课程设计的基本步骤

7.1.4　PLC课程设计的基本步骤

PLC课程设计的一般步骤可参考如图7.1所示的流程。

1）明确设计任务及控制要求

设计任务书是整个系统设计的依据和基础。首先应熟悉课程设计任务书的详细要求，熟悉被控对象的功能和控制要求，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；是否需要报警功能；电源停电及紧急情况的处理等。

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（电动机、电磁阀等）。

此时，还应确定哪些信号需要输入给PLC、哪些负载由PLC驱动，并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

根据被控对象对控制系统的要求及PLC的输入量、输出量的类型和点数，通过查找图书资料及网络资源，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，通过对用户输入、输出设备的分析和整理，进行相应的I/O分配，确定外部输入输出元件与PLC的I/O点的连接关系，完成I/O分配表。在I/O分配表中，应包含I/O地址、设备代号、设备名称及控制功能，应尽量将相同类型的信号、相同电压等级的信号地址安排在一起，以便于实际施工和布线，并照此绘出I/O接线图。

分配好与各输入量和输出量相对应的元件后，设计出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。

图7.1　PLC课程设计的一般步骤

开关量控制程序一般用梯形图语言进行设计。对于较简单系统的控制程序，可以使用经验设计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，根据系统的工艺流程图画出系统的顺序功能图，再设计PLC梯形图。

程序设计的方法一般有经验设计法、逻辑设计法、移植设计法、顺序控制设计法等，设计时可根据被控对象的工作特点选择相应的设计方法。

4）程序调试

控制程序是控制被控对象工作的软件，控制程序初步完成后，控制系统便有了雏形，要进行模拟调试，有条件的单位可通过将PLC安装配线进行联机调试。在调试过程中要遵循从上到下、先内后外、先局部后整体的原则，设计的程序一般要经过反复调试、修改，直到满足控制要求为止。

一般，程序可利用实训、实验的PLC设备进行模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮等来模拟；各输出量的通断状态用PLC上有关的发光二极管来反映，一般不用接PLC实际的负载（如接触器、电磁阀等）；实际的反馈信号（如限位开关的接通等）可以根据流程图，在适当的时候用开关或按钮来模拟。

PLC生产厂家的编程软件一般均提供模拟调试功能，如三菱电机的编程软件FXGP/WIN、欧姆龙的编程软件CX-Programmer等。可在PLC不外接输入信号和输出执行器件的情况下，通过有关点的接通或断开设置实现内部继电器（软元件）的接通或断开（模拟开关或按钮的动作），并通过输出LED的显示或软件对内部继电器的监控功能，实现对内部继电器包括输出继电器的监控。

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。发现问题后，及时修改程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系均完全符合要求为止。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。

5）撰写课程设计文档

课程设计文档主要包括：

（1）设计任务书。

（2）可编程序控制器的外部接线图和其他电气图纸。

（3）可编程序控制器的编程元件，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、状态器等的元件号、名称、功能以及定时器、计数器的设定值等，以I/O分配表和I/O接线图形式出现。

（4）带注释的梯形图和必要的文字说明。

（5）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。

（6）调试过程和结果。

（7）课程设计小结，包含心得体会。

（8）参考文献资料等。