【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用中檔或高檔機(jī)（如西門(mén)子公司的 S7300或 S7400系列、 OMRON的公司的 C200H@或 CV/CVM1系列、 AB公司的 Control Logix 系列等）。 （ 2）結(jié)構(gòu)上合 理、安裝要方便、機(jī)型上應(yīng)統(tǒng)一 按照物理結(jié)構(gòu)， PLC 分為整體式和模塊式。整體式每一 I/O 點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，所以人們一般傾向于在小型控制系統(tǒng)中采用整體式 PLC。但是模塊式 PLC 的功能擴(kuò)展方便靈活， I/O 點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、 I/O 模塊的種類和塊數(shù)、特殊 I/O 模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式 PLC 大得多，維修時(shí)更換模塊、判斷故障范圍也很方便。因此，對(duì)于較復(fù)雜的和要求較高的系統(tǒng)一般應(yīng)選用模塊式 PLC。 根據(jù) I/O 設(shè)備距 PLC 之間的距離和分布范圍確定 PLC 的安裝方式為集中式、遠(yuǎn)程 I/O式還是多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。 對(duì)于一個(gè)企業(yè)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。因?yàn)橥粰C(jī)型的 PLC，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)與管理；其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開(kāi)發(fā)；其外部設(shè)備通用，資源可共享。同一機(jī)型 PLC 的另一個(gè)好處是，在使用上位計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 進(jìn)行管理和控制時(shí)，通信程序的編制比較方便。這樣，容易把控制各獨(dú)立的多臺(tái) PLC 聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式系統(tǒng)，相互通信，集中管理，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)勢(shì)。 （ 3）是否滿足響應(yīng)時(shí)間的要求 由于現(xiàn)代 PLC 有足夠 高的速度處理大量的 I/O 數(shù)據(jù)和解算梯形圖邏輯，因此對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)， PLC 的響應(yīng)時(shí)間并不是主要的問(wèn)題。然而，對(duì)于某些個(gè)別的場(chǎng)合，則要求考慮 PLC 的響應(yīng)時(shí)間。為了減少 PLC 的 I/O 響應(yīng)延遲時(shí)間，可以選用掃描速度高的 PLC，使用高速 I/O 處理這一類功能指令，或選用快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。 （ 4）對(duì)聯(lián)網(wǎng)通信功能的要求 近年來(lái)，隨著工廠自動(dòng)化的迅速發(fā)展，企業(yè)內(nèi)小到一塊溫度控制儀表的 RS485 串行通信、大到一套制造系統(tǒng)的以太網(wǎng)管理層的通信，應(yīng)該說(shuō)一般的電氣控制產(chǎn)品都有了通信功能。 PLC 作為工廠自動(dòng)化 的主要控制器件，大多數(shù)產(chǎn)品都具有通信聯(lián)網(wǎng)能力。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)需要選擇通信方式。 （ 5）其他特殊要求 考慮被控對(duì)象對(duì)于模擬量的閉環(huán)控制、高速計(jì)數(shù)、運(yùn)動(dòng)控制和人機(jī)界面（ HMI）等方面的特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊 I/O 模塊的 PLC。對(duì)可靠性要求極高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備份系統(tǒng)。 第三 章、 PLC 控 制設(shè)計(jì)步驟 7 、 PLC 容量估算 PLC 的容量指 I/O 點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量?jī)煞矫娴暮x。在選擇 PLC 型號(hào)時(shí)不應(yīng)盲目追求過(guò)高的性能指標(biāo)，但是在 I/O 點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量方面除了要滿足控制系統(tǒng)要求外，還應(yīng)留有余量，以 做備用或系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)使用。 （ 1） I/O 點(diǎn)數(shù)的確定 PLC的 I/O點(diǎn)數(shù)的確定以系統(tǒng)實(shí)際的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為基礎(chǔ)確定。在 I/O點(diǎn)數(shù)的確定時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)余量。通常 I/O 點(diǎn)數(shù)可按實(shí)際需要的 10～ 15%考慮余量；當(dāng) I/O 模塊較多時(shí)，一般按上述比例留出備用模塊。 （ 2）存儲(chǔ)器容量的確定 用戶程序占用多少存儲(chǔ)容量與許多因素有關(guān)，如 I/O 點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序編制前只能粗略的估算。 