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系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的主要步驟

1．深入了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求

2．確定IO設(shè)備，常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。

3．選擇合適的PLC類型， 根據(jù)已確定的用戶IO設(shè)備，統(tǒng)計(jì)所需的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，選擇合適的PLC類型。

4．分配IO點(diǎn)，編制出輸入輸出端子的接線圖。

5．設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序，這一步是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心的工作。

6．將程序輸入PLC，當(dāng)使用計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可將程序下載到PLC中。

7．進(jìn)行軟件測(cè)試，在將PLC連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上之前，必須進(jìn)行軟件測(cè)試，以排除程序中的錯(cuò)誤。

8．應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要逐一排除，直至調(diào)試成功。

9．編制技術(shù)文件， 系統(tǒng)技術(shù)文件包括功能說(shuō)明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、PLC梯形圖等。

PLC選型

在滿足控制要求的前提下，選型時(shí)應(yīng)選擇的性能價(jià)格比，具體應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。

1．性能與任務(wù)相適應(yīng)

2．PLC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求

3．PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型系列應(yīng)統(tǒng)一

4．在線編程和離線編程的選擇

PLC容量估算

PLC容量包括兩個(gè)方面：一是IO的點(diǎn)數(shù)，二是用戶存儲(chǔ)器的 容量。

1．IO點(diǎn)數(shù)的估算

根據(jù)功能說(shuō)明書，可統(tǒng)計(jì)出PLC系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量IO點(diǎn)數(shù)及模擬量IO通道數(shù)，以及開(kāi)關(guān)量和模擬量的信號(hào)類型。應(yīng)在統(tǒng)計(jì)后得出IO總點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上，增加10％～15％的裕量。選定的PLC機(jī)型的IO能力極限值必須大于IO點(diǎn)數(shù)估算值，并應(yīng)盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應(yīng)留有30％左右的裕量。

2. 存儲(chǔ)器容量估算

用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如IO點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè)IO點(diǎn)及有關(guān)功能器件占用的內(nèi)存大致如下：

所需存儲(chǔ)器容量(KB)＝(1～1.25)×(DI×10＋DO×8＋AIO×100＋CP×300)1024

其中：DI為數(shù)字量輸入總點(diǎn)數(shù)；DO為數(shù)字量輸出總點(diǎn)數(shù)；AIAO為模擬量IO通道總數(shù)；CP為通信接口總數(shù)。

IO模塊的選擇

1．開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇

PLC的輸入模塊用來(lái)檢測(cè)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)(如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、溫控開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)等)電平信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸入模塊按輸入點(diǎn)數(shù)分，常用的有8點(diǎn)、12點(diǎn)、16點(diǎn)、32點(diǎn)等；按工作電壓分，常用的有直流5 V、12 V、24 V，交流110 V、220 V等選擇輸入模塊主要應(yīng)考慮以下兩點(diǎn)：

(1) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)(如按鈕、行程開(kāi)關(guān))與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來(lái)選擇電壓的高低。一般，24 V以下屬低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12 V電壓模塊一般不超過(guò)10 m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。

(2) 高密度的輸入模塊，如32點(diǎn)輸入模塊，允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)數(shù)的60％。

；按外部接線方式又可分為匯點(diǎn)輸入、分隔輸入等。

2．開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇

輸出模塊的任務(wù)是將PLC內(nèi)部低電平的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向可控硅輸出和晶體管輸出。

1) 輸出方式的選擇

繼電器輸出價(jià)格便宜，使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬間過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，且有隔離作用。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動(dòng)作不頻繁的交直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載時(shí)，大開(kāi)閉頻率不得超過(guò)1 Hz。

晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開(kāi)瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的反壓，必須采取抑制措施

2) 輸出電流的選擇

模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)，則應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對(duì)于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，故要留有足夠的裕量。

3) 允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)

在選用輸出模塊時(shí)，還要看整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)荷能力，如OMRON公司的CQM1-OC222是16點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)點(diǎn)允許通過(guò)電流2 A(AC250 VDC24 V)。但整個(gè)模塊允許通過(guò)的大電流僅8 A。

分配輸入輸出點(diǎn)

一般輸入點(diǎn)與輸入信號(hào)、輸出點(diǎn)與輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的；在個(gè)別情況下，也有兩個(gè)信號(hào)用一個(gè)輸入點(diǎn)的，那樣就應(yīng)在接入輸入點(diǎn)前，按邏輯關(guān)系接好線(如兩個(gè)觸點(diǎn)先串聯(lián)或并聯(lián))，然后再接到輸入點(diǎn)。

1. 明確IO通道范圍

不同型號(hào)的PLC，其輸入輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選PLC型號(hào)，弄清相應(yīng)的IO點(diǎn)地址的分配。

2. 內(nèi)部輔助繼電器

內(nèi)部輔助繼電器不對(duì)外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器時(shí)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)處理用。根據(jù)程序設(shè)計(jì)的需要，應(yīng)合理安排PLC的內(nèi)部輔助繼電器，在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中應(yīng)詳細(xì)列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復(fù)使用。

3．分配定時(shí)器計(jì)數(shù)器

對(duì)用到定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的控制系統(tǒng)，注意定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的編號(hào)不能相同。若掃描時(shí)間較長(zhǎng)，則要使用高速定時(shí)器以保證計(jì)時(shí)準(zhǔn)確

安全回路設(shè)計(jì)

安全回路起保護(hù)人身安全和設(shè)備安全的作用，它應(yīng)能獨(dú)立于PLC工作，并采用非半導(dǎo)體的機(jī)電元件以硬接線方式構(gòu)成。

