1 引言 

　　在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中车崔，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置阀蒂，例如電機(jī)的啟停躲查，電磁閥的開(kāi)閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)荠察，溫度置蜀、壓力、流量的設(shè)定與控制等悉盆，而PLC技術(shù)是解決上述問(wèn)題的最有效盯荤、最便捷的工具，因此PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用焕盟。下面就PLC工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題進(jìn)行探討秋秤。
2 PLC系統(tǒng)設(shè)備選型

　　PLC最主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可能是單個(gè)機(jī)器铣飘，機(jī)群或一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程唆逻。不同型號(hào)的PLC有不同的適用范圍。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求菠贡，分析被控對(duì)象的復(fù)雜程度，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類(lèi)型（數(shù)字量栅告、模擬量等）統(tǒng)計(jì)睛至，列出清單。適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)域抚，確定適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔慷焕速M(fèi)資源的機(jī)型（小治部、中、大形機(jī)器）涵蔓。并且結(jié)合市場(chǎng)情況沧蛉，考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持滋遗、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況蟀思，選定價(jià)格性能比較好的PLC機(jī)型。
 
　　目前市場(chǎng)上的PLC產(chǎn)品眾多溉跃，國(guó)外知名品牌有德國(guó)的SIEMENS;日本的 OMRON村刨、MITSUBISHI告抄、FUJI、Panasonic;美國(guó)的GE;韓國(guó)的LG等嵌牺。國(guó)產(chǎn)品牌有研華打洼、研祥、合力時(shí)等逆粹。近幾年募疮，PLC產(chǎn)品的價(jià)格有較大的下降，其性?xún)r(jià)比越來(lái)越高僻弹。PLC 的選型應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手阿浓。

　　2.1 確定PLC 控制系統(tǒng)的規(guī)模

　　依據(jù)工廠生產(chǎn)工藝流程和復(fù)雜程度確定系統(tǒng)規(guī)模的大小∩莘剑可分為大搔扁、中、小三種規(guī)模蟋字。

　　小規(guī)模PLC控制系統(tǒng):單機(jī)或者小規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程遇冶，控制過(guò)程主要是條件、順序控制枫须，以開(kāi)關(guān)量為主涧智，并且I/O點(diǎn)數(shù)小于128 點(diǎn)。一般選用微型PLC,如SIEMENS S7-200等新俗。

　　中等規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過(guò)程是復(fù)雜邏輯控制和閉環(huán)控制誊桅，I/O點(diǎn)數(shù)在128——512 點(diǎn)之間。應(yīng)該選用具有模擬量控制都鸳、PID控制等功能的PLC难踱，如SIEMENS S7-300等。

　　大規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過(guò)程是大規(guī)模過(guò)程控制猪楣、DCS系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制刷络，I/O點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上。應(yīng)該選用具有通信聯(lián)網(wǎng)象掖、智能控制丽优、數(shù)據(jù)庫(kù)、中斷控制腾蔼、函數(shù)運(yùn)算的高檔PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)合實(shí)現(xiàn)工廠工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通訊和控制手趣。

　　2.2 確定PLC I/O 點(diǎn)的類(lèi)型

　　根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對(duì)象的復(fù)雜程度肥荔，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類(lèi)型（數(shù)字量绿渣、模擬量等）統(tǒng)計(jì)，列出清單次企。適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)怯晕，確定適當(dāng)?shù)牧粲熊浻布Y源余量而不浪費(fèi)資源的機(jī)型（小潜圃、中、大型機(jī)器）舟茶。

　　根據(jù)PLC輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型谭期，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點(diǎn)動(dòng)作的頻率等吧凉，從而確定輸出端采用繼電器輸出隧出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出阀捅。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式胀瞪，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。

　　電磁閥的開(kāi)閉芳倒、大電感負(fù)載领明、動(dòng)作頻率低的設(shè)備，PLC輸出端采用繼電器輸出或者固態(tài)繼電器輸出;各種指示燈姓赂、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動(dòng)/停止應(yīng)采用晶體管輸出袋凶。

