【正文】 第九章 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 前面介紹了可編程控制器的硬件基本結(jié)構(gòu)與工作原理、指令系統(tǒng)與編程方法。本章在前面的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步介紹可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則、設(shè)計(jì)的一般步驟與方法及PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例。 一 、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 設(shè)計(jì)任何一個(gè) PLC控制系統(tǒng) ， 如同設(shè)計(jì)任何一種電氣控制系統(tǒng)一樣 ， 其目的都是通過控制被控對(duì)象 （ 生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程 ） 來實(shí)現(xiàn)工藝要求 ， 提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量 。 因此 ， 在設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)時(shí) ， 應(yīng)遵循以下基本原則： PLC控制系統(tǒng)控制被控對(duì)象應(yīng)最大限度地滿足工藝要求 。 設(shè)計(jì)前 ， 應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究 ，搜索資料 ， 并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合 ， 共同擬定控制方案 ， 協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題 。 第一節(jié) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和步驟 在滿足工藝要求的前提下 ， 力求使 PLC控制系統(tǒng)簡單 、 經(jīng)濟(jì) 、 使用及維修方便 。 保證控制系統(tǒng)的安全 、 可靠 。 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn) ， 在配置 PLC硬件設(shè)備時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有一定的裕量 。 二 、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 PLC控制系統(tǒng)是由 PLC與用戶輸入 、 輸出設(shè)備連接而成的 。 因此 ， PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括： 選擇用戶輸入設(shè)備 （ 按鈕 、 操作開關(guān) 、限位開關(guān) 、 傳感器等 ） 、 輸出設(shè)備 （ 繼電器 、接觸器 、 信號(hào)燈等執(zhí)行元件 ） 以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象 （ 電動(dòng)機(jī) 、 電磁閥等 ） 。 這些設(shè)備屬于一般的電氣元件 ， 其選擇的方法在前面第一～四章中已作介紹 。 PLC的選擇 。 PLC是 PLC控制系統(tǒng)的核心部件 。 正確選擇 PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用 。 選擇 PLC， 包括機(jī)型 、 容量的選擇以及 I/O模塊 、 電源模塊等的選擇 。 分配 I/O點(diǎn) ， 繪制 I/O連接圖 。 控制程序設(shè)計(jì) 。 包括控制系統(tǒng)流程圖 、梯形圖 、 語句表 （ 即程序清單 ） 等設(shè)計(jì) 。 控制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件 ， 是保證系統(tǒng)工作正常 、 安全 、 可靠的關(guān)鍵 。 因此 ， 設(shè)計(jì)的控制程序必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試 、 修改 ， 直到滿足要求為止 。 必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái) （ 柜 ） 。 編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括說明書、電氣圖及電氣元件明細(xì)表。 傳統(tǒng)的電氣圖 ， 一般包括電氣原理圖 、 電器布置圖及電氣安裝圖 。 在 PLC控制系統(tǒng)中 ， 這一部分圖統(tǒng)稱為 “ 硬件圖 ” 。 它在傳統(tǒng)電氣圖的基礎(chǔ)上增加了 PLC部分 ， 因此在電氣原理圖中應(yīng)增加 PLC的 I/O連接圖 。 另外 ， 在 PLC控制系統(tǒng)中的電氣圖中還應(yīng)包括程序圖 （ 梯形圖 ） ， 通常稱它為 “ 軟件圖 ” 。向用戶提供 “ 軟件圖 ” ， 可便于用戶在生產(chǎn)發(fā)展或工藝改進(jìn)時(shí)修改程序 ， 并有利于用戶在維修時(shí)分析和排除故障 。 三 、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟及內(nèi)容 設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)的一般步驟如圖 91所示 。 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求 ， 需要完成的動(dòng)作 （ 動(dòng)作順序 、 動(dòng)作條件 、 必須的保護(hù)和聯(lián)鎖等 ） 、 操作方式 （ 手動(dòng) 、 自動(dòng)；連續(xù) 、 單周期 、 單步等 ） 。 根據(jù)控制要求確定所需要的輸入 、 輸出設(shè)備 。 據(jù)此確定 PLC的 I/O點(diǎn)數(shù) 。 