淺析工業生產中PLC控制系統設計方法

杜任翔 周楊 吳素芳

摘要：科學技術的推陳出新和在工業生產中的轉化與應用使得可編程序控制器（PLC）在工業生產中得意充分應用。得益于PLC自身具有諸多優勢，小巧的體積使得在應用中得心應手、較強的抗感能力以及低損耗率等特質使得其在推進工業生產發展和進步中發揮著巨大的推動作用。隨著經濟社會新常態的穩健發展，尤其是在工業生產中要更加重視PLC控制系統設計方法的研究和應用。因此，筆者將根據工作實踐，對當前PLC控制系統設計方法進行簡要的說明。

關鍵詞：PLC;控制系統;設計方法

經濟新常態背景下，中國新興工業化道路深入發展，新技術被廣泛運用到工業生產的各個環節中去，尤其是以可編程序控制器（PLC）為代表的技術逐步取代單一的儀表或者繼電器來滿足工業向前發展。PLC憑借自身具有的諸多優勢，小巧的體積使得在應用中得心應手、較強的抗感能力以及低損耗率等特質，成為目前中國工業生產中生產自動化的重要工具，尤其是被廣泛應用到工業生產的控制系統中，對于滿足現代工業化生產的需要提供了堅實的基礎。

一、PLC控制系統設計的主要內容

（一）PLC控制系統流程圖

在控制系統設計開始就要明確控制任務，并根據相應的控制對象的工藝特點、流程以及控制系統的特點、控制規律等因素進行綜合分析，并在此基礎上對流程圖以及相應的工作循環圖進行梳理和歸納，并對流程圖的每一個環節進行相應的精細化，使得每一個每階段和每一個流程都是必不可少的。在制定PLC控制流程的過程中避免出現流程漏洞等問題，并對整個流程圖進行評估和審核，以期在生產運行中其應有的效能可達到最大化。

（二）精確PLC的型號以及I/O相應點數

作為控制系統的核心要素，PLC在選型號時一定要嚴格遵循所選公司以及外部設備型號以及PLC的容量進行相應的考衡，確保選取的PLC型號符合整個控制系統的技術及經濟性能指標，切記避免出現匹配不當而引起的不必要損失。在確定PLCI/O點數時，要明確用戶輸入設備、輸出設備以及由輸出設備驅動的控制對象等方面的內容。

（三）繪制電氣原理圖

PLC控制系統設計的整個過程中，繪制電氣原理圖以及對PLC變量進行合理規劃是整個PLC控制系統中的重要環節。在繪制電氣原理圖過程中要做好變量規劃工作，即：將PLC的輸入/輸出端口（I/O）分配給參與控制環節的各個電子元器件，并將一定PLC地址賦予給相應的電子元器件上，從而實現元器件電子信息的輸入、輸出路數與實際的電路的相匹配，與此同時需要在繪制的電氣原理圖的時候，將PLC的輸入/輸出端口連接圖考慮在內，一并在電氣原理圖中呈現。

（四）控制程序設計

基于設計任務要求進行相應的軟件的規格說明書的編寫，并在接下來的工作中對說明書中所涉及的編程語言進行相應的程序設計，從而為PLC控制系統賦予相應的程序指令，確保后續系統工作順利開展。

二、PLC控制系統設計的步驟

（一）立足生產的工藝過程分析控制要求

確保PLC控制系統設計的科學性與合理性，在起初必須要對整個工業生產的流程進行綜合的考察與分析，并對控制對象進行進明確。第一，根據控制對象的工作性質以及相應的技術指標對控制目標進行明確，尤其是要對時間控制、速度控制、行程控制等等進行重點的考察，要確保各個硬件之間的合理分工，并通過軟件與硬件的有效結合來提升控制質量和效果，需要注意的是在軟硬件搭配師要充分考察好技術方案與經濟性等相關聯的因素。

（二）明確輸入與輸出設備

根據PLC控制系統工作需要對用戶的輸入設備（傳感器、限位開關、操作開關等按鈕）、輸出設備（繼電器、接觸器、信號燈等元件）進行明確，同時要根據輸出設備對象來確定PLC的I/O點數。需要特別注意的是，在確定PLC時，要在實際需要點數的基礎上，提取10%作為預留。

