任何一個控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)對被控對象的工藝要求，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)計原則、設(shè)計步驟和設(shè)計內(nèi)容。

  PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計分為單機設(shè)計、群機(生產(chǎn)線)設(shè)計和過程控制設(shè)計。單機設(shè)計指PLC僅用于單臺設(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，控制系統(tǒng)相對比較簡單，大都為開關(guān)量邏輯控制。對初學(xué)PLC的人來說，單機設(shè)計是一個很好的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的切入口。群機設(shè)計涉及多臺設(shè)備之間的互動關(guān)系，比單機要復(fù)雜一些。而過程控制則是一個生產(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)用知識面相當廣，一般來說，不是一個人所能單獨完成的。下面對 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計討論主要針對單機和群機設(shè)計而言。

  1. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則

  PLC 控制系統(tǒng)以實現(xiàn)控制對象的自動化要求為前提，以保證系統(tǒng)安全為準則，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量為宗旨，因而在設(shè)計中要遵循以下原則：

  (1)最大限度地滿足被控對象的要求。

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

  (2)確保控制系統(tǒng)、操作人員及生產(chǎn)設(shè)備的安全。

  保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計系統(tǒng)的重要原則。設(shè)計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，人工操縱錯誤等)也能安全可靠。

  (3)力求簡單、經(jīng)濟、實用、可靠且維護方便。

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

  (4)留有適當?shù)陌l(fā)展余地。

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

  2. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟和內(nèi)容

  PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟如下所述。

  1)分析控制要求

  這一點是最重要的一步，是全部設(shè)計的基礎(chǔ)。在設(shè)計控制系統(tǒng)時，首先要深入了解、詳細分析、認真研究被控對象(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、自動、半自動、斷續(xù)等)、各種保護(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)計人員去補充。

  在分析控制要求時，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計人員必須與工藝、機械等方面的工程技術(shù)人員和現(xiàn)場操作人員密切配合，共同解決設(shè)計中出現(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)合機械機構(gòu)及裝置則可事半功倍。同樣，也不要追求現(xiàn)場操作越簡單越好，適當?shù)牟僮魇侄瓮瑯訒喕疨LC控制系統(tǒng)的設(shè)計。

  如果改造舊設(shè)備，還要仔細閱讀原使用說明書和電器原理圖等技術(shù)資料，要詳細了解被控對象的全部功能，如機械部件的動作順序、動作條件和必要的保護。設(shè)備內(nèi)部的機械、氣動、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。

  對控制要求進行詳細了解分析是做好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、輸出量的點數(shù)和類型來確定PLC的型號和相應(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。在選擇這些元器件時，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，能滿足要求且價格較低就是最好的，具體的選擇方法可以參考有關(guān)手冊資料。

  3)PLC的用戶程序設(shè)計

  用戶程序設(shè)計又稱PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計。上面的兩個步驟基本上都是為用戶程序設(shè)計準備的。關(guān)于用戶程序設(shè)計的進一步說明見5.5.2節(jié)PLC用戶程序設(shè)計。

  4)PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試

  當PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計完畢后，并不能馬上投入運行，還需要經(jīng)過模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試，這是非常重要的一個環(huán)節(jié)。任何環(huán)節(jié)的設(shè)計很難說不經(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行。

  5)編寫技術(shù)文件

  PLC控制系統(tǒng)交付使用并穩(wěn)定運行一段時間后，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。一般來說，技術(shù)文件包括以下內(nèi)容。

  控制系統(tǒng)的使用說明書。

  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)。

  其他說明文件。