、 I/O 模塊的選擇 在 PLC 控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，要將對(duì)象的各種測(cè)量參數(shù)，按要求的方 式送入 PLC。 PLC 經(jīng)過(guò)運(yùn)算、處理后，再將結(jié)果以數(shù)字量的形式輸出，此時(shí)也要把該輸出變換為適合于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的量。所以，在 PLC 和生產(chǎn)過(guò)程之間，必須設(shè)置信息的傳遞和變換裝置。這個(gè)裝置就是輸入 /輸出（ I/O）模塊。不同的信號(hào)形式，需要不同類型的 I/O 模塊。對(duì) PLC 來(lái)講，信號(hào)形式可分為四類。 （ 1）數(shù)字量輸入信號(hào) 生產(chǎn)設(shè)備或控制系統(tǒng)的許多狀態(tài)信息，如開(kāi)關(guān)、按鈕、繼電器的觸點(diǎn)等，它們只有兩種狀態(tài)：通或斷，對(duì)這類信號(hào)的拾取需要通過(guò)數(shù)字量輸入模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。輸入模塊最常見(jiàn)的為 24V 直流輸入，還有直流 5V、 12V、 48V，交流 115V/220V等。按公共端接入正負(fù)電位不同分為漏型和源型。有的 PLC 即可以源型接線，也可以漏型接線，比如 S7200。當(dāng)公共端接入負(fù)電位時(shí)，就是源型接線；接入正電位時(shí)，就是漏型接線。有的 PLC 只能接成其中一種。 （ 2）數(shù)字量輸出信號(hào) 還有許多控制對(duì)象，如指示燈的亮和滅、電機(jī)的啟動(dòng)和停止、晶閘管的通和斷、閥門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉等，對(duì)它們的控制只需通過(guò)二值邏輯“ 1”和“ 0”來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種信號(hào)通過(guò)數(shù)字量輸出模塊去驅(qū)動(dòng)。數(shù)字量輸出模塊按輸出方式不同分為繼電器輸出型、晶體管輸出型、晶閘管輸出型等。此外，輸出電壓值 和輸出電流值也各有不同。 （ 3）模擬量輸入信號(hào) 生產(chǎn)過(guò)程的許多參數(shù)，如溫度、壓力、液位、流量都可以通過(guò)不同的檢測(cè)裝置轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量信號(hào)，然后再將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入 PLC。完成這一任務(wù)的就是模擬量輸入模塊。 （ 4）模擬量輸出信號(hào) 生產(chǎn)設(shè)備或過(guò)程的許多執(zhí)行機(jī)構(gòu)，往往要求用模擬信號(hào)來(lái)控廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： PLC 控制技術(shù)在鐵精粉生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用 8 制，而 PLC 輸出的控制信號(hào)是數(shù)字量，這就要求有相應(yīng)的模塊將其轉(zhuǎn)換為模擬量。這種模塊就是模擬量輸出模塊。 典型模擬量模塊的量程為 10V～ +10V、 0～ +10V、 4～ 20mA 等，可根據(jù)實(shí)際需要選用，同時(shí)還應(yīng)考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度 等因素。一些 PLC 制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來(lái)直接接收低電平信號(hào)（如熱電阻 RTD、熱電偶等信號(hào)） 此外，有些傳感器如旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的是一連串的脈沖，并且輸出的頻率較高（ 20kHz以上），盡管這些脈沖信號(hào)也可算作數(shù)字量，但普通數(shù)字量輸入模塊不能正確的檢測(cè)之，應(yīng)選擇高速計(jì)數(shù)模塊。 不同的 I/O 模塊，其電路和性能不同，它直接影響著 PLC 的應(yīng)用范圍和價(jià)格，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。 、分配輸入 /輸出點(diǎn) PLC 機(jī)型及輸入 /輸出（ I/O）模塊選擇完畢后，首先，設(shè)計(jì)出 PLC 系統(tǒng)總體配置圖。然后 依據(jù)工藝布置圖，參照具體的 PLC 相關(guān)說(shuō)明書(shū)或手冊(cè)將輸入信號(hào)與輸入點(diǎn)、輸出控制信號(hào)與輸出點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)畫(huà)出 I/O 接線圖即 PLC 輸入 /輸出電氣原理圖。 PLC 機(jī)型選擇完后輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的多少是決定控制系統(tǒng)價(jià)格及設(shè)計(jì)合理性的重要因素，因此在完成同樣控制功能的情況下可通過(guò)合理設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)化輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)。 、安全回路設(shè)計(jì) 安全回路是保護(hù)負(fù)載或控制對(duì)象以及防止操作錯(cuò)誤或控制失敗而進(jìn)行連鎖控制的回路。在直接控制負(fù)載的同時(shí)，安全保護(hù)回路還給 PLC 輸入信號(hào)，以便于 PLC 進(jìn)行保護(hù)處理。安全回路一般考慮以下幾個(gè)方面。 （ 1）短路保護(hù) 應(yīng)該在 PLC 外部輸出回路中裝上熔斷器，進(jìn)行短路保護(hù)。