選擇 PLC機(jī)型及容量 。 定義輸入、輸出點(diǎn)名稱，分配 PLC的 I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì) I/O連接圖。 根據(jù) PLC所要完成的任務(wù)及應(yīng)具備的功能 ， 進(jìn)行 PLC程序設(shè)計(jì) ， 同時(shí)可進(jìn)行控制臺(tái) （ 柜 ）的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工 。 PLC程序設(shè)計(jì)的步驟與內(nèi)容是： （ 1） 對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng) ， 需繪制系統(tǒng)控制流程圖 ， 用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件 。對(duì)于簡單的控制系統(tǒng) ， 也可省去這一步 。 （ 2） 設(shè)計(jì)梯形圖 。 這是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步 ， 也是比較困難的一步 。 要設(shè)計(jì)好梯形圖 ， 首先要十分熟悉控制要求 ， 同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 。 （ 3） 根據(jù)梯形圖編制程序清單 。 圖 91 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 工藝過程修改確定用戶I / O 設(shè)備選擇P L C分配I / O 點(diǎn)、設(shè)計(jì)I / O 連接圖繪制流程圖設(shè)計(jì)梯形圖編制程序清單輸入程序并檢查YESNONO分析控制要求 設(shè)計(jì)控制臺(tái)（柜）現(xiàn)場連線滿足要求？聯(lián)機(jī)調(diào)試滿足要求？調(diào)試編制技術(shù)文件交付使用NOP L C 程序設(shè)計(jì)控制臺(tái)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工YES （ 4）用計(jì)算機(jī)或編程器將程序鍵入到 PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查鍵入的程序是否正確。 （ 5） 對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改 ， 直到滿足要求為止 。 待控制臺(tái) （ 柜 ） 設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工完成后 ，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試 。 如不滿足要求 ， 再修改程序或檢查接線 ， 直到滿足要求為止 。 編制技術(shù)文件 。 交付使用 。 四 、 PLC機(jī)型的選擇 這是 PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)中很重要的一步 ， 目前 ，國內(nèi)外生產(chǎn)的 PLC種類很多 ， 在選用 PLC時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面 。 規(guī)模要適當(dāng) 輸入 、 輸出點(diǎn)數(shù)以及軟件對(duì) PLC功能及指令的要求是選擇 PLC機(jī)型規(guī)模大小的重要依據(jù) 。 首先要確保有足夠的輸入 、 輸出點(diǎn)數(shù) ， 并留有一定的余地 （ 要有 10%的備用量 ） 。 如果只是為了實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化 ， 或機(jī)電一體化產(chǎn)品 ， 可選用小型 PLC。 如果控制系統(tǒng)較大 ， 輸入 、 輸出點(diǎn)數(shù)較多 ， 被控設(shè)備較分散 ， 可以選用中型或大型 PLC。 還應(yīng)確定用戶程序存儲(chǔ)器的容量 。 一般粗略的估計(jì)方法是： （ 輸入 +輸出 ） （ 10～ 12） =指令步數(shù) 。 特別要注意因控制較復(fù)雜 ， 數(shù)據(jù)處理量較大 ，可能出現(xiàn)存儲(chǔ)容量不夠的問題 。 功能要相當(dāng) ， 結(jié)構(gòu)要合理 對(duì)于以開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng) ， 一般的低檔機(jī)就能滿足要求 。 對(duì)于以開關(guān)量控制為主 ， 帶少量模擬量控制的系統(tǒng) ， 應(yīng)選用帶 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換 ， 加減運(yùn)算 、 數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī) 。 對(duì)于控制比較復(fù)雜 ， 控制性能要求較高的系統(tǒng) ， 例如要求實(shí)現(xiàn) PID運(yùn)算 、 閉環(huán)控制 、 通信聯(lián)網(wǎng)等 ， 可視控制規(guī)模及復(fù)雜的程度 ， 選用中檔或高檔機(jī) 。 其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制 、 全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠自動(dòng)化等 。 對(duì)于工藝過程比較固定 、 環(huán)境條件較好 （ 維修量較小 ） 的場合 ， 選用整體式結(jié)構(gòu) PLC。 其它情況則選用模塊式結(jié)構(gòu) PLC。 輸入 、 輸出功能及負(fù)載能力的選擇 選擇哪一種功能的輸入 、 輸出形式或模塊 ，取決于控制系統(tǒng)中輸入和輸出信號(hào)的種類 、 參數(shù)要求和技術(shù)要求 ， 選用具有相應(yīng)功能的模塊 。為了提高抗干擾能力 ， 輸入 、 輸出均應(yīng)選用具有光電隔離的模塊 。 對(duì)于輸出形式 ， 有無觸點(diǎn)和有觸點(diǎn)