PLC控制系統設計：硬件設計
軟件設計
一、PLC控制系統的設計原則
1、硬件設計
硬件設計內容：PLC機型的選擇
輸入/輸出設備的選擇
圖樣（如接線圖等）繪制。
硬件設計應遵循的原則：
1）經濟性
2）可靠性
3）先進性及可擴展性
2、軟件設計
軟件就是編寫滿足生產控制要求的PLC用戶程序，即繪制梯形圖或編寫語句表。
軟件設計的原則：
1）、邏輯關系要簡單明了，易于編程。
如繼電器的觸點可使用無數次，只要在實現某個邏輯功能所需要的地方，可隨時使用，使編制的程序具有可讀性，但要避免使用不必要的觸點。
、保證程序功能的前提下盡量減少指令和程序的運行時間。
二、PLC控制系統的設計步驟
PLC系統設計的一般方法和步驟：



分析生產過程、明確控制要求
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繪制系統的流程圖
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選擇PLC機型
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PLC的I/O地址分配
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電氣電路設計 程序設計與調試
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總裝調試
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試運行

1、確定方案
被控對象環境較差，系統工藝復雜，考慮用PLC控制系統。
控制很簡單，可考慮用繼電器控制系統。
用PLC控制，首先要了解系統的工作過程及所有功能要求，從而分析被控對象的控制過程，輸入/輸出量是開關量還是模擬量，明確控制要求，繪出控制系統的流程圖。
2、選擇PLC機型
PLC在可靠性上是沒有問題的，機型的選擇主要是考慮在功能上滿足系統的要求。
機型的選擇依據：控制對象的輸入量、輸出量
工作電壓
輸出功率
現場對系統的響應速度要求
控制室與現場的距離等。
3、選擇I/O設備，列出I/O地址分配表
輸出設備：控制按鈕、行程開關、接近開關等
輸出設備：接觸器、電磁閥、信號燈等
1）確定輸入、輸出設備的型號和數量；
2）列寫輸入/輸出設備與PLC的I/O地址對照表；
3）繪制接線圖及編程。
分配I/O地址時應注意以下幾點：
1）把所有按鈕、行程開關等集中配置，按順序分配I/O地址。
2）每個I/O設備占用1個I/O地址。
3）同一類型的I/O點應盡量安排在同一個區。
4）彼此有關的輸出器件，如電動機正反轉，其輸出地址應連續分配。
4、設計電氣線路圖
1）繪制電動機的主電路及PLC外部的其它控制電路圖。
2）繪制PLC的I/O接線圖
注：接在PLC輸入端的電器元件一律為常開觸點，如停止按鈕等。
繪制PLC及I/O設備的供電系統圖
輸入電路一般由PLC內部提供電源，輸出電路根據負載的額定電壓外接電源。
5、程序設計與調試
程序設計可用經驗設計法或功能表圖設計法，或者是兩者的組合。
6、總裝調試
接好硬件線路，把程序輸入PLC中，聯機調試。

三、設計技巧
1．I/O點數的估算
在選機型時，應保證I/O點數有15～20%的余量。
2．內存容量的估算
用戶程序所占內存容量受I/O點數、用戶程序編制水平等因素的影響，程序越短，程序執行的掃描周期就越短。
估算內存大小可根據下列方法來確定：
1）開關量I/O點數：
一般PLC的開關量I/O點數的比值為3/2（CPM1A）或1/1（FX2N），因此根據I/O總點數所需的內存容量為：
所需內存步數 = I/O開關量總點數×（10～15）
2）模擬量I/O總點數
具有模擬量控制要求的系統要用到數據傳送和運算等功能指令，所占內存較多，其內存容量可按下式計算：
所需內存步數 = 模擬量I/O總點數×（200～250）
3）程序編寫的質量
設計人員的編程水平直接影響到程序的長短及運行時間。
綜上所述，估算PLC所需內存的總容量為：
開關量I/O總點數×（10～15）+模擬量I/O總點數×（200～250）+30%的余量
3、響應時間
系統響應時間：指輸入信號產生時刻與輸出信號狀態發生變化的時間間隔，若輸入信號的變化頻率快于一個掃描周期，系統就不能可靠地響應每個輸入信號，這時應盡量縮短程序，提高響應速度。
4、功能要求與PLC結構的合理性
1）不需要PLC之間通訊，系統規模較小，可考慮用整體式結構的PLC。
2）既有開關量控制，又有模擬量控制，以及通訊要求等大中型控制系統，可考慮用模塊式結構，易于功能的擴展，同時模塊式結構一旦發生故障比較容易排除。
5、輸入/輸出模塊的選擇
輸入模塊類型分為DC5V、12V、24V、48V和AC110V、220V等。
系統現場與主機之間距離<10m，可選擇DC5V輸入形式；
系統現場與主機之間距離為10～30m可用DC12V、24V；
系統現場與主機之間距離>30m可用DC48V等
輸出模塊有繼電器輸出型、晶體管輸出型、晶閘管輸出型，可根據不同需要選擇輸出類型。
6．程序設計方法
1）經驗設計法
經驗設計法：依據繼電器控制線路原理圖翻譯成梯形圖。
經驗設計法用于對現有的繼電器控制系統進行技術改造時比較方便。
2）順序控制設計法
順序控制系統：用功能圖設計法可編制出可讀性很強的程
序，且可減少編程時間。
3）兩種方法的結合
復雜系統：通常用公共程序和手動程序相對較為簡單。
手動程序：經驗設計法設計，
自動程序：功能圖設計法，
總之，程序設計方法要根據具體情況選擇相應的設計
方法，不要拘泥于某一種設計方法，要靈活運用
四、PLC控制系統設計的注意事項
（一）輸入信號處理
1）輸入設備采用兩線式傳感器（如接近開關）時，由于漏電流比較大，可能會產生錯誤的輸入信號。要在輸入端并聯一旁路電阻。
2）輸入信號由晶體管提供，要求晶體管截止電阻大于10kΩ，導通電阻小于800Ω。（二）PLC的安全保護及提高可靠性的措施
1）短路保護
如果負載發生短路，很容易燒壞PLC，因此與繼電器控制線路一樣，在負載回路中要裝熔斷器。
2）感性輸入/輸出的處理
I/O端口接有感性元件時：
a)對直流電路，應在兩端并聯續流二極管，如圖6-8（a）；
通常續流二極管可選擇1A的管子，額定電壓應大于電源電壓的3倍
b)對交流電路，應并聯阻容電路，以抑制電路斷開時產生的電弧對PLC的影響，如圖6-8（b）。
電阻可取50～120Ω，電容取0.1～0.47μF，電容的額定電壓應大于電源峰值電壓。








感性負載的處理
3）安裝與布線
PLC應遠離強干擾源，如大功率可控硅裝置、高頻焊機等，PLC不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內，在柜內PLC應遠離動力線（二者間距應大于200mm）。與PLC裝在同一開關柜內的不是由PLC控制的電感性元件，如接觸器的線圈，應并聯RC消弧電路。
4）PLC的接地
PLC應與其它設備分開接地，或接到同一接地端，禁止通過其它設備接地，以免產生干擾。接地線的截面應大于2mm&sup2;。

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