　　2.3 確定PLC編程工具

　　（1） 一般的手持編程器編程痢腋。 手持編程器只能用商家規(guī)定語(yǔ)句表中的語(yǔ)句表（STL）編程弦捶。這種方式效率低，但對(duì)于系統(tǒng)容量小二场、用量小的產(chǎn)品比較適宜党砸，具有體積小、價(jià)格低缤棍、易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)莉狠。 這主要用于微型PLC的編程。

　⌒瓶臁（2） 圖形編程器編程蚜懦。圖形編程器采用梯形圖（LAD）編程，方便直觀橡疼，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價(jià)格較高,主要用于微型PLC和中檔PLC庐舟。

　⌒莱（3） 計(jì)算機(jī)加PLC軟件包編程 。這種方式是效率最高的一種方式挪略，但大部分公司的PLC 開(kāi)發(fā)軟件包價(jià)格昂貴历帚，并且該方式不易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，主要用于中高檔PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)和軟件編程杠娱。
 
　　3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)挽牢。

　　3.1 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　硬件設(shè)計(jì)是PLC控制系統(tǒng)的至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)谱煤，這關(guān)系著PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性禽拔、穩(wěn)定性刘离。主要包括輸入和輸出電路兩部分。

　《闷堋（1） PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計(jì)硫惕。PLC供電電源一般為AC85—240V，適應(yīng)電源范圍較寬宜切，但為了抗干擾察贵，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1:1隔離變壓器等）;隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)孤咏，即變壓器的初旋喊、次級(jí)線圈屏蔽層與初級(jí)電氣中性點(diǎn)接大地，次級(jí)線圈屏蔽層接PLC 輸入電路的地山刨，以減小高低頻脈沖干擾哲陷。

　　PLC輸入電路電源一般應(yīng)采用DC 24V, 同時(shí)其帶負(fù)載時(shí)要注意容量，并作好防短路措施脓大，這對(duì)系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關(guān)重要屋骇，因?yàn)樵撾娫吹倪^(guò)載或短路都將影響PLC的運(yùn)行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍过桌，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲殷彰，防止短路。

　〕夏　（2） PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計(jì)哺肘。依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各種指示燈渗稍、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動(dòng)停止應(yīng)采用晶體管輸出佩迟，它適應(yīng)于高頻動(dòng)作，并且響應(yīng)時(shí)間短;如果PLC 系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6 次以下竿屹，應(yīng)首選繼電器輸出报强，采用這種方法，輸出電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單拱燃，抗干擾和帶負(fù)載能力強(qiáng)秉溉。
 
　　如果PLC輸出帶電磁線圈等感性負(fù)載，負(fù)載斷電時(shí)會(huì)對(duì)PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊碗誉，為此召嘶，對(duì)直流感性負(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對(duì)交流感性負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收電路哮缺，可有效保護(hù)PLC弄跌。
　　當(dāng)PLC掃描頻率為10次/min 以下時(shí)甲喝，既可以采用繼電器輸出方式，也可以采用PLC輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器或者固態(tài)繼電器（SSR）铛只，再驅(qū)動(dòng)負(fù)載贵本。

　　對(duì)于兩個(gè)重要輸出量，不僅在PLC內(nèi)部互鎖溃杖，建議在PLC外部也進(jìn)行硬件上的互鎖硝锨，以加強(qiáng)PLC系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性卢圈。

　　對(duì)于常見(jiàn)的AC220V交流開(kāi)關(guān)類(lèi)負(fù)載储佣，例如交流接觸器、電磁閥等借衅，應(yīng)該通過(guò)DC24V微小型中間繼電器驅(qū)動(dòng)位蓉，避免PLC的DO接點(diǎn)直接驅(qū)動(dòng)，盡管PLC手冊(cè)標(biāo)稱(chēng)具有AC220V交流開(kāi)關(guān)類(lèi)負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力鹊属。

　∫泵摹（3） PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的日新月異的發(fā)展危劫，晶閘管可控整流和變頻調(diào)速裝置使用日益廣泛彭旬，這帶來(lái)了交流電網(wǎng)的污染，也給控制系統(tǒng)帶來(lái)了許多干擾問(wèn)題容诬，防干擾是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題娩梨。一般采用以下幾種方式:

　　隔離:由于電網(wǎng)中的高頻干擾主要是原副邊繞組之間的分布電容耦合而成，所以建議采用1:1超隔離變壓器览徒，并將中性點(diǎn)經(jīng)電容接地狈定。

