PLC控制技術是一種用于工程實際的應用技術，系統(tǒng)設計的水平將直接影響控制系統(tǒng)、設備的運行可靠性。如何根據(jù)不同的控制要求，設計出運行穩(wěn)定、動作可靠、安全實用、操作簡單、調試方便、維護容易的控制系統(tǒng)，是廣大讀者學習PLC技術的根本目的。

  與絕大多數(shù)計算機控制系統(tǒng)設計一樣，PLC控制系統(tǒng)設計也可以分為系統(tǒng)規(guī)劃、硬件設計、軟件設計等基本步驟，每一部分的設計都有不同的要求。本章將首先按照實際工程設計的步驟，對規(guī)劃PLC控制系統(tǒng)的基本方法與步驟進行系統(tǒng)、完整的介紹，然后再介紹有關控制系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計調試等方面的內容與實例。

  出于內容先進性，為方便讀者閱讀進口設備圖紙，以及與國際先進技術標準接軌等方面的考慮，本章中的全部電氣技術要求、電路圖形符號、文字代號均執(zhí)行DIN標準，并與IEC、ANSI、BS標準保持廣泛的一致性。

  (1)系統(tǒng)設計原則

  電氣控制系統(tǒng)是實現(xiàn)生產自動化的保證，也是機電一體化系統(tǒng)安全、準確、可靠運行的前提條件。控制系統(tǒng)設計必須以滿足生產工藝要求，保證系統(tǒng)安全、準確、可靠運行為準則，并通過科學的方法與現(xiàn)代化的手段，進行合理的規(guī)劃與認真的設計。

  PLC控制系統(tǒng)的工程設計，一段可以分為系統(tǒng)規(guī)劃、硬件設計、軟件設計、系統(tǒng)調試、技術文件編制五個基本的步驟。

  在PLC控制系統(tǒng)的設計中應遵循如下基本設計原則：a.實現(xiàn)設備、生產機械、生產工藝的全部動作;

  b.滿足設備、生產機械對產品的加工質量以及生產效率的要求;c.確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠地工作;

  d.盡可能地簡化控制系統(tǒng)的結構，降低生產、制造成本;e.充分提高自動化程度，減輕勞動強度;f.改善操作性能，方便維修等。

  在上述系統(tǒng)設計原則中，最為重要的是要滿足系統(tǒng)控制要求、確保系統(tǒng)安全可靠性、簡化系統(tǒng)結構這三方面。

  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(設備、生產機械、生產工藝等)的各項控制要求，使其達到設計規(guī)定的性能指標，而采用

  的一種現(xiàn)代化的控制方法與手段。系統(tǒng)設計必須確保能實現(xiàn)對象的全部動作，滿足對象的各項技術要求。

  在系統(tǒng)設計前，設計人員必須深入生產現(xiàn)場或通過認真調研被控對象的機械、氣動、液壓的組成和工作原理，充分了解設備、生產機械需要實現(xiàn)的動作和應具備的功能及對電控的要求，詳盡掌握設備中各種執(zhí)行元件的性能與參數(shù)，以便有的放矢地開展設計工作。

  在此基礎上，設計人員應首先進行控制系統(tǒng)的規(guī)劃，確定系統(tǒng)的總體方案與控制系統(tǒng)的類型，明確為了實現(xiàn)不同控制要求，在系統(tǒng)中所采取的措施，并選定主要的組成部件。

  總體方案設計完成后，設計人員應會同機械、氣動、液壓設計人員、操作者、用戶、供應商等，對總體方案設計進行評審，并取得項目相關部門與技術人員、操作者的認可。在充分聽取各方面意見的基礎上，設計者決定是否需要對總體設計方案進行修改。當方案有重大更改時，在修改方案完成后，還應再次進行總體方案的評審。

  ②確保系統(tǒng)安全可靠性 在系統(tǒng)總體方案確定后的具體技術設計階段，設計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、可靠地工作。

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

  系統(tǒng)的設計必須符合各種相關安全標準(如CE標準)的規(guī)定。在設計中應充分考慮各種安全防護措施，如安全電路、安全防護等。而且對于涉及人身安全的部件，必須在電氣控制系統(tǒng)設計時進行嚴格的動作“互鎖”，嚴防發(fā)生危及操作者安全的事故。

  設備安全是電氣設計人員必須考慮的問題，尤其應重視設備運行過程中出現(xiàn)部件故障或其他原因的緊急停機的情況，控制系統(tǒng)的動作必須迅速、可靠、安全。

  系統(tǒng)設計中，必須采用符合EN標準要求的安全電路;應充分考慮到PLC本身發(fā)生故障的可能性;安全電路必須利用電磁動作元件組成，并且滿足"強制執(zhí)行"條件。

  對于某些執(zhí)行元件的動作，如電機的正/反轉接觸器等，應進行可靠的動作"互鎖"。這些“互鎖”不能僅在PLC用戶程序中進行，還必須在強電控制線路中同樣得到保證，以防發(fā)生危及設備安全的事故，做到萬無一失。

  控制系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性是系統(tǒng)設計成敗的關鍵，控制系統(tǒng)的動作不可靠，不僅會導致設備的運行故障，影響加工產品的質量和生產效率，從而可能引發(fā)安全事故。

  在保證安全性與可靠性要求的前提下，簡化系統(tǒng)結構、簡化操作、簡化線路、簡化程序，不僅可以降低成本，而且也是提高系統(tǒng)可靠性的重要措施。嚴格按照PLC的設計規(guī)范與要求進行設計，按照PLC的安裝要求進行安裝，按規(guī)范進行布線與施工，對用戶程序進行多方檢查與試驗，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)結構 在能夠完全滿足控制對象的各項控制要求，確保系統(tǒng)安全性、可靠性，不影響系統(tǒng)自動化程度與功能的前提下，系統(tǒng)的設計應盡可能簡單、實用。簡化系統(tǒng)結構不僅僅是降低生產制造成本的需要，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)設計應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。設計不但要考慮人機工程學，而且應盡可能減少不必要的控制按鈕等操作元件的數(shù)量(有關安全的除外)，簡化操作過程。設備的操作過程應簡潔、明了、方便、容易。

  系統(tǒng)控制線路的設計必須簡單、可靠，應盡可能減少不必要的控制器件與連線。簡單實用的控制線路不僅可以降低生產制造成本，更重要的是它可以提高系統(tǒng)工作的安全可靠性，方便用戶使用與維修。

  PLC用戶程序也要盡量簡化，使用的指令應越簡潔、越明了越好;要杜絕人為地使程序復雜化，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，應盡可能減少不必要的輔助繼電器、觸點的使用數(shù)量。過多的輔助繼電器、觸點不僅影響程序的執(zhí)行速度，延長循環(huán)掃描時間，而且會給程序的檢查、閱讀帶來不必要的麻煩，影響調試、維修進度。