PLC控制技術(shù)是一種用于工程實際的應(yīng)用技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計的水平將直接影響控制系統(tǒng)、設(shè)備的運行可靠性。如何根據(jù)不同的控制要求，設(shè)計出運行穩(wěn)定、動作可靠、安全實用、操作簡單、調(diào)試方便、維護容易的控制系統(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)計算機控制系統(tǒng)設(shè)計一樣，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計也可以分為系統(tǒng)規(guī)劃、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等基本步驟，每一部分的設(shè)計都有不同的要求。本章將首先按照實際工程設(shè)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(guān)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計調(diào)試等方面的內(nèi)容與實例。

  出于內(nèi)容先進性，為方便讀者閱讀進口設(shè)備圖紙，以及與國際先進技術(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、文字代號均執(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)計原則

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

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

  在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)遵循如下基本設(shè)計原則：a.實現(xiàn)設(shè)備、生產(chǎn)機械、生產(chǎn)工藝的全部動作;

  b.滿足設(shè)備、生產(chǎn)機械對產(chǎn)品的加工質(zhì)量以及生產(chǎn)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(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)、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(shè)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(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)機械、生產(chǎn)工藝等)的各項控制要求，使其達到設(shè)計規(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)計必須確保能實現(xiàn)對象的全部動作，滿足對象的各項技術(shù)要求。

  在系統(tǒng)設(shè)計前，設(shè)計人員必須深入生產(chǎn)現(xiàn)場或通過認真調(diào)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(shè)備、生產(chǎn)機械需要實現(xiàn)的動作和應(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)計工作。

  在此基礎(chǔ)上，設(shè)計人員應(yīng)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(shè)計完成后，設(shè)計人員應(yīng)會同機械、氣動、液壓設(shè)計人員、操作者、用戶、供應(yīng)商等，對總體方案設(shè)計進行評審，并取得項目相關(guān)部門與技術(shù)人員、操作者的認可。在充分聽取各方面意見的基礎(chǔ)上，設(shè)計者決定是否需要對總體設(shè)計方案進行修改。當(dāng)方案有重大更改時，在修改方案完成后，還應(yīng)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(shù)設(shè)計階段，設(shè)計人員必須首先考慮系統(tǒng)的安全性與可靠性，確?？刂葡到y(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(shè)備安全兩大方面。

  系統(tǒng)的設(shè)計必須符合各種相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)(如CE標(biāo)準(zhǔn))的規(guī)定。在設(shè)計中應(yīng)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(shè)計時進行嚴(yán)格的動作“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)計人員必須考慮的問題，尤其應(yīng)重視設(shè)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(shè)計中，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(zhuǎn)接觸器等，應(yīng)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(shè)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(shè)計成敗的關(guān)鍵，控制系統(tǒng)的動作不可靠，不僅會導(dǎo)致設(shè)備的運行故障，影響加工產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)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(jié)構(gòu)、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(yán)格按照PLC的設(shè)計規(guī)范與要求進行設(shè)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(jié)構(gòu) 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(shè)計應(yīng)盡可能簡單、實用。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)計不但要考慮人機工程學(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。簡單實用的控制線路不僅可以降低生產(chǎn)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(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，應(yīng)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(diào)試、維修進度。