PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)包括分析工藝流程，明確控制要求、確定控制方案、選擇機(jī)型和輸入輸出設(shè)備選擇及輸入輸出點(diǎn)分配，施工設(shè)計(jì)、總裝調(diào)試等。
一、分析工藝流程，明確控制要求，確定控制方案
首先要詳細(xì)分析實(shí)際生產(chǎn)的工藝流程，工作特點(diǎn)及控制系統(tǒng)的控制任務(wù)、控制過(guò)程、控制特點(diǎn)，控制功能，明確輸入，輸出量的性質(zhì)，充分了解被控對(duì)象的控制要求。
在分析被控對(duì)象的基礎(chǔ)上，根據(jù)plc的特點(diǎn)，與繼電器控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制方案的分析與比較，如果被控系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境較差，而安全性，可靠性要求較高，輸入輸出多為開(kāi)關(guān)量，而用常規(guī)的繼電器接觸器實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)較復(fù)雜或難以實(shí)現(xiàn)，工藝流程經(jīng)常改變，那么，用可編程序控制器進(jìn)行控制將是合適的。
二、選擇機(jī)型
隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和型號(hào)越來(lái)越多，功能日趨完善。從美國(guó)，日本、德國(guó)等國(guó)家引進(jìn)的PLC產(chǎn)品及國(guó)內(nèi)廠商組裝或自行開(kāi)發(fā)的PLC產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列。上百種型號(hào)。其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)，編程方法、價(jià)格等各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC產(chǎn)品，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。一般來(lái)說(shuō)，各個(gè)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品在可靠性上都是過(guò)關(guān)的，機(jī)型的選擇主要是指在功能上如何滿足自己需要，而不浪費(fèi)機(jī)器容量。PLC的選擇主要包括機(jī)型選擇，容量選擇，輸入輸出模塊選擇、電源模塊選擇等幾個(gè)方面。
1、可編程控制器控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)估算
I/O點(diǎn)數(shù)是衡量可編程控制器規(guī)模大小的重要指標(biāo)。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，選擇相應(yīng)規(guī)模的可編程控制器并留有10%～15%的I/O裕量。估算出被控對(duì)象上I/O點(diǎn)數(shù)后，就可選擇點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)目删幊炭刂破鳌Ｈ绻菫榱藛螜C(jī)自動(dòng)化或機(jī)電一體化產(chǎn)品，可選用小型機(jī)，如果控制系統(tǒng)較大，輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多，被控制設(shè)備分散，就可選用大、中型可編程控制器。
2、內(nèi)存估計(jì)
用戶程序所需內(nèi)存容量要受到下面幾個(gè)因素的影響：內(nèi)存利用率；開(kāi)關(guān)量輸入輸出點(diǎn)數(shù)；模擬量輸入輸出點(diǎn)數(shù)；用戶的編程水平。
（1）內(nèi)存利用率 用戶編的程序通過(guò)編程器鍵入主機(jī)內(nèi)，最后是以機(jī)器語(yǔ)言的形式存放在內(nèi)存中，同樣的程序，不同廠家的產(chǎn)品，在把程序變成機(jī)器語(yǔ)言存放時(shí)所需要的內(nèi)存數(shù)不同，我們把一個(gè)程序段中的接點(diǎn)數(shù)與存放該程序段所代表的機(jī)器語(yǔ)言所需的內(nèi)存字?jǐn)?shù)的比值稱為內(nèi)存利用率。高的利用率給用戶帶來(lái)好處。同樣的程序可以減少內(nèi)存量，從而降低內(nèi)存投資。另外同樣程序可縮短掃描周期時(shí)間，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)。
（2）開(kāi)關(guān)量輸入輸出的點(diǎn)數(shù) 可編程控制器開(kāi)關(guān)量輸入輸出總點(diǎn)數(shù)是計(jì)算所需內(nèi)存儲(chǔ)器容量的重要根據(jù)。一般系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出的比為6：4。這方面的經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù)開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出的總點(diǎn)數(shù)給出的。
所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開(kāi)關(guān)量（輸入+輸出）總點(diǎn)數(shù)*10
（3）模擬量輸入輸出總點(diǎn)數(shù) 具有模擬量控制的系統(tǒng)就要用到數(shù)字傳送和運(yùn)算的功能指令，這些功能指令內(nèi)存利用率較低，因此所占內(nèi)存數(shù)要增加。
在只有模擬量輸入的系統(tǒng)中，一般要對(duì)模擬量進(jìn)行讀入、數(shù)字濾波、傳送和比較運(yùn)算。在模擬量輸入輸出同時(shí)存在的情況下，就要進(jìn)行較復(fù)雜的運(yùn)算，一般是閉環(huán)控制，內(nèi)存要比只有模擬量輸入的情況需要量大。在模擬量處理中。常常把模擬量讀入、濾波及模擬量輸出編成子程序使用，這使所占內(nèi)存大大減少，特別是在模擬量路數(shù)比較多時(shí)。每一路模擬量所需的內(nèi)存數(shù)會(huì)明顯減少。下面給出一般情況下的經(jīng)驗(yàn)公式：