　　屏蔽:一般采用金屬外殼屏蔽，將PLC系統(tǒng)內(nèi)置于金屬柜之內(nèi)习蓬。金屬柜外殼可靠接地纽什，能起到良好的靜電、磁場(chǎng)屏蔽作用躲叼，防止空間輻射干擾芦缰。

　　布線:強(qiáng)電動(dòng)力線路、弱電信號(hào)線分開(kāi)走線枫慷，并且要有一定的間隔;模擬信號(hào)傳輸線采用雙絞線屏蔽電纜饺藤。

　　3.2 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)可以著手軟件的設(shè)計(jì)工作。軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求將工藝流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖流礁，這是PLC應(yīng)用的最關(guān)鍵的問(wèn)題，程序的編寫(xiě)是軟件設(shè)計(jì)的具體表現(xiàn)罗丰。在控制工程的應(yīng)用中神帅，良好的軟件設(shè)計(jì)思想是關(guān)鍵山堵，優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)便于工程技術(shù)人員理解掌握、調(diào)試系統(tǒng)與日常系統(tǒng)維護(hù)几菲。

　」杈觥（1） PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)思想。由于生產(chǎn)過(guò)程控制要求的復(fù)雜程度不同杉唇，可將程序按結(jié)構(gòu)形式分為基本程序和模塊化程序拂是。

　　基本程序:既可以作為獨(dú)立程序控制簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝過(guò)程，也可以作為組合模塊結(jié)構(gòu)中的單元程序;依據(jù)計(jì)算機(jī)程序的設(shè)計(jì)思想辟侠，基本程序的結(jié)構(gòu)方式只有三種:順序結(jié)構(gòu)逃缔、條件分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。
　　模塊化程序:把一個(gè)總的控制目標(biāo)程序分成多個(gè)具有明確子任務(wù)的程序模塊眨柑，分別編寫(xiě)和調(diào)試泄廓，最后組合成一個(gè)完成總?cè)蝿?wù)的完整程序。這種方法叫做模塊化程序設(shè)計(jì)坪腔。我們建議經(jīng)常采用這種程序設(shè)計(jì)思想权浸，因?yàn)楦髂K具有相對(duì)獨(dú)立性，相互連接關(guān)系簡(jiǎn)單吏口，程序易于調(diào)試修改奄容。特別是用于復(fù)雜控制要求的生產(chǎn)過(guò)程。

　〔病（2） PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)昂勒。PLC控制系統(tǒng)I/O分配，依據(jù)生產(chǎn)流水線從前至后囚痴，I/O點(diǎn)數(shù)由小到大;盡可能把一個(gè)系統(tǒng)叁怪、設(shè)備或部件的I/O信號(hào)集中編址，以利于維護(hù)深滚。定時(shí)器奕谭、計(jì)數(shù)器要統(tǒng)一編號(hào)，不可重復(fù)使用同一編號(hào)痴荐，以確保PLC工作運(yùn)行的可靠性血柳。

　　程序中大量使用的內(nèi)部繼電器或者中間標(biāo)志位（不是I/O位），也要統(tǒng)一編號(hào)生兆，進(jìn)行分配难捌。
 
　　在地址分配完成后，應(yīng)列出I/O分配表和內(nèi)部繼電器或者中間標(biāo)志位分配表鸦难。

　　彼此有關(guān)的輸出器件垮允，如電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)等，其輸出地址應(yīng)連續(xù)安排，如Q2.0/Q2.1等蒿缎。
 
　×遄佟（3） PLC控制系統(tǒng)編程技巧。PLC程序設(shè)計(jì)的原則是邏輯關(guān)系簡(jiǎn)單明了菠告，易于編程輸入漏碰，少占內(nèi)存，減少掃描時(shí)間蚜冀，這是PLC 編程必須遵循的原則肯铣。下面介紹幾點(diǎn)技巧。

