任何一個(gè)控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的工藝要求，并提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)一樣，都必須遵循一定的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)內(nèi)容。

  PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為單機(jī)設(shè)計(jì)、群機(jī)(生產(chǎn)線)設(shè)計(jì)和過程控制設(shè)計(jì)。單機(jī)設(shè)計(jì)指PLC僅用于單臺(tái)設(shè)備的控制系統(tǒng)，這是目前應(yīng)用最廣泛的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，大都為開關(guān)量邏輯控制。對(duì)初學(xué)PLC的人來(lái)說(shuō)，單機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)很好的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的切入口。群機(jī)設(shè)計(jì)涉及多臺(tái)設(shè)備之間的互動(dòng)關(guān)系，比單機(jī)要復(fù)雜一些。而過程控制則是一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)過程的控制、控制系統(tǒng)大而復(fù)雜，涉及的PLC應(yīng)用知識(shí)面相當(dāng)廣，一般來(lái)說(shuō)，不是一個(gè)人所能單獨(dú)完成的。下面對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)討論主要針對(duì)單機(jī)和群機(jī)設(shè)計(jì)而言。

  1. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

  PLC 控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象的自動(dòng)化要求為前提，以保證系統(tǒng)安全為準(zhǔn)則，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量為宗旨，因而在設(shè)計(jì)中要遵循以下原則：

  (1)最大限度地滿足被控對(duì)象的要求。

  充分發(fā)揮PLC的控制功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。

  (2)確?？刂葡到y(tǒng)、操作人員及生產(chǎn)設(shè)備的安全。

  保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的重要原則。設(shè)計(jì)必須考慮正常情況下安全可靠，還必須考慮非正常情況下(如突然斷電，突然斷電再上電，人工操縱錯(cuò)誤等)也能安全可靠。

  (3)力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠且維護(hù)方便。

  投入產(chǎn)出比是衡量控制系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)。因此，在滿足控制要求的前提下，在保證安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行的原則下，應(yīng)注意系統(tǒng)設(shè)計(jì)盡可能降低工程成本、使用成本和維護(hù)成本，不要盲目地追求高指標(biāo)和高度自動(dòng)化。

  (4)留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地。

  由于技術(shù)不斷地發(fā)展，控制系統(tǒng)要求也會(huì)發(fā)生改變。因此，考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的更改，對(duì)所采用的PLC、I/O模塊、內(nèi)存容量都要適當(dāng)留有余地。

  2. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容

  PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟如下所述。

  1)分析控制要求

  這一點(diǎn)是最重要的一步，是全部設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，首先要深入了解、詳細(xì)分析、認(rèn)真研究被控對(duì)象(設(shè)備、生產(chǎn)線或者生產(chǎn)過程)的工藝流程、工藝參數(shù)及控制任務(wù)。在許多情況下，客戶提供的控制要求都比較簡(jiǎn)單、抽象，許多意外情況的緊急處理和一般情況下所要完成的操作處理可能沒有提及。例如，應(yīng)具備的操作方式(手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)、斷續(xù)等)、各種保護(hù)(斷電、過載、誤操作等)、PLC與其他智能設(shè)備(變頻器，溫控儀等)之間的關(guān)系，各種顯示方式(指示燈、文本顯示、觸摸屏等)等，這都需要PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員去補(bǔ)充。

  在分析控制要求時(shí)，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須與工藝、機(jī)械等方面的工程技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)操作人員密切配合，共同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。某些控制要求，如果單純用PLC控制系統(tǒng)去解決，可能難度較大，成本較高，而結(jié)合機(jī)械機(jī)構(gòu)及裝置則可事半功倍。同樣，也不要追求現(xiàn)場(chǎng)操作越簡(jiǎn)單越好，適當(dāng)?shù)牟僮魇侄瓮瑯訒?huì)簡(jiǎn)化PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

  如果改造舊設(shè)備，還要仔細(xì)閱讀原使用說(shuō)明書和電器原理圖等技術(shù)資料，要詳細(xì)了解被控對(duì)象的全部功能，如機(jī)械部件的動(dòng)作順序、動(dòng)作條件和必要的保護(hù)。設(shè)備內(nèi)部的機(jī)械、氣動(dòng)、液壓、儀表及電氣系統(tǒng)之間的關(guān)系，有哪些控制方式、需要顯示哪些物理量和顯示方式等。

  對(duì)控制要求進(jìn)行詳細(xì)了解分析是做好PLC控制系統(tǒng)的第一步，且是最重要的一步。做好這一步，下面的工作將變得比較容易且反復(fù)較少，能夠做到一步到位。

  2)確定PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成

  在充分對(duì)控制要求分析的基礎(chǔ)上，就要確定 PLC 控制系統(tǒng)的硬件組成及元器件的選擇。

  首先是選擇合適的 PLC，一般情況是根據(jù) PLC 的輸入量、輸出量的點(diǎn)數(shù)和類型來(lái)確定PLC的型號(hào)和相應(yīng)特殊模塊。

  確定系統(tǒng)輸入元件(按鈕、行程開關(guān)、傳感有源開關(guān)、傳感器、變送器等)和輸出元件(接觸器、繼電器、電磁閥、指示燈、電鈴、各種控制板等)的品牌、型號(hào)。在選擇這些元器件時(shí)，一定要以控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性為主，在保證上述三性的前提下，能滿足要求且價(jià)格較低就是最好的，具體的選擇方法可以參考有關(guān)手冊(cè)資料。

  3)PLC的用戶程序設(shè)計(jì)

  用戶程序設(shè)計(jì)又稱PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。上面的兩個(gè)步驟基本上都是為用戶程序設(shè)計(jì)準(zhǔn)備的。關(guān)于用戶程序設(shè)計(jì)的進(jìn)一步說(shuō)明見5.5.2節(jié)PLC用戶程序設(shè)計(jì)。

  4)PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試

  當(dāng)PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)完畢后，并不能馬上投入運(yùn)行，還需要經(jīng)過模擬調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，這是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。任何環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)很難說(shuō)不經(jīng)過調(diào)試就能使用，只要通過調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)用戶程序和外部控制回路的矛盾之處。只有通過調(diào)試才能最后確定用戶程序和外部控制回路的正確性。關(guān)于PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試詳見5.5.3節(jié)。待調(diào)試中出現(xiàn)的問題解決后才能正式投入運(yùn)行。

  5)編寫技術(shù)文件

  PLC控制系統(tǒng)交付使用并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，可以根據(jù)最終結(jié)果整理出完整的技術(shù)文件，并提供給客戶，以便在今后使用。一般來(lái)說(shuō)，技術(shù)文件包括以下內(nèi)容。

  控制系統(tǒng)的使用說(shuō)明書。

  控制系統(tǒng)電氣原理圖(含系統(tǒng)所使用的所有電氣元器件的隨機(jī)文件)。

  完整的梯形圖文件(I/O地址分配表、PLC配線圖、帶注釋的梯形圖程序)。

  其他說(shuō)明文件。