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時(shí)間：2023-03-17作者：潯之漫智控技術(shù)(上海)有限公司瀏覽：37

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PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃

PLC控制技術(shù)是一種用于工程實(shí)際的應(yīng)用技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平將直接影響控制系統(tǒng)、設(shè)備的運(yùn)行可靠性。如何根據(jù)不同的控制要求，設(shè)計(jì)出運(yùn)行穩(wěn)定、動(dòng)作可靠、安全實(shí)用、操作簡單、調(diào)試方便、維護(hù)容易的控制系統(tǒng)，是廣大讀者學(xué)習(xí)PLC技術(shù)的根本目的。

與絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)也可以分為系統(tǒng)規(guī)劃、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等基本的步驟、每一部分的設(shè)計(jì)都有不同的要求。本章將首先按照實(shí)際工程設(shè)計(jì)的步驟，對規(guī)劃PLC控制系統(tǒng)的基本方法與步驟作系統(tǒng)、完整的介紹，然后再介紹有關(guān)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)調(diào)試等方面的內(nèi)容與實(shí)例。

出于內(nèi)容**性，方便讀者閱讀進(jìn)口設(shè)備圖紙，以及與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)接軌等方面的考慮、本章中的全部電氣技術(shù)要求、電路圖形符號(hào)、文字代號(hào)均執(zhí)行DIN標(biāo)準(zhǔn)，并與IEC、ANSI、BS標(biāo)準(zhǔn)保持廣泛的一致性。

1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

電氣控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的保證，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)安全、準(zhǔn)確、可靠運(yùn)行的前提條件?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)必須以滿足生產(chǎn)工藝要求，保證系統(tǒng)安全、準(zhǔn)確、可靠運(yùn)行為準(zhǔn)則，并通過科學(xué)的方法與現(xiàn)代化的手段，進(jìn)行合理的規(guī)劃與認(rèn)真的設(shè)計(jì)。

PLC控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，一段可以分為系統(tǒng)規(guī)劃、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試、技術(shù)文件編制五個(gè)基本的步驟。

在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循如下基本設(shè)計(jì)原則：

1) 實(shí)現(xiàn)設(shè)備、生產(chǎn)機(jī)械、生產(chǎn)工藝的全部動(dòng)作。

2) 滿足設(shè)備、生產(chǎn)機(jī)械對產(chǎn)品的加工質(zhì)量以及生產(chǎn)效率的要求。

3) 確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠地工作。

4) 盡可能地簡化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)、制造成本。

5) 充分提高自動(dòng)化程度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

6) 改善操作性能，方便維修等。

在上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則中，為重要的是要滿足系統(tǒng)控制要求、確保系統(tǒng)性、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這三方面。

(1) 滿足系統(tǒng)控制要求。作為一種工業(yè)控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)是為了滿足控制對象(設(shè)備、生產(chǎn)機(jī)械、生產(chǎn)工藝等)的各項(xiàng)控制要求，使其達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的性能指標(biāo)，而采用的一種現(xiàn)代化的控制方法與手段。系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須確保能實(shí)現(xiàn)對象的全部動(dòng)作，滿足對象的各項(xiàng)技術(shù)要求。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)人員必須深入生產(chǎn)現(xiàn)場或通過認(rèn)真調(diào)研被控對象的機(jī)械、氣動(dòng)、液壓的組成和工作原理；充分了解設(shè)備、生產(chǎn)機(jī)械需要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作和應(yīng)具備的功能及對電控的要求；詳盡掌握設(shè)備中各種執(zhí)行元件的性能與參數(shù)；以便有的放矢地開展設(shè)計(jì)工作。

在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員應(yīng)首**行控制系統(tǒng)的規(guī)劃，確定系統(tǒng)的總體方案與控制系統(tǒng)的類型，明確為了實(shí)現(xiàn)不同的控制要求，需要在系統(tǒng)中所采取的措施，并選定主要的組成部件。

總體方案設(shè)計(jì)完成后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)會(huì)同機(jī)械、氣動(dòng)、液壓設(shè)計(jì)人員、操作者，用戶、供應(yīng)商等、對總體方案設(shè)計(jì)進(jìn)行評審，并**項(xiàng)目相關(guān)部門與技術(shù)人員、操作者的認(rèn)可。在充分聽取各方面意見的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者決定是否需要對總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。當(dāng)方案有重大改，在修改方案完成后，還應(yīng)再次進(jìn)行總體方案的評審。