確保系統(tǒng)安全的硬接線邏輯回路，在以下幾種情況下將發(fā)揮安全保護(hù)作用：① PLC或機(jī)電元件檢測(cè)到設(shè)備發(fā)生緊急異常狀態(tài)時(shí)；② PLC失控時(shí)；③ 操作人員需要緊急干預(yù)時(shí)。

設(shè)計(jì)安全回路的任務(wù)包括以下內(nèi)容：

(1) 確定控制回路之間邏輯和操作上的互鎖關(guān)系；

(2) 設(shè)計(jì)硬回路以提供對(duì)過(guò)程中重要設(shè)備的手動(dòng)安全性干預(yù)手段；

(3) 為PLC定義故障形式和重新啟動(dòng)特性。

PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

PLC應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容

PLC應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，它要求設(shè)計(jì)人員既要有PLC、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，又要有自動(dòng)控制的技術(shù)，還要有一定的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

一個(gè)實(shí)用的PLC軟件工程的設(shè)計(jì)通常要涉及以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

(1) PLC軟件功能的分析與設(shè)計(jì)；

(2) IO信號(hào)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)(3) 程序結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)；

(4) 軟件設(shè)計(jì)規(guī)格說(shuō)明書編制；

(5) 用編程語(yǔ)言、PLC指令進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；

(6) 軟件測(cè)試；

(7) 程序使用說(shuō)明書編制。

PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)步驟

根據(jù)可編程序控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝要求，在軟件規(guī)格說(shuō)明書的基礎(chǔ)上，編制實(shí)際應(yīng)用程序并形成程序說(shuō)明書的過(guò)程就是應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。

1. 制定設(shè)備運(yùn)行方案

制定方案就是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，分析各輸入、輸出與各種操作之間的邏輯關(guān)系，確定需要檢測(cè)的量和控制的方法，并設(shè)計(jì)出系統(tǒng)中各設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序。據(jù)此便可畫出流程圖。

2. 畫控制流程圖

對(duì)于較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，可省去這一步。

3. 制定系統(tǒng)的抗干擾措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境、干擾源的性質(zhì)等因素，綜合制定系統(tǒng)的硬件和軟件抗干擾措施，如硬件上的電源隔離、信號(hào)濾波，軟件上的平均值濾波等。

4. 編寫程序

根據(jù)被控對(duì)象的輸入輸出信號(hào)及所選定的PLC型號(hào)分配PLC的硬件資源，為梯形圖的各種繼電器或接點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，再按照軟件規(guī)格說(shuō)明書(技術(shù)要求、編制依據(jù)、測(cè)試)，用梯形圖進(jìn)行編程。

5. 軟件測(cè)試

剛編寫好的程序難免有缺陷或錯(cuò)誤。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯(cuò)誤和缺陷，需要對(duì)程序進(jìn)行離線測(cè)試。經(jīng)調(diào)試、排錯(cuò)、修改及模擬運(yùn)行后，才能正式投入運(yùn)行。

6. 編制程序使用說(shuō)明書

當(dāng)一項(xiàng)軟件工程完成后，為了便于用戶和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員的使用，應(yīng)對(duì)所編制的程序進(jìn)行說(shuō)明，說(shuō)明書應(yīng)包括程序設(shè)計(jì)的依據(jù)、結(jié)構(gòu)、功能、流程圖，各項(xiàng)功能單元的分析，PLC的IO信號(hào)，軟件程序操作使用的步驟、注意事項(xiàng)等。

PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 工藝過(guò)程及控制要求

1) 工藝過(guò)程

圖6.1所示為一簡(jiǎn)易物料搬運(yùn)機(jī)械手的工藝流程圖。該機(jī)械手是一個(gè)水平垂直位移的機(jī)械設(shè)備，其操作是將工件從左工作臺(tái)搬運(yùn)到右工作臺(tái)，由光耦合器VLC來(lái)檢測(cè)工作臺(tái)上有沒(méi)有工件。機(jī)械手通常位于原點(diǎn)，它的動(dòng)作全部由氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸則由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升下降和左移右移分別由雙線圈二位電磁閥控制，放松夾緊由一個(gè)單線圈二位電磁閥(稱為夾緊電磁閥)控制。

2) 控制要求

機(jī)械手整個(gè)搬運(yùn)過(guò)程要求都能自動(dòng)控制。在啟動(dòng)過(guò)程中能切換到手動(dòng)控制及自動(dòng)控制或半自動(dòng)控制(又稱單周期控制)，以便對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修。圖6.2是機(jī)械手控制系統(tǒng)的邏輯流程圖。系統(tǒng)啟動(dòng)之前，機(jī)械手處于原始位置，條件是機(jī)械手在高位﹑左位。

2. 可編程序控制器選型

1) 硬件配置

系統(tǒng)輸入信號(hào)有3個(gè)啟動(dòng)按鈕，4個(gè)限位開(kāi)關(guān)，5個(gè)手動(dòng)輸入信號(hào)，1個(gè)有工件檢測(cè)信號(hào)，共計(jì)14個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)；輸出信號(hào)有機(jī)械手上升下降驅(qū)動(dòng)信號(hào)﹑左移右移驅(qū)動(dòng)信號(hào)和機(jī)械手夾緊驅(qū)動(dòng)信號(hào)，共有5個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)。不需模擬量模塊，選擇S7-300系列的CPU313，加上數(shù)字量輸入模塊SM321及輸出模塊SM322就可以滿足要求，而且還有一定的裕量。

2) IO地址分配

將14個(gè)輸入信號(hào)、5個(gè)輸出信號(hào)與PLC的IO端一一對(duì)應(yīng)，編排好地址，