（三）軟件程序編制

PLC控制系統軟件程序編程主要由硬件設計和軟件設計兩部分組成。具體講：

1.硬件設計

選擇正確的PLC型號是確保控制系統符合穩定性、可靠性等評估指標的關鍵。因此在硬件設計上需要做好相應的工作。第一，要根據工業生產的需求和要求設置與之相匹配的容量、開關量數、輸出的點數、輸出功率以及相應的輸出方式等;第二，確定并繪制PLC的輸入/輸出端口（I/O）地址分配表，并設計科學合理的I/O設備和PLC的連接線路圖，該步驟是設計硬件環節中的重要工作和步驟。在繪制連接線路圖時要將安全因素考慮在內，設置相應的安全應急措施，例如短路保護、過電保護等必備的安全保障舉措;除此之外，要繪制好相應的電氣原理圖，其中包括電器布置圖、操作面板圖、電氣安裝圖等等圖。

2.軟件設計

在設計PLC控制系統軟件部分時，必須對生產工藝與生產實際控制需求進行充分了解和掌握，繪制流程圖要確保被控對象的動作順序清晰、明確。通過控制軟件的設置，工作人員可以根據實際工作需求，把PLC的I/O地址分配表轉變為相應的的梯形圖，并將相應的指令存儲在相應的存儲器上。在實際運用中可以在Windows運行環境中實現梯形圖進行輸入和編輯，并可轉化為相應的指令，實現對梯形圖監控與修正。

（四）生產現場的聯機調試與離線模擬調試

現場的聯機調試工作中，連接輸入設備對輸出設備進行調試，從模擬有關調試程序進行深層調試。在現場聯機調試過程中，可以通過跟蹤、監控及單步等方式，及時發現設備匹配紕漏，并及時采取有效措施進行糾正，避免不必要損失的發生。離線模擬調試是在編程軟件的環境下，實現對程序運行過程進行監控和調試，并可利用相應的開關或者按鈕，通過輸入模擬開關量的輸入實現反復調試。

三、PLC 軟件系統的設計方法

（一）圖解法編程

1.梯形圖設計法

由于設計圖形跟繼電器的控制電路相似度密切，因此可以采用梯形圖語言實現對PLC程序的編制，并參照繼電器的控制電路進行線路圖繪制，該法在實踐中是一種比較簡易的編程方法。

2.時序流程圖設計法

采用時序流程圖設計法時需要在開始時就要對具體時間節點上的控制時序圖進行繪制，并根據相應的時序關系繪制與之相匹配的程序圖，并把程序圖轉化為PLC程序。在實際運用中時序流程圖主要應用在以時間為基準的的編程控制系統上面來。

3.邏輯流程圖設計法

利用邏輯框圖來表示PLC程序的過程來實現對輸入和輸出間的邏輯關系反映。該法具有較強的邏輯關聯系，所涉及的流程圖條理清晰，并能夠將輸入與輸出的關系界定明確，對于分析控制程序非常有利，與此同時還可以更為簡便地查詢出控制系統的故障點所在，方便進行及時地維護和修正。

（二）計算機的輔助編程

利用PLC 編程軟件進行相應的在線編程或離線編程、在線調試或離線模擬、程序設計等工作，利用計算機可以快捷地完成程序存取、加密與形成 EXE 運行文件等系列工作，提升工作效率。此外，利用計算機的輔助編程可以開展在線編程或離線編程、在線調試和離線模擬等工作。

（三）經驗法編程

編程是一項考察經驗性的特殊工作，在編程設計過程中，經驗法編程也是非常有效的一種。工作人員根據程序設計要求和目的，并結合自身的編程工作經驗，可以對編程進行個性地創作，且所設計出的程序體現個人能力，并能夠根據實際情況進行及時地修改。

PLC是融合自動化控制、通信及計算機等領域最新技術的新型工業控制裝置，是現代工業生產中必不可少的組成部分，未來的發展潛力大、空間廣闊，隨著技術的更新速度加快，未來PLC將有更好的發展前景。

參考文獻

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（作者單位：浙江巨化熱電有限公司）