化系统/ET 200MP 分布式 I/O 系统的一个组态，采用不同的标准设备组态级别。在项目中组态为全站组态方式。全站组态方式中包含模块化标准设备组件所需的所有模块。在项目的用户程序中包含各种站组态方式，可用于标准设备的不同组态级别以及站组态方式的选择。例如，站组态方式仅使用全站组态方式中的部分模块，且这些模块不按照所组态的顺序插入。标准设备制造商将根据标准设备的组态级别选择一种站组态方式，而无需更改项目或下载更改的组态。可使用编程的控制数据记录通知 CPU/接口模块：与全站组态方式相比，哪些模块缺失或插入了不同的插槽中。组态控制不会影响模块的参数分配。通过组态控制，可以灵活切换集中/分布式组态。但前提条件是，这种站组态方式源自全站组态方式。

硬件标识符：在组态控制中，可使用 CPU 的硬件标识符对模块进行统一设置。如果在网络视图或设备视图中选择 CPU 时，则该 CPU 的硬件标识符将显示在巡视窗口的“系统常量”(System constants) 选项卡中。使用系统常量“布局组态”(Local Configuration) 的值。在分布式 I/O 的组态控制中，可使用接口模块的硬件标识符进行相关设置。如果在网络视图或设备视图中选择该接口模块，则该模块的硬件标识符将显示在巡视窗口的“系统常量”(System constants) 选项卡中。使用系统常量“<接口模块的名称> Head”的值。