PLC控制系統(tǒng)設計的主要任務

系統(tǒng)設計的主要任務包括分析工藝流程，明確控制要求、確定控制方案、選擇機型和輸入輸出設備選擇及輸入輸出點分配，施工設計、總裝調試等。
一、分析工藝流程，明確控制要求，確定控制方案
首先要詳細分析實際生產的工藝流程，工作特點及控制系統(tǒng)的控制任務、控制過程、控制特點，控制功能，明確輸入，輸出量的性質，充分了解被控對象的控制要求。
在分析被控對象的基礎上，根據plc的特點，與繼電器控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)進行控制方案的分析與比較，如果被控系統(tǒng)的應用環(huán)境較差，而安全性，可靠性要求較高，輸入輸出多為開關量，而用常規(guī)的繼電器接觸器實現，系統(tǒng)較復雜或難以實現，工藝流程經常改變，那么，用可編程序控制器進行控制將是合適的。
二、選擇機型
隨著PLC的推廣普及，PLC產品的種類和型號越來越多，功能日趨完善。從美國，日本、德國等國家引進的PLC產品及國內廠商組裝或自行開發(fā)的PLC產品已有幾十個系列。上百種型號。其結構形式、性能、容量、指令系統(tǒng)，編程方法、價格等各有不同，適用的場合也各有側重。因此，合理選擇PLC產品，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術經濟指標起著重要作用。一般來說，各個廠家生產的產品在可靠性上都是過關的，機型的選擇主要是指在功能上如何滿足自己需要，而不浪費機器容量。PLC的選擇主要包括機型選擇，容量選擇，輸入輸出模塊選擇、電源模塊選擇等幾個方面。
1、可編程控制器控制系統(tǒng)I/O點數估算
I/O點數是衡量可編程控制器規(guī)模大小的重要指標。根據被控對象的輸入信號與輸出信號的總點數，選擇相應規(guī)模的可編程控制器并留有10%～15%的I/O裕量。估算出被控對象上I/O點數后，就可選擇點數相當的可編程控制器。如果是為了單機自動化或機電一體化產品，可選用小型機，如果控制系統(tǒng)較大，輸入輸出點數較多，被控制設備分散，就可選用大、中型可編程控制器。
2、內存估計
用戶程序所需內存容量要受到下面幾個因素的影響：內存利用率；開關量輸入輸出點數；模擬量輸入輸出點數；用戶的編程水平。
（1）內存利用率 用戶編的程序通過編程器鍵入主機內，最后是以機器語言的形式存放在內存中，同樣的程序，不同廠家的產品，在把程序變成機器語言存放時所需要的內存數不同，我們把一個程序段中的接點數與存放該程序段所代表的機器語言所需的內存字數的比值稱為內存利用率。高的利用率給用戶帶來好處。同樣的程序可以減少內存量，從而降低內存投資。另外同樣程序可縮短掃描周期時間，從而提高系統(tǒng)的響應。
（2）開關量輸入輸出的點數 可編程控制器開關量輸入輸出總點數是計算所需內存儲器容量的重要根據。一般系統(tǒng)中，開關量輸入和開關量輸出的比為6：4。這方面的經驗公式是根據開關量輸入、開關量輸出的總點數給出的。
所需內存字數=開關量（輸入+輸出）總點數*10
（3）模擬量輸入輸出總點數 具有模擬量控制的系統(tǒng)就要用到數字傳送和運算的功能指令，這些功能指令內存利用率較低，因此所占內存數要增加。
在只有模擬量輸入的系統(tǒng)中，一般要對模擬量進行讀入、數字濾波、傳送和比較運算。在模擬量輸入輸出同時存在的情況下，就要進行較復雜的運算，一般是閉環(huán)控制，內存要比只有模擬量輸入的情況需要量大。在模擬量處理中。常常把模擬量讀入、濾波及模擬量輸出編成子程序使用，這使所占內存大大減少，特別是在模擬量路數比較多時。每一路模擬量所需的內存數會明顯減少。下面給出一般情況下的經驗公式：
只有模擬量輸入時：
內存字數=模擬量點數*l00
模擬量輸入輸出同時存在時：
內存字數＝模擬量點數*200
這些經驗公式的算法是在10點模擬量左右，當點數小于10時，內存字數要適當加大，點數多時，可適當減小。
（4）程序編寫質量 用戶編寫的程序優(yōu)劣對程序長短和運行時間都有較大影響。對于同樣系統(tǒng)不同用戶編寫程序可能會使程序長度和執(zhí)行時間差距很大。一般來說對初編者應為內存多留一些余量，而有經驗的編程者可少留一些余量。
綜上所述，推薦下面的經驗計算公式：
總存儲器字數＝（開關量輸人點數+開關量輸出點數）*l0+模擬量點數*150。然后按計算存儲器字數的25%考慮裕量。
3、響應時間
對過程控制，掃描周期和響應時間必須認真考慮。可編程控制器順序掃描的工作方式使它不能可靠地接收持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號。例如某產品有效檢測寬度為5cm，產品傳送速度每分鐘50m，為了確保不會漏檢經過的產品，要求可編程控制器的掃描周期不能大于產品通過檢測點的時間間隔60ms（T＝5cm ／50m／60s）。
系統(tǒng)響應時間是指輸入信號產生時刻與由此而使輸出信號狀態(tài)發(fā)生變化時刻的時間間隔。系統(tǒng)響應時間＝輸入濾波時間+輸出濾波時間+掃描周期.
