PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法分析

摘 要：隨著科技不斷發(fā)展，可編程序控制器（PLC）在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，由于PLC控制系統(tǒng)具有體積小、抗感能力強(qiáng)、耗能低及可靠性強(qiáng)這些特點(diǎn)，對(duì)工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展具有很大的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：PLC；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.187

1 前言

伴隨著工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，在工業(yè)發(fā)展中使用單一的儀表或者繼電器已經(jīng)不能滿足工業(yè)現(xiàn)代化的需要，而PLC的功能比較齊全，操作、維修及養(yǎng)護(hù)都相對(duì)簡(jiǎn)單，在我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的位置，成為生產(chǎn)自動(dòng)化的重要工具。PLC被廣泛應(yīng)用到控制系統(tǒng)中，順應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

（1）系統(tǒng)流程圖。在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要根據(jù)系統(tǒng)的需求來(lái)完成相應(yīng)的控制任務(wù)，圍繞被控制對(duì)象的工作特點(diǎn)、工藝過(guò)程以及控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能與規(guī)律等方面進(jìn)行分析，歸納出流程圖及工作循環(huán)圖。明確控制及設(shè)計(jì)的要求，合理劃分控制的每一個(gè)階段及其特點(diǎn)。（2）確定PLC的型號(hào)及I/O點(diǎn)數(shù)。PLC作為控制系統(tǒng)的核心部件，在選型的時(shí)候要注意所選公司和外設(shè)及PLC容量的大小，正確選擇 PLC是保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的重點(diǎn)。確定 PLCI/O點(diǎn)數(shù)即選擇用戶輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象。（3）繪制電氣原理圖。合理的PLC變量規(guī)劃、繪制電氣原理圖是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要步驟，變量規(guī)劃是指將PLC的輸入/輸出端口（I/O）分配給實(shí)際的電子元器件，并賦予一定的可編程邏輯控制器（PLC）地址，該元器件的輸入與輸出路數(shù)跟實(shí)際的電路是相互對(duì)應(yīng)的。同時(shí)，應(yīng)在繪制的電氣原理圖里加上PLC的輸入/輸出端口連接圖。（4）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求來(lái)編寫軟件的規(guī)格說(shuō)明書，接著用相應(yīng)的編程語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟

3.1 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求

在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之前要先對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行分析，明確被控制的對(duì)象。首先根據(jù)技術(shù)指標(biāo)及被控對(duì)象的工作性質(zhì)來(lái)確定對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求，主要包括時(shí)間控制、速度控制、行程控制等基本方式[1]。要準(zhǔn)確做好硬件和硬件的分工任務(wù)，利用軟件或硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的部分功能，在選擇使用軟件或硬件時(shí)，應(yīng)注重考慮技術(shù)方案與經(jīng)濟(jì)性等關(guān)鍵因素作為依據(jù)。

3.2 確定用戶的輸入與輸出設(shè)備

要根據(jù)設(shè)計(jì)控制的相關(guān)要求確定好用戶的輸入設(shè)備、輸出設(shè)備，并由輸出設(shè)備的控制對(duì)象來(lái)確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，在選購(gòu)PLC時(shí)需要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上預(yù)留10%的余量。輸入設(shè)備一般包括傳感器、限位開(kāi)關(guān)、操作開(kāi)關(guān)及按鈕等，用戶輸出設(shè)備主要有繼電器、接觸器、信號(hào)燈等相關(guān)執(zhí)行元件，其主要控制對(duì)象為電磁閥與電動(dòng)機(jī)。

3.3 軟件程序編制

（1）硬件設(shè)計(jì)。正確地選擇PLC的型號(hào)能有效地保證控制系統(tǒng)的可靠性、技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性等，選擇并確定PLC容量的大小及開(kāi)關(guān)量數(shù)輸入及輸出的點(diǎn)數(shù)以及輸出功率和輸出方式。建立PLC的輸入/輸出端口（I/O）地址分配表，繪制出I/O設(shè)備和PLC的連接線路圖是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)步驟。在繪制連接線路圖時(shí)，要考慮相應(yīng)的安全措施，例如進(jìn)行短路保護(hù)、過(guò)電保護(hù)、互鎖和聯(lián)鎖保護(hù)等，以確保工作的安全性。電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是繪制電氣原理圖，如電器布置圖、操作面板圖、電氣安裝圖等，有時(shí)還涉及控制臺(tái)的設(shè)計(jì)。（2）軟件設(shè)計(jì)。在畫PLC控制系統(tǒng)的流程圖時(shí)，必須以生產(chǎn)工藝流程與實(shí)際控制需求為基礎(chǔ)，使流程圖能夠表明被控對(duì)象的動(dòng)作順序。工作人員通過(guò)PLC的I/O地址分配表把控制系統(tǒng)的流程圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧奶菪螆D，再將PLC程序利用適合的編程工具轉(zhuǎn)到相應(yīng)的存儲(chǔ)器中。一般情況下，可以選擇在Windows運(yùn)行環(huán)境中的PLC編程軟件對(duì)梯形圖進(jìn)行輸入和編輯，并轉(zhuǎn)化成PLC軟件的內(nèi)部指令，再逐步對(duì)梯形圖進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)試及修改。

