可編程控制器系統設計簡述

周月俠

（衡水職業技術學院）

1 前言

可編程控制器在我國工業方面應用越來越廣泛，了解可編程控制器系統設計的原則和內容對學習利用可編程控制器實現的智能控制有著重要指導作用。

2 系統設計的原則

在電氣控制系統中，實現系統的要求，提高生產效率，保證產品質量是控制的最終目標。在可編程序控制器的系統設計時也應該把這個問題放到首位。PLC系統設計應當遵循以下原則。

(1) 滿足要求 最大限度地滿足被控對象的控制要求是設計控制系統的首要前提。這就要求設計人員在設計前就要深入現場進行調查研究，采集實際控制的相關信息，總結控制過程中好的控制方法，搜集與本被控對象相關的文獻資料，來進行深入的分析和設計，并且要和現場的工作人員多進行溝通，一起改進和完善設計中所存在的問題。

(2) 安全可靠 在控制系統的設計中，控制系統長期工作的安全性與穩定性是設計的基本原則。這就要求設計要考慮控制系統能夠長期安全、可靠、穩定運行。為了能達到這一點，要求在系統設計上，器件選擇上，軟件編程上要全面考慮。

(3) 經濟實用 經濟運行也是系統設計的一項重要原則。新的控制系統雖然能夠對產品的質量和數量帶來改善，為生產創造更多的價值，但新系統的引入、員工的培訓、系統的維護都是一筆不小的投入。在滿足實際控制需求的基礎上，要合理改進系統，降低系統的投入。

(4) 適應發展 社會在不斷地前進，科學在不斷地發展，控制系統的要求也一定會不斷地在提高、不斷地在完善。因此，在控制系統的設計時要考慮到今后的升級。在對PLC型號及相關配置模塊的選擇方面能夠留有一定的余量，以方便日后使用過程中的改進和升級。

3 系統設計的內容

3.1 機型選擇

目前，可編程序控制器產品種類繁多，同一個公司生產出的PLC也常常推出系列產品。這需要用戶去選擇最適合自己要求的產品。正確選擇產品中，首要的是選定機型。

（1） 根據系統類型選擇機型 根據不同類型的機型，可將控制系統分為三類，分別為：單體控制小系統、慢過程大系統以及快速控制大系統。這些系統在PLC的選型上是有區別的。

在單體控制的小系統中可通過使用一臺可編程序控制器來實現系統的要求。該系統簡單靈活，控制對象往往是系統中的某一個控制指標。這種系統對可編程序控制器間的通信技術要求不高。但有時需要在機器與機器之間進行通信。

慢過程大系統的特點是對設備的性能要求低，但設備之間有一定的聯系，設備之間有一定的距離，并且控制的對象復雜，例如加熱爐、港口等系統中對象的遠程控制；還有些系統中部分設備需要較高的運行速度，但是另外一些設備則不需要太高的運行速度，如鋼廠、電廠的一些相關控制系統。對這一類控制對象，大型機一般不適合這種靈活控制的場合。一般常采用多臺中小機型和低速網相連接。通常可以選擇單臺中小型機對單臺設備進行單獨控制，這樣不僅容易編程，而且便于調試和對故障查找、改正。

快速控制大系統：隨著可編程序控制器在工業領域應用的不斷擴大，在中小型的快速系統中，可編程序控制器能夠實現對設備的各種基本控制。在這一類控制系統中，即使使用一臺性能較高的大型機也不容易實現控制的要求。假如使用多臺中小型機則可以靈活的對系統進行控制，并且反應速度快。

（2）由被控對象選擇機型 根據控制對象的不同特點進行分析，是選擇機型的基礎。由控制對象需要的輸入輸出點數的多少，可以將PLC的大小種類確定出來。由控制對象的實際特點可確定出PLC的性能。根據控制對象的操作規則可以估計出控制程序所占內存的容量。根據以上的綜合分析，就可以更加準確的確定出PLC機型的范圍。

3.2 選擇接口設備

為了運行可靠在選擇PLC產品時，需要綜合考慮到機型和接口設備的質量和控制可靠性的問題。PLC的接口設備分為自身的I/O與功能模塊，還有與接口模塊相連的外部設備這兩部分。在選擇PLC自身模塊時需要考慮下面兩點。一是要保證其能夠與PLC對接良好。這就要考慮到模塊的型號與規格這兩個方面，主要是看看他們的類型與型號是否配套。二是要保證所用到的模塊是否與外部設備對接良好。

硬件部分的工作完成后，就要開始著手軟件設計了，即程序的編制工作。在編制程序之前需要繪制一個輸入輸出變量表，這樣有利于程序編寫，為下面的許多工作都提供了便捷的條件。

3.3 分配輸入輸出點

為了以后的工作的便捷，設計者在完成上面的工作后，就可以對設備的I/O進行設定。

（1） 單臺PLC系統的輸入輸出點的分配 在對輸入輸出點進行排序時，最好不要按照順序排列，這樣不利于系統的編程與系統的調試工作。為了方便，可以按照控制設備的不同，將輸入輸出點進行分配，這樣可以有利于調試與編程工作

（2）多臺PLC系統中輸入輸出點的分配 如果系統中存在多個可以編程的控制器，應該依據工程上的總要求，把輸入輸出按照控制類別的不同進行分組，并且得到各個可編程控制器分別需要遵守的規則。

3.4 建立輸入輸出變量表

（1） 繪制輸入輸出變量表為了方便編程，需要繪制一個輸入輸出變量列表。在表內中應該把相應的模塊端子，地址號與信號名稱對應好。

（2） 建立內存變量分配表 輸入輸出點最終會儲存在PLC的內存單元中，也就是通常說的輸入輸出映像區。對于一個具體的程序可能會用到許多的器件與變量，比如定時器、計數器還有許多的PLC內部變量等，那么就必須在編程前，考慮周全，把這些變量所需要占用的內存分配好，并建立相應的表格，也即內存變量分配表，它包含了所需要的所有元件和變量，并且可以根據它來閱讀程序和查找故障。

3 小結

本文主要論述了可編程控制器系統設計方法，如系統的設計原則，設計內容，包括選擇機型、選擇接口設備、分配輸入輸出點等。

【參考文獻】

1 黃德先，王京春，金以慧.過程控制系統「M].清華大學出版社.2011年5月.

2 西門子（中國）有限公司.S7-200可編程控制器系統手冊.2007

3 廖常初.大中型PLC應用教程.北京:機械工業出版社，2007.