(2) 確保系統(tǒng)性。在系統(tǒng)總體打方確定后的具體技術(shù)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員必須首先考慮系統(tǒng)的安全性與可靠性，確保控制系統(tǒng)能夠長期安全、穩(wěn)定、可靠地上作。

控制系統(tǒng)的安全性包括確保操作人員人身安全與設(shè)備安全兩大方面。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須符合各種相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)(如CE標(biāo)準(zhǔn))的規(guī)定。在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮各種安全防護(hù)措施，如安全電路、安全防護(hù)等。而且對于涉及人身安全的部件，必須在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)作“互鎖”，嚴(yán)防發(fā)生危及操作者安全的事故。

設(shè)備安全是電氣設(shè)計(jì)人員必須考慮的問題。尤其應(yīng)重視設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)部件故障或其他原因的緊急停機(jī)的情況，控制系統(tǒng)的動(dòng)作必須迅速、可靠、安全。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須采用符合EN標(biāo)準(zhǔn)要求的安全電路；應(yīng)充分考慮到PLC本身發(fā)生故障的可能性；安全電路必須利用電磁動(dòng)作元件組成，并且滿足"強(qiáng)制執(zhí)行"條件。

對于某些執(zhí)行元件的動(dòng)作，如電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)接觸器等，應(yīng)進(jìn)行可靠的動(dòng)作"互鎖"。這些"互鎖"不能僅在PLC用戶程序中進(jìn)行，還必須在強(qiáng)電控制線路中同樣得到保證，以防發(fā)生危及設(shè)備安全的事故，做到萬無一失。

控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵?？刂葡到y(tǒng)的動(dòng)作不可靠，不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的運(yùn)行故障，影響加工產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，而從可能引發(fā)安全事故。

在保安全性與可靠性要求的前提下，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、簡化操作、簡化線路、簡化程序不僅可以降，而且也是提高系統(tǒng)可靠性的重要措施。嚴(yán)格按照PLC的設(shè)計(jì)規(guī)范與要求進(jìn)行設(shè)計(jì);按照PLC的安裝要求進(jìn)行安裝；按規(guī)范進(jìn)行布線與施工；對用戶程序進(jìn)行多方檢查與試驗(yàn)；采取正確的抗干擾措施等，都是提高系統(tǒng)可靠件的重要手段。

(3)簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在能夠完全滿足控制對象的各項(xiàng)控制要求，確保系統(tǒng)安全性、可靠性，不影響系統(tǒng)自動(dòng)化程度與功能的前提下，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能簡單、實(shí)用。簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不僅僅是降低生產(chǎn)制造成本的需要，而且也是提高系統(tǒng)可靠性的重要措施。

簡化系統(tǒng)包括簡化操作、簡化線路、簡化程序等方面。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具有良好的操作性能，為操作者提供友好的界面，盡可能為操作、使用提供便利。設(shè)計(jì)不但要考慮人機(jī)工程學(xué)，而且應(yīng)盡可能減少不必要的控制按鈕等操作元件的數(shù)量(有關(guān)安全的除外)，簡化操作過程。設(shè)備的操作過程應(yīng)簡潔、明了、方便、容易。

系統(tǒng)控制線路的設(shè)計(jì)必須簡單、可靠，應(yīng)盡可能減少不必要的控制器件與連線。簡單、實(shí)用的控制線路不僅可以降低生產(chǎn)制造成本，重要的是它可以提高系統(tǒng)工作的性，方便用戶使用與維修。

PLC用戶程序也要盡量簡化，使用的指令應(yīng)越簡潔、越明了越好；要杜絕人為地使程序復(fù)雜化，從而為他人理解程序增加困難的現(xiàn)象。

采用梯形圖編程時(shí)，應(yīng)盡可能減少不必要的輔助繼電器、觸點(diǎn)的使用數(shù)量。過多的輔助繼電器、觸點(diǎn)不僅影響程序的執(zhí)行速度，延長循環(huán)掃描時(shí)間，而且會(huì)給程序的檢查、閱讀帶來不必要的麻煩，影響調(diào)試、維修進(jìn)度。

2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(調(diào)試)可以按照圖5-1所示進(jìn)行。設(shè)計(jì)可分為系統(tǒng)規(guī)劃、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試及技術(shù)文件的編制五個(gè)階段。