最好在每個(gè)負(fù)載的回路中都裝上熔斷器。 （ 2）互鎖與聯(lián)鎖措施 除在程序中保證電路的互鎖關(guān)系， PLC 外部接線中還應(yīng)該采取硬件的互鎖措施，以確保系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。 （ 3）失壓保護(hù)與緊急停車措施 PLC 外部負(fù)載的供電線路應(yīng)具有失壓保護(hù)措施，當(dāng)臨時(shí)停電再恢復(fù)供電時(shí)，不按下“啟動(dòng)”按鈕 PLC 的外部負(fù)載就不能自行啟動(dòng)。這種接線方法的另一個(gè)作用是，當(dāng)特殊情況下需要緊急停機(jī)時(shí)，按下“急?！卑粹o就可以切斷負(fù)載電源，同時(shí)“急?！毙盘?hào)輸入 PLC。 （ 4）極限保護(hù) 在有些如提升機(jī)類超過(guò)限位就有可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的情況下，設(shè)置極限保護(hù)，當(dāng)極限保護(hù)動(dòng)作時(shí)直接切斷負(fù)載電源，同時(shí)將信號(hào)輸入 PLC。 第三 章、 PLC 控 制設(shè)計(jì)步驟 9 、 PLC 的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。要設(shè)計(jì)好 PLC 的應(yīng)用軟件，必須充分了解被控對(duì)象的生產(chǎn)工藝、技術(shù)特性、控制要求等。通過(guò) PLC 的應(yīng)用軟件完成系統(tǒng)的各項(xiàng)控制功能。 （ 1）、 PLC 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容 PLC 的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)是指根據(jù)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和工藝要求，使用相應(yīng)的編程語(yǔ)言，對(duì)用戶控制程序的編制和相應(yīng)文件的形成過(guò)程。主要內(nèi)容包括：確定程序結(jié)構(gòu)；定義輸入 /輸出 、中間標(biāo)志、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)區(qū)等參數(shù)表；編制程序；編寫(xiě)程序說(shuō)明書(shū)。PLC 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)還包括文本顯示器或觸摸屏等人機(jī)界面（ HMI）設(shè)備及其它特殊功能模塊的組態(tài)。 （ 2）、熟悉被控制對(duì)象制定設(shè)備運(yùn)行方案 在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，分析各輸入 /輸出與各種操作之間的邏輯關(guān)系，確定檢測(cè)量和控制方法。并設(shè)計(jì)出系統(tǒng)中各設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序。對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)，可按物理位置或控制功能將系統(tǒng)分區(qū)控制。較復(fù)雜系統(tǒng)一般還需畫(huà)出系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚表明動(dòng)作的順序和條件，簡(jiǎn)單系統(tǒng)一般不用。 （ 3）、 熟 悉編程語(yǔ)言和編程軟件 熟悉編程語(yǔ)言和編程軟件是進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的前提。這一步驟的主要任務(wù)是根據(jù)有關(guān)手冊(cè)詳細(xì)了解所使用的編程軟件及其操作系統(tǒng)，選擇一種或幾種合適的編程語(yǔ)言形式，并熟悉其指令系統(tǒng)和參數(shù)分類，尤其注意那些在編程中可能要用到的指令和功能。 熟悉編程語(yǔ)言最好的辦法就是上機(jī)操作，并編制一些試驗(yàn)程序，在模擬平臺(tái)上進(jìn)行試運(yùn)行，以便詳盡地了解指令的功能和用途，為后面的程序設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)，避免走彎路。 （ 4）、定義參數(shù)表 參數(shù)表的定義包括對(duì)輸入 /輸出、中間標(biāo)志、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)區(qū)的定義。參數(shù)表的定義格 式和內(nèi)容根據(jù)系統(tǒng)和個(gè)人愛(ài)好的情況有所不同，但所包含的內(nèi)容基本是相同的?？偟脑O(shè)計(jì)原則是便于使用，盡可能詳細(xì)。 程序編制開(kāi)始以前必須首先定義輸入 /輸出信號(hào)表。主要依據(jù)是 PLC 輸入 /輸出電氣原理圖。每一種 PLC 的輸入點(diǎn)編號(hào)和輸出點(diǎn)編號(hào)都有自己明確的規(guī)定，在確定了 PLC 型號(hào)和配置后，要對(duì)輸入 /輸出信號(hào)分配 PLC 的輸入 /輸出編號(hào)（地址），并編制成表。 一般情況下，輸入 /輸出信號(hào)表要明顯地標(biāo)出模板的位置、輸入 /輸出地址號(hào)、信號(hào)名稱和信號(hào)類型等。尤其輸入 /輸出定義表注釋注解內(nèi)容應(yīng)盡可能詳細(xì)。地址盡量按由小到大的順序排列， 沒(méi)有定義或備用的點(diǎn)也不要漏掉，這樣便于在編程、調(diào)試和修改程序時(shí)查找使用。 廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： PLC 控制技術(shù)在鐵精粉生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用 10 而中間標(biāo)志、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)區(qū)編程以前可能不太好定義，一般是在編程過(guò)程中隨使用隨定義，在程序編制過(guò)程中間或編制完成后連同輸入 /輸出信號(hào)表統(tǒng)一整理。 （ 5）、程序的編寫(xiě) 如果有操作系統(tǒng)支持，盡量使用編程語(yǔ)言高級(jí)形式，如梯形圖語(yǔ)言。在編寫(xiě)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)中間標(biāo)志信號(hào)表和存儲(chǔ)單元表進(jìn)行逐個(gè)定義，要注意留出足夠的公共暫存區(qū)，以節(jié)省內(nèi)存的使用。 由于許多小型 PLC 使用的是簡(jiǎn)易編程器，只能輸入指令代碼。梯形圖設(shè)計(jì)好后，還需要將梯形圖按 指令語(yǔ)句編出代碼程序，列出程序清單。在熟悉所選的 PLC 指令系統(tǒng)后，可以很容易地根據(jù)梯形圖寫(xiě)出語(yǔ)句表程序。 編寫(xiě)程序過(guò)程中要及時(shí)對(duì)編出的程序進(jìn)行注釋，以免忘記其間的相互關(guān)系。注釋?xiě)?yīng)包括程序段功能、邏輯關(guān)系、設(shè)計(jì)思想、信號(hào)的來(lái)源和去向等的說(shuō)明，以便于程序的閱讀和調(diào)試。 （ 6） 、程序的測(cè)試 程序的測(cè)試是整個(gè)程序設(shè)計(jì)工作中的一項(xiàng)重要的內(nèi)容，它可以初步檢查程序的實(shí)際運(yùn)行效果。程序測(cè)試和程序編寫(xiě)是分不開(kāi)的，程序的許多功能是在測(cè)試中修改和完善的。 測(cè)試時(shí)先從各功能單元入手，設(shè)定輸入信號(hào)，觀察輸入信號(hào)的變化對(duì)系統(tǒng)的作用，必 要時(shí)可以借助儀器儀表。各功能單元測(cè)試完成后，再連通全部程序，測(cè)試各部分的接口情況，直到滿意為止。 程序測(cè)試可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，也可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。如果是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行程序測(cè)試，那就要將 PLC 與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)隔離，以免引起事故。 （ 7）、程序說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě) 程序說(shuō)明書(shū)是整個(gè)程序內(nèi)容的綜合性說(shuō)明文檔，是整個(gè)程序設(shè)計(jì)工作的總結(jié)。編寫(xiě)的主要目的是讓程序的使用者了解程序的基本結(jié)構(gòu)和某些問(wèn)題的處理方法，以及程序閱讀方法和使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)。 程序說(shuō)明書(shū)一般包括程序設(shè)計(jì)的依據(jù)、程序的基本結(jié)構(gòu)、各功能單元分析、使用的公式和原理、各參數(shù)的來(lái) 源和運(yùn)算過(guò)程、程序的測(cè)試情況等。 上面流程中各個(gè)步驟都是應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中不可缺少的環(huán)節(jié)，要設(shè)計(jì)一個(gè)好的應(yīng)用程序，必須做好每一個(gè)環(huán)節(jié)的工作。但是，應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中的核心是程序的編寫(xiě)，其他步驟都是為其服務(wù)的。 （ 8）、常用的編程方法 PLC 的編程方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和邏輯設(shè)計(jì)法。邏輯設(shè)計(jì)是以邏輯代數(shù)為理論基礎(chǔ)，通過(guò)列寫(xiě)輸入與輸出的邏輯表達(dá)式，再轉(zhuǎn)換成梯形圖。由于一般邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程比較復(fù)雜，而且周期較大，大多采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法。如果控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，可以借助流程圖。所謂經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)是在一些典型應(yīng)用基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制 系統(tǒng)的具體要求，第三 章、 PLC 控 制設(shè)計(jì)步驟 11 選用一些基本環(huán)節(jié)，適當(dāng)組合、修改、完善，使其成為符合控制要求的程序。一般經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法沒(méi)有普通的規(guī)律可以遵循，只有在大量的程序設(shè)計(jì)中不斷地積累、豐富自己，并且逐漸形成自己的設(shè)計(jì)風(fēng)格。一個(gè)程序設(shè)計(jì)的質(zhì)量，以及所用的時(shí)間往往與編程者的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系。 所謂常用基本環(huán)節(jié)很多是借鑒繼電接觸器控制線路轉(zhuǎn)換而來(lái)的。它與繼電接觸器線路圖畫(huà)法十分相似，信號(hào)輸入、輸出方式及控制功能也大致相同。對(duì)于熟悉繼電接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理的工程技術(shù)人員來(lái)講，掌握梯形圖語(yǔ)言設(shè)計(jì)無(wú)疑是十分方便和快捷的。 、