　　PLC各種觸點(diǎn)可以多次重復(fù)使用逞扰，無(wú)需用復(fù)雜的程序來(lái)減少觸點(diǎn)使用次數(shù)诉鸯。
 
　　同一個(gè)繼電器線圈在同一個(gè)程序中使用兩次稱(chēng)為雙線圈輸出，雙線圈輸出容易引起誤動(dòng)作物即，在程序中盡量要避免線圈重復(fù)使用蚊楞。如果必須是雙線圈輸出，可以采用置位和復(fù)位操作（以S7-300為例如SQ4.0或者 RQ4.0）寿烟。

　　如果要使PLC多個(gè)輸出為固定值 1 （常閉）澈驼，可以采用字傳送指令完成，例如 Q2.0筛武、Q2.3缝其、Q2.5、Q2.7同時(shí)都為1徘六，可以使用一條指令將十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)0A9H直接傳送QW2即可内边。

　　對(duì)于非重要設(shè)備，可以通過(guò)硬件上多個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)后再接入PLC輸入端待锈，或者通過(guò)PLC編程來(lái)減少I(mǎi)/O點(diǎn)數(shù)漠其，節(jié)約資源。例如:我們使用一個(gè)按鈕來(lái)控制設(shè)備的啟動(dòng)/停止竿音，就可以采用二分頻來(lái)實(shí)現(xiàn)和屎。

　　模塊化編程思想的應(yīng)用:我們可以把正反自鎖互鎖轉(zhuǎn)程序封裝成為一個(gè)模塊，正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)封裝成為一個(gè)模塊春瞬，在PLC程序中我們可以重復(fù)調(diào)用該模塊柴信，不但減少編程量，而且減少內(nèi)存占用量,有利于大型PLC 程序的編制费犯。

4 PLC控制系統(tǒng)程序的調(diào)試

　　PLC控制系統(tǒng)程序的調(diào)試一般包括I/O端子測(cè)試和系統(tǒng)調(diào)試兩部分內(nèi)容浸弦，良好的調(diào)試步驟有利于加速總裝調(diào)試的過(guò)程。

　　4.1 I/O端子測(cè)試

　　用手動(dòng)開(kāi)關(guān)暫時(shí)代替現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)绷冈，以手動(dòng)方式逐一對(duì)PLC輸入端子進(jìn)行檢查弹噩、驗(yàn)證每竿，PLC輸入端子的指示燈點(diǎn)亮，表示正常;反之国赫，應(yīng)檢查接線或者是I/O點(diǎn)壞幅裳。

　　我們可以編寫(xiě)一個(gè)小程序，在輸出電源良好的情況下冀肆，檢查所有PLC輸出端子指示燈是否全亮。PLC輸入端子的指示燈點(diǎn)亮假怔，表示正常凄恤。反之，應(yīng)檢查接線或者是I/O點(diǎn)壞怕收。

　　4.2 系統(tǒng)調(diào)試

　　系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)首先按控制要求將電源嘿辟、外部電路與輸入輸出端子連接好，然后裝載程序于PLC中片效，運(yùn)行PLC進(jìn)行調(diào)試红伦。將PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接。在正式調(diào)試前全面檢查整個(gè)PLC控制系統(tǒng)淀衣，包括電源昙读、接地線、設(shè)備連接線膨桥、I/O連線等蛮浑。在保證整個(gè)硬件連接正確無(wú)誤的情況下即可送電。

　　把PLC控制單元的工作方式設(shè)置為“RUN”開(kāi)始運(yùn)行只嚣。反復(fù)調(diào)試消除可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題沮稚。在調(diào)試過(guò)程中也可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)硬件作適當(dāng)修改以配合軟件的調(diào)試。應(yīng)保持足夠長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間使問(wèn)題充分暴露并加以糾正册舞。調(diào)試中多數(shù)是控制程序問(wèn)題蕴掏。一般分以下幾步進(jìn)行:
 
　　（1） 對(duì)每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和控制量做單獨(dú)測(cè)試;

　〉骶ā（2） 檢查硬件/修改程序;

　∈⒔堋（3） 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和控制量做綜合測(cè)試;

　　（4） 帶設(shè)備調(diào)試;

　「谙琛（5） 調(diào)試結(jié)束幌蹈。
 
　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)步驟有序的系統(tǒng)工程，要想做到熟練自如蹲鱼，需要反復(fù)設(shè)計(jì)和實(shí)踐转迷。本文是PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的效果哲耐。

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