只有模擬量輸入時(shí)：
內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點(diǎn)數(shù)*l00
模擬量輸入輸出同時(shí)存在時(shí)：
內(nèi)存字?jǐn)?shù)＝模擬量點(diǎn)數(shù)*200
這些經(jīng)驗(yàn)公式的算法是在10點(diǎn)模擬量左右，當(dāng)點(diǎn)數(shù)小于10時(shí)，內(nèi)存字?jǐn)?shù)要適當(dāng)加大，點(diǎn)數(shù)多時(shí)，可適當(dāng)減小。
（4）程序編寫(xiě)質(zhì)量 用戶編寫(xiě)的程序優(yōu)劣對(duì)程序長(zhǎng)短和運(yùn)行時(shí)間都有較大影響。對(duì)于同樣系統(tǒng)不同用戶編寫(xiě)程序可能會(huì)使程序長(zhǎng)度和執(zhí)行時(shí)間差距很大。一般來(lái)說(shuō)對(duì)初編者應(yīng)為內(nèi)存多留一些余量，而有經(jīng)驗(yàn)的編程者可少留一些余量。
綜上所述，推薦下面的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：
總存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)＝（開(kāi)關(guān)量輸人點(diǎn)數(shù)+開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)）*l0+模擬量點(diǎn)數(shù)*150。然后按計(jì)算存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)的25%考慮裕量。
3、響應(yīng)時(shí)間
對(duì)過(guò)程控制，掃描周期和響應(yīng)時(shí)間必須認(rèn)真考慮。可編程控制器順序掃描的工作方式使它不能可靠地接收持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的輸入信號(hào)。例如某產(chǎn)品有效檢測(cè)寬度為5cm，產(chǎn)品傳送速度每分鐘50m，為了確保不會(huì)漏檢經(jīng)過(guò)的產(chǎn)品，要求可編程控制器的掃描周期不能大于產(chǎn)品通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間間隔60ms（T＝5cm ／50m／60s）。
系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是指輸入信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻與由此而使輸出信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)刻的時(shí)間間隔。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間＝輸入濾波時(shí)間+輸出濾波時(shí)間+掃描周期.
4、功能、結(jié)構(gòu)要合理
單機(jī)控制往往是用一臺(tái)可編程控制器控制一臺(tái)設(shè)備，或者一臺(tái)可編程控制器控制幾臺(tái)小設(shè)備，例如對(duì)原有系統(tǒng)的改造、完善其功能等。單機(jī)控制沒(méi)有可編程控制器間的通信問(wèn)題；但功能要求全面。選擇箱體式結(jié)構(gòu)的可編程控制器為好。若只有開(kāi)關(guān)量控制，可選擇F1、F2、FX、GE-1、C-20、S5-101、TI100、EX-40等品種。另外，國(guó)產(chǎn)化CKY-40H、D-40、CF-40、PCZ-40、ACMY-S256品種也可與進(jìn)口貨相媲美。
若被控對(duì)象是開(kāi)關(guān)量和模擬量共有，就要選擇有相應(yīng)功能可編程序控制器。模塊式結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品構(gòu)成系統(tǒng)靈活，易于擴(kuò)充，但造價(jià)高，適于大型復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。
5、輸入輸出模塊的選擇
可編程控制器輸入模塊是檢測(cè)并轉(zhuǎn)換來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（按鈕、限位開(kāi)關(guān)；接近開(kāi)關(guān)等）的高電平信號(hào)為機(jī)器內(nèi)部電平信號(hào)，模塊類型分直流5、12、24、48、60V幾種；交流115V和220V兩種。由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與模塊之間的遠(yuǎn)近程度選擇電壓的大小。一般5、12、24V屬低電平，傳輸距離不宜太遠(yuǎn)，例如5V的輸入模塊最遠(yuǎn)不能超過(guò)10m，也就是說(shuō)，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓的模塊比較可靠。另外高密度的輸入模塊如32點(diǎn)、64點(diǎn)，同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般講，同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)60%。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須考慮門(mén)檻（接通電平與關(guān)斷電平之差）電平的大小。門(mén)檻電平值越大，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也就越遠(yuǎn)。
