控制系统设计的基本步骤

2.2.3　PLC控制系统设计的基本步骤

PLC控制系统设计的一般步骤如图2.16所示。

图2.16　PLC控制系统设计步骤

1）深入了解控制对象及控制要求

这一步是系统设计的基础。首先应详细了解被控对象的全部功能和它对控制系统的要求，例如机械的动作；机械、液压、气动、仪表、电气系统之间的关系；系统是否需要设置多种工作方式（如自动、半自动、手动等）；PLC与系统中其他智能装置之间的关系；是否需要通信联网功能；是否需要报警；电源停电及紧急情况下的处理等。

在这一阶段，还要选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号指示灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象如电动机等。并应确定哪些信号需要输入给PLC、哪些负载要由PLC驱动，分类统计出各输入量和输出量的性质，是开关量还是模拟量、是直流量还是交流量以及电压的大小等级，为PLC的选型和硬件配置提供依据。

2）确定硬件配置，画出硬件接线图

正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术与经济性能指标起着重要的作用。

根据被控对象对控制系统的要求及PLC输入量、输出量的类型和点数，确定PLC的型号和硬件配置。对于整体式PLC，应确定基本单元和扩展单元的型号；对于模块式PLC，应确定框架（或基板）的型号及所需模块的型号和数量。

PLC硬件配置确定后，应对I/O点进行分配，确定外部输入输出元件与PLC I/O点的连接关系，完成I/O点地址定义表。

分配好与各输入量和输出量对应的元件后，设计PLC的外部接线图、其他部分的电气原理图、接线图和安装所需的图纸，以便进行硬件装配。

3）设计控制程序

在硬件设计的基础上，通过控制程序的设计完成系统的各项控制功能。

开关量控制程序一般用梯形图语言进行设计，对于较简单的控制系统，可以使用经验法直接设计出梯形图；对于比较复杂的系统，一般采用顺序控制设计法，先根据系统的工艺流程图画出系统的顺序功能图，再设计梯形图。

4）调试程序

程序的调试可以分为两步：

（1）模拟调试

用户程序一般先在实验室进行模拟调试，实际的输入信号可以用开关和按钮等模拟，各输出量的通断状态用PLC上的发光二极管来显示，一般不用接PLC的实际负载（如接触器、电磁阀等）。对于实际的反馈信号（如限位开关的通断等），可根据流程图，在适当的时候用开关或按钮来模拟。

有些厂家的编程软件提供模拟调试甚至仿真功能，可在PLC不外接输入信号和输出执行器件的情况下，通过内部继电器强制点的接通或断开设置，实现开关信号的通、断模拟，并通过输出LED的显示或软件的监控功能，实现对内部继电器包括输出继电器的监控。如三菱电机的编程软件FXGP/WIN或欧姆龙的编程软件CX-Programmer等。

在调试时应充分考虑各种可能的情况。系统各种不同的工作方式、有选择序列的流程图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题应及时修改程序，直到输入量与输出量之间的关系完全符合要求为止。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。

（2）现场调试

现场调试要等到系统其他硬件安装和接线工作完成后才能进行。在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行，以缩短整个工程周期。

完成以上工作后，将PLC安装到控制现场，进行联机总调试。在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题以及梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。

5）编写技术文件

系统交付使用前，应根据调试的最终结果整理出完整的技术文件，并提供给用户，以利于系统的维修和改进。技术文件主要包括：

（1）可编程控制器的外部接线图和其他电气图纸。

（2）可编程控制器的编程元件表，包括程序中使用的输入/输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等的元件号、名称、功能以及定时器、计数器的设定值等。

（3）带注释的梯形图和必要的文字说明。

（4）如果梯形图是用顺序控制法编写的，应提供顺序功能图或状态表。