PLC控制系統設計方法分析

摘 要：隨著科技不斷發展，可編程序控制器（PLC）在工業生產中得到了廣泛應用，由于PLC控制系統具有體積小、抗感能力強、耗能低及可靠性強這些特點，對工業的生產發展具有很大的促進作用。

關鍵詞：PLC；控制系統；設計方法

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

1 前言

伴隨著工業現代化發展，在工業發展中使用單一的儀表或者繼電器已經不能滿足工業現代化的需要，而PLC的功能比較齊全，操作、維修及養護都相對簡單，在我國的工業生產中占有重要的位置，成為生產自動化的重要工具。PLC被廣泛應用到控制系統中，順應了現代化生產的需要。

2 PLC控制系統設計的主要內容

（1）系統流程圖。在進行PLC控制系統設計時，首先要根據系統的需求來完成相應的控制任務，圍繞被控制對象的工作特點、工藝過程以及控制系統的控制過程、功能與規律等方面進行分析，歸納出流程圖及工作循環圖。明確控制及設計的要求，合理劃分控制的每一個階段及其特點。（2）確定PLC的型號及I/O點數。PLC作為控制系統的核心部件，在選型的時候要注意所選公司和外設及PLC容量的大小，正確選擇 PLC是保證整個控制系統的技術及經濟性能指標的重點。確定 PLCI/O點數即選擇用戶輸入設備、輸出設備以及由輸出設備驅動的控制對象。（3）繪制電氣原理圖。合理的PLC變量規劃、繪制電氣原理圖是PLC控制系統設計的重要步驟，變量規劃是指將PLC的輸入/輸出端口（I/O）分配給實際的電子元器件，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跟實際的電路是相互對應的。同時，應在繪制的電氣原理圖里加上PLC的輸入/輸出端口連接圖。（4）進行程序設計。根據設計要求來編寫軟件的規格說明書，接著用相應的編程語言來進行程序設計。

3 PLC控制系統設計的步驟

3.1 根據生產的工藝過程分析控制要求

在進行PLC控制系統的設計之前要先對生產流程進行分析，明確被控制的對象。首先根據技術指標及被控對象的工作性質來確定對PLC控制系統的控制要求，主要包括時間控制、速度控制、行程控制等基本方式[1]。要準確做好硬件和硬件的分工任務，利用軟件或硬件來實現控制系統的部分功能，在選擇使用軟件或硬件時，應注重考慮技術方案與經濟性等關鍵因素作為依據。

3.2 確定用戶的輸入與輸出設備

要根據設計控制的相關要求確定好用戶的輸入設備、輸出設備，并由輸出設備的控制對象來確定PLC的I/O點數，在選購PLC時需要在實際需要點數的基礎上預留10%的余量。輸入設備一般包括傳感器、限位開關、操作開關及按鈕等，用戶輸出設備主要有繼電器、接觸器、信號燈等相關執行元件，其主要控制對象為電磁閥與電動機。

3.3 軟件程序編制

（1）硬件設計。正確地選擇PLC的型號能有效地保證控制系統的可靠性、技術性、經濟性等，選擇并確定PLC容量的大小及開關量數輸入及輸出的點數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設備和PLC的連接線路圖是關鍵的設計步驟。在繪制連接線路圖時，要考慮相應的安全措施，例如進行短路保護、過電保護、互鎖和聯鎖保護等，以確保工作的安全性。電氣系統的設計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，有時還涉及控制臺的設計。（2）軟件設計。在畫PLC控制系統的流程圖時，必須以生產工藝流程與實際控制需求為基礎，使流程圖能夠表明被控對象的動作順序。工作人員通過PLC的I/O地址分配表把控制系統的流程圖或狀態轉移圖轉變為所需的梯形圖，再將PLC程序利用適合的編程工具轉到相應的存儲器中。一般情況下，可以選擇在Windows運行環境中的PLC編程軟件對梯形圖進行輸入和編輯，并轉化成PLC軟件的內部指令，再逐步對梯形圖進行監控、調試及修改。

3.4 生產現場的聯機調試與離線模擬調試

在進行現場的聯機調試過程中，可以通過模擬有關調試程序進行更深層次的調試，即從PLC連接輸入設備，然后連接輸出設備進行調試。現場聯機調試可應用跟蹤、監控及單步的方式來進行調試，以便及時發現配線錯誤。而離線模擬調試是指PLC系統在編程軟件的環境下，可以對程序的運行進行監控和調試，通過使用開關或者按鈕的的輸入模擬開關量的輸入來進行反復調試[2]。

4 PLC 軟件系統的設計方法

4.1 圖解法編程

（1）梯形圖設計法。梯形圖設計法是利用梯形圖語言對PLC程序進行編制，因其設計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的編程，這是一種較為簡便的編程方法。（2）時序流程圖設計法。在使用時序流程圖設計法時，要先繪制出某個時間點應進行某項控制工序的時序圖，也就是控制系統的控制時序圖，再根據相應的時序關系畫出與之相對的程序圖，最后將程序圖轉化為PLC程序。時序流程圖適用于一些以時間為基準的的編程控制系統。（3）邏輯流程圖設計法。邏輯流程圖設計法是指利用邏輯框圖來代表PLC程序的過程，能夠反映出輸入和輸出間的邏輯關系。邏輯流程圖法編制的PLC 控制程序具有很強的邏輯性，思路很清晰，輸入與輸出之間的關系和聯鎖很明確，有利于分析控制程序，從而找出故障點，便于程序的調試及維修。

4.2 計算機的輔助編程

計算機的輔助編程設計主要是利用PLC 編程軟件進行在線編程或離線編程、在線調試或離線模擬、程序設計等，在計算機中使用編程軟件可以便捷的進行程序存取、加密與形成 EXE 運行文件，還可以進行在線編程或離線編程、在線調試和離線模擬。

4.3 經驗法編程

經驗法編程是根據自身的實踐并綜合他人的有效經驗進行編程設計，在進行設計前，選擇的程序必須與自己的工藝要求相近，然后結合自己的具體情況來對所選擇的程序進行修改。

5 結語

PLC是一種以自動化控制技術、通信技術及計算機技術為基礎發展的新型工業控制裝置，在社會各領域的生產中得到了廣泛應用。就目前社會生產力的發展來看，PLC會有更大的發展空間，產品的品種會越來越豐富，通過這些高科技的設備來實現生產的自動化與現代化，對工業的快速發展起著重大的促進作用。

參考文獻：

[1]羅志海，楊潤澤，尹曉春.基于PLC控制系統設計的工程應用[J].新技術新工藝，2011，13（02）：87-89.

[2]何躍武.PLC控制系統的安全設計[J].自動化應用，2011，11（02）：231-233.