PLC控制系统设计的基本原则与内容

导读

PLC控制系统的设计主要包括系统设计、程序设计、施工设计和安装调试四方面的内容。

1、PLC控制系统设计的基本原则

任何一种控制系统都是为了实现对被控对象的控制工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则。

（1）最大限度地满足被控对象的控制要求：充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。

（2）保证PLC控制系统安全可靠：保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。

（3）力求简单、经济、使用及维修方便

（4）适应发展的需要：设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。

2、PLC控制系统设计与调试的步骤

PLC控制系统设计与调试的一般步骤如下：

（1）分析被控对象并提出控制要求

深入了解被控系统是设计控制系统的基础。这一阶段须对被控对象所有功能作全面细致的了解，如对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护；电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关系；PLC与其他智能设备间的关系，PLC之间是否联网通信，突发性电源掉电（停电）及紧急事故处理；系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。

（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（如按钮、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其他执行器等），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PLC

PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见下一章节。

（4）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路

分配I/O点。画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第2步中进行。

设计PLC外围硬件线路。画出系统其他部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。至此系统的硬件电气线路已经确定。

（5）程序设计

程序设计。根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，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。除此之外，程序通常还应包括以下内容：

初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，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等。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。

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。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。

程序模拟调试。程序模拟调试的基本思想是以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。

硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端。这种方法时效性较强。

软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号。这种方法简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

（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。其主要内容有：

设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。

设计系统各部分之间的电气互连图。

根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。

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）系统调试

系统调试分为两个阶段，第一阶段为模拟调试，第二阶段为联机调试。

模拟调试程序。先检查设计好的程序并纠正语法和拼写上的错误，然后下载到PLC。在模拟调试时，实际的输入元件和输出负载一般都不接，通常用输入开关来模拟输入，而输出可以通过输出端发光二极管来判断。

模拟调试要检验程序是否符合预定要求，所以必须考虑各种可能的情况。要对控制系统的流程图或功能表图的所有分支以及各种可能的流程进行测试，发现问题及时修正控制程序，直至完全符合控制要求。

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。当控制台（柜）及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行联机调试，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。系统调试完成以后，为防止程序遭到破坏和丢失，要注意程序的保存和固化。

（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。

（9）交付使用

全部调试完毕后，交付运行。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。等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。

内容来源：《电气工程基础与应用》

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