4、功能、結構要合理
單機控制往往是用一臺可編程控制器控制一臺設備，或者一臺可編程控制器控制幾臺小設備，例如對原有系統(tǒng)的改造、完善其功能等。單機控制沒有可編程控制器間的通信問題；但功能要求全面。選擇箱體式結構的可編程控制器為好。若只有開關量控制，可選擇F1、F2、FX、GE-1、C-20、S5-101、TI100、EX-40等品種。另外，國產化CKY-40H、D-40、CF-40、PCZ-40、ACMY-S256品種也可與進口貨相媲美。
若被控對象是開關量和模擬量共有，就要選擇有相應功能可編程序控制器。模塊式結構的產品構成系統(tǒng)靈活，易于擴充，但造價高，適于大型復雜的工業(yè)現場。
5、輸入輸出模塊的選擇
可編程控制器輸入模塊是檢測并轉換來自現場設備（按鈕、限位開關；接近開關等）的高電平信號為機器內部電平信號，模塊類型分直流5、12、24、48、60V幾種；交流115V和220V兩種。由現場設備與模塊之間的遠近程度選擇電壓的大小。一般5、12、24V屬低電平，傳輸距離不宜太遠，例如5V的輸入模塊最遠不能超過10m，也就是說，距離較遠的設備選用較高電壓的模塊比較可靠。另外高密度的輸入模塊如32點、64點，同時接通點數取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般講，同時接通點數不得超過60%。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須考慮門檻（接通電平與關斷電平之差）電平的大小。門檻電平值越大，抗干擾能力越強，傳輸距離也就越遠。
輸出模塊的任務是將機器內部信號電平轉換為外部過程的控制信號。對于開關頻繁、電感性、低功率因數的負載，推薦使用晶閘管輸出模塊，缺點是模塊價格高；過載能力稍差。繼電器輸出模塊優(yōu)點是適用電壓范圍寬，導通壓降損失小，價格便宜，缺點是壽命短，響應速度慢。輸出模塊同時接通點數的電流累計值必須小于公共端所允許通過的電流值。輸出模塊的電流值必須大于負載電流的額定值。
6、結構型式的考慮
PLC的結構分為整體式和模塊式兩種。整體式結構把PLC的I/O和CPU放在一塊大印刷電路板上，節(jié)省了插接環(huán)節(jié)，結構緊湊，體積小，每一I/O點的平均價格也比模塊式的便宜，所以小型PLC控制系統(tǒng)多采用整體式結構。模塊式PLC的功能擴展，I/O點數的增減，輸入與輸出點數的比例，都比整體式方便靈活。維修時更換模塊，判斷與處理故障快速方便。因此，對于較復雜的要求較高的系統(tǒng)，一般選用模塊式結構。
7、對用戶存貯器的要求
一般PLC都用CMOS RAM作用戶存貯器，它具有靜態(tài)消耗電流?。?／A）的特點。為了在停電時保護用戶程序和現場數據，通常用鋰電池作后備電源。
如果被控系統(tǒng)的工藝要求固定不變，所編程序經調試后己比較完善，不需要經常修改，為了防止他人隨意改動控制程序，可以采用EPROM（選購件）將用戶程序固化。
8、是否需要通訊聯網的功能
大部分小型PLC都是以單機自動化為目的，一般沒有和上位計算機通訊的接口。如果用戶要求將PLC納入工廠自動化控制網絡，就應選用帶有通訊接口的PLC。一般大、中型PLC都具有通訊功能。（http://www.diangon.com/版權所有）近年來，一些高性能的小型機（如FX、C40H、S5-100U等）也帶有通訊接口，通過RS-232串行接口，與上位計算機或另一臺PLC相連，也可以連接打印機、CRT等外部設備。
以上簡要地介紹了PLC選型的依據和應考慮的幾個問題，用戶應根據生產實際的需要，綜合考慮各種因素，選擇性能價格比合適的產品，使被控對象的控制要求得到完全滿足，也使PLC的功能得到充分發(fā)揮。
三、輸入輸出設備選擇及輸入輸出點分配
在PLC控制系統(tǒng)中，通常用作輸入器件的強電元件是控制按鈕，行程開關、繼電器等的觸點。PLC的執(zhí)行元件通常有接觸器、電動機、電磁閥，信號燈等。要根據控制系統(tǒng)的需要進行選擇。
四、施工設計
與一般電氣施工設計相同， PLC控制系統(tǒng)的施工設計需完成下列工作：畫出完整的電路圖；注明電氣元件清單；畫出電氣柜內電器位置圖和電器安裝接線互連圖。另外，還需完成下列幾項工作：
1、畫出電動機主回路及不進入PLC的控制回路。為了保證系統(tǒng)的可靠性，手動電路、急停電路一般不進入PLC控制電路。例如，保護開關，熱繼電器，熔斷器和限位保護開關等均不進入PLC控制電路，電源也應相互分開，以備PLC異常時能夠使用。
2、畫出PLC輸入，輸出接線圖。注意要按現場信號和PLC軟繼電器編號對照表的規(guī)定，將現場信號線接在對應的端子上。
3、對重要的互鎖，如電動機正反轉、熱繼電器等需在外電路用硬接線再連鎖。凡是有致命危險的場合，設計成與PLC無關的硬線邏輯。
4、畫出PLC的電源進線接線圖和執(zhí)行動作電器的供電系統(tǒng)圖。
五、總裝調試
1、程序調試
將設計好的程序用編程器輸入到PLC中，進行編輯和檢查，發(fā)現問題，立即修改和調整程序。
2、現場調試
現場安裝完畢后，可對硬件和軟件進行聯調，實現對某些參數的現場確定和調整。
3、安全檢查
最后對系統(tǒng)的所有安全措施作徹底檢查，準確無誤后即可投入試運行，待一切正常后，將程序固化在有長久記憶功能的只讀存儲器EPROM中長