輸出模塊的任務(wù)是將機(jī)器內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為外部過(guò)程的控制信號(hào)。對(duì)于開(kāi)關(guān)頻繁、電感性、低功率因數(shù)的負(fù)載，推薦使用晶閘管輸出模塊，缺點(diǎn)是模塊價(jià)格高；過(guò)載能力稍差。繼電器輸出模塊優(yōu)點(diǎn)是適用電壓范圍寬，導(dǎo)通壓降損失小，價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是壽命短，響應(yīng)速度慢。輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的電流累計(jì)值必須小于公共端所允許通過(guò)的電流值。輸出模塊的電流值必須大于負(fù)載電流的額定值。
6、結(jié)構(gòu)型式的考慮
PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊大印刷電路板上，節(jié)省了插接環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格也比模塊式的便宜，所以小型PLC控制系統(tǒng)多采用整體式結(jié)構(gòu)。模塊式PLC的功能擴(kuò)展，I/O點(diǎn)數(shù)的增減，輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的比例，都比整體式方便靈活。維修時(shí)更換模塊，判斷與處理故障快速方便。因此，對(duì)于較復(fù)雜的要求較高的系統(tǒng)，一般選用模塊式結(jié)構(gòu)。
7、對(duì)用戶存貯器的要求
一般PLC都用CMOS RAM作用戶存貯器，它具有靜態(tài)消耗電流小（1／A）的特點(diǎn)。為了在停電時(shí)保護(hù)用戶程序和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通常用鋰電池作后備電源。
如果被控系統(tǒng)的工藝要求固定不變，所編程序經(jīng)調(diào)試后己比較完善，不需要經(jīng)常修改，為了防止他人隨意改動(dòng)控制程序，可以采用EPROM（選購(gòu)件）將用戶程序固化。
8、是否需要通訊聯(lián)網(wǎng)的功能
大部分小型PLC都是以單機(jī)自動(dòng)化為目的，一般沒(méi)有和上位計(jì)算機(jī)通訊的接口。如果用戶要求將PLC納入工廠自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)，就應(yīng)選用帶有通訊接口的PLC。一般大、中型PLC都具有通訊功能。（http://www.diangon.com/版權(quán)所有）近年來(lái)，一些高性能的小型機(jī)（如FX、C40H、S5-100U等）也帶有通訊接口，通過(guò)RS-232串行接口，與上位計(jì)算機(jī)或另一臺(tái)PLC相連，也可以連接打印機(jī)、CRT等外部設(shè)備。
以上簡(jiǎn)要地介紹了PLC選型的依據(jù)和應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題，用戶應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的需要，綜合考慮各種因素，選擇性能價(jià)格比合適的產(chǎn)品，使被控對(duì)象的控制要求得到完全滿足，也使PLC的功能得到充分發(fā)揮。
三、輸入輸出設(shè)備選擇及輸入輸出點(diǎn)分配
在PLC控制系統(tǒng)中，通常用作輸入器件的強(qiáng)電元件是控制按鈕，行程開(kāi)關(guān)、繼電器等的觸點(diǎn)。PLC的執(zhí)行元件通常有接觸器、電動(dòng)機(jī)、電磁閥，信號(hào)燈等。要根據(jù)控制系統(tǒng)的需要進(jìn)行選擇。
四、施工設(shè)計(jì)
與一般電氣施工設(shè)計(jì)相同， PLC控制系統(tǒng)的施工設(shè)計(jì)需完成下列工作：畫(huà)出完整的電路圖；注明電氣元件清單；畫(huà)出電氣柜內(nèi)電器位置圖和電器安裝接線互連圖。另外，還需完成下列幾項(xiàng)工作：
1、畫(huà)出電動(dòng)機(jī)主回路及不進(jìn)入PLC的控制回路。為了保證系統(tǒng)的可靠性，手動(dòng)電路、急停電路一般不進(jìn)入PLC控制電路。例如，保護(hù)開(kāi)關(guān)，熱繼電器，熔斷器和限位保護(hù)開(kāi)關(guān)等均不進(jìn)入PLC控制電路，電源也應(yīng)相互分開(kāi)，以備PLC異常時(shí)能夠使用。
2、畫(huà)出PLC輸入，輸出接線圖。注意要按現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表的規(guī)定，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)線接在對(duì)應(yīng)的端子上。
3、對(duì)重要的互鎖，如電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)、熱繼電器等需在外電路用硬接線再連鎖。凡是有致命危險(xiǎn)的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)成與PLC無(wú)關(guān)的硬線邏輯。
4、畫(huà)出PLC的電源進(jìn)線接線圖和執(zhí)行動(dòng)作電器的供電系統(tǒng)圖。
五、總裝調(diào)試
1、程序調(diào)試
將設(shè)計(jì)好的程序用編程器輸入到PLC中，進(jìn)行編輯和檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即修改和調(diào)整程序。
2、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試
現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢后，可對(duì)硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)某些參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)確定和調(diào)整。
3、安全檢查
最后對(duì)系統(tǒng)的所有安全措施作徹底檢查，準(zhǔn)確無(wú)誤后即可投入試運(yùn)行，待一切正常后，將程序固化在有長(zhǎng)久記憶功能的只讀存儲(chǔ)器EPROM中長(zhǎng)期保存。