(1) 系統(tǒng)規(guī)劃。系統(tǒng)規(guī)劃為設(shè)計(jì)的一步，內(nèi)容包括確定控制系統(tǒng)方案與總體設(shè)計(jì)兩部分。確定控制系統(tǒng)方案時(shí)，應(yīng)首先明確控制對象所需要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作與功能、生產(chǎn)工藝要求與設(shè)備的現(xiàn)場布置情況；在此基礎(chǔ)上確定系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，選擇系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)形式與組成部件。

系統(tǒng)規(guī)劃的具體內(nèi)容包括：明確控制要求，確定系統(tǒng)類型，確定硬件配置要求；選擇PLC的型號(hào)、規(guī)格，確定I/O模塊的數(shù)量與規(guī)格，選擇特殊功能模塊；選擇人機(jī)界面、伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器、調(diào)速裝置等。

(2) 硬件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)規(guī)劃與總體設(shè)計(jì)完成后的技術(shù)設(shè)計(jì)。在這一階段，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)總體方案完成電氣控制原理圖、連接圖、元件布置圖等基本圖樣的設(shè)計(jì)工作。

圖5-1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟

在此基礎(chǔ)上，應(yīng)匯編完整的電器元件目錄與配套件清單，提供給采購供應(yīng)部門購買相關(guān)的組成部件。同時(shí)，根據(jù)PLC的安裝要求與用戶的環(huán)境條件，結(jié)合所設(shè)計(jì)的電氣原理圖與連接、布置圖，完成用于安裝以上電器元件的控制柜、操縱臺(tái)等零部件的設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)完成后，將全部圖樣與外購元器件、標(biāo)準(zhǔn)件等匯編成統(tǒng)一的基本件、外購件、標(biāo)準(zhǔn)件明細(xì)表(目錄)，提供給生產(chǎn)、供應(yīng)部門組織生產(chǎn)與采購。

(3) 軟件設(shè)計(jì)。PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是編制PLC用戶程序、特殊功能模塊控制軟件、確定PLC 以及功能模塊的設(shè)定參數(shù)(如需要)等。它可以與系統(tǒng)電器元件安裝柜、臺(tái)的制作、元器件的采購?fù)竭M(jìn)行。

軟件設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)所確定的總體方案與已經(jīng)完成的電氣控制原理圖，按照原理圖所確定的I/O地址，編寫實(shí)現(xiàn)控制要求與功能的PLC用戶程序。為了方便調(diào)試、維修，通常需要在軟件設(shè)計(jì)階段同時(shí)編寫出程序說明書、I/O地址表、注釋表等輔助文件。

在程序設(shè)計(jì)完成后，一般應(yīng)通過PLC編程軟件所具備的自診斷功能對PLC程序進(jìn)行基本的檢查，排除程序中的電路與語法錯(cuò)誤。在有條件時(shí)，應(yīng)通過必要的模擬與手段，對程序進(jìn)行模擬與試驗(yàn)。對于初次使用的伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器等部件，可以通過檢查與運(yùn)行的方法，事**行離線調(diào)整與測試，以縮短現(xiàn)場調(diào)試的周期。

(4) 現(xiàn)場調(diào)試。PLC的現(xiàn)場調(diào)試是檢查、優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)，提高控制系統(tǒng)性的重要步驟。為了防止調(diào)試過程中可能出現(xiàn)的問題，確保調(diào)試工作的順利進(jìn)行，現(xiàn)場調(diào)試應(yīng)在完成控制系統(tǒng)的安裝、連接、用戶程序編制后，按照調(diào)試前的檢查、硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、空運(yùn)行試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)等規(guī)定的步驟進(jìn)行。

在調(diào)試階段，一切均應(yīng)以滿足控制要求，確保系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行為高準(zhǔn)則，它是檢驗(yàn)硬件、軟件設(shè)計(jì)正確性的一標(biāo)準(zhǔn)，任何影響系統(tǒng)安全性與可靠性的設(shè)計(jì)，都必須予以修改，絕不能遺留事故隱患，以免導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

(5) 編制技術(shù)文件。在設(shè)備安全、可靠運(yùn)行得到確認(rèn)后，設(shè)計(jì)人員可以著手進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)文件的編制工作，諸如修改電氣原理圖、連接圖，編寫設(shè)備操作、使用說明書，備份PLC用戶程序，記錄調(diào)整、設(shè)定參數(shù)等。

文件的編寫應(yīng)正確、全面，必須保證圖與實(shí)物一致，電氣原理圖、用戶程序、設(shè)定參數(shù)必須為調(diào)試完成后的終版本。文件的編寫應(yīng)規(guī)范、系統(tǒng)，盡可能為設(shè)備使用者及今后的維修工作提供方便。








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