3.4 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試與離線模擬調(diào)試

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試過(guò)程中，可以通過(guò)模擬有關(guān)調(diào)試程序進(jìn)行更深層次的調(diào)試，即從PLC連接輸入設(shè)備，然后連接輸出設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試可應(yīng)用跟蹤、監(jiān)控及單步的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)試，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)配線錯(cuò)誤。而離線模擬調(diào)試是指PLC系統(tǒng)在編程軟件的環(huán)境下，可以對(duì)程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試，通過(guò)使用開(kāi)關(guān)或者按鈕的的輸入模擬開(kāi)關(guān)量的輸入來(lái)進(jìn)行反復(fù)調(diào)試[2]。

4 PLC 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

4.1 圖解法編程

（1）梯形圖設(shè)計(jì)法。梯形圖設(shè)計(jì)法是利用梯形圖語(yǔ)言對(duì)PLC程序進(jìn)行編制，因其設(shè)計(jì)圖形跟繼電器的控制電路十分接近，故可模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程，這是一種較為簡(jiǎn)便的編程方法。（2）時(shí)序流程圖設(shè)計(jì)法。在使用時(shí)序流程圖設(shè)計(jì)法時(shí)，要先繪制出某個(gè)時(shí)間點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行某項(xiàng)控制工序的時(shí)序圖，也就是控制系統(tǒng)的控制時(shí)序圖，再根據(jù)相應(yīng)的時(shí)序關(guān)系畫出與之相對(duì)的程序圖，最后將程序圖轉(zhuǎn)化為PLC程序。時(shí)序流程圖適用于一些以時(shí)間為基準(zhǔn)的的編程控制系統(tǒng)。（3）邏輯流程圖設(shè)計(jì)法。邏輯流程圖設(shè)計(jì)法是指利用邏輯框圖來(lái)代表PLC程序的過(guò)程，能夠反映出輸入和輸出間的邏輯關(guān)系。邏輯流程圖法編制的PLC 控制程序具有很強(qiáng)的邏輯性，思路很清晰，輸入與輸出之間的關(guān)系和聯(lián)鎖很明確，有利于分析控制程序，從而找出故障點(diǎn)，便于程序的調(diào)試及維修。

4.2 計(jì)算機(jī)的輔助編程

計(jì)算機(jī)的輔助編程設(shè)計(jì)主要是利用PLC 編程軟件進(jìn)行在線編程或離線編程、在線調(diào)試或離線模擬、程序設(shè)計(jì)等，在計(jì)算機(jī)中使用編程軟件可以便捷的進(jìn)行程序存取、加密與形成 EXE 運(yùn)行文件，還可以進(jìn)行在線編程或離線編程、在線調(diào)試和離線模擬。

4.3 經(jīng)驗(yàn)法編程

經(jīng)驗(yàn)法編程是根據(jù)自身的實(shí)踐并綜合他人的有效經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，選擇的程序必須與自己的工藝要求相近，然后結(jié)合自己的具體情況來(lái)對(duì)所選擇的程序進(jìn)行修改。

5 結(jié)語(yǔ)

PLC是一種以自動(dòng)化控制技術(shù)、通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展的新型工業(yè)控制裝置，在社會(huì)各領(lǐng)域的生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。就目前社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展來(lái)看，PLC會(huì)有更大的發(fā)展空間，產(chǎn)品的品種會(huì)越來(lái)越豐富，通過(guò)這些高科技的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化與現(xiàn)代化，對(duì)工業(yè)的快速發(fā)展起著重大的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅志海，楊潤(rùn)澤，尹曉春.基于PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝，2011，13（02）：87-89.

[2]何躍武.PLC控制系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2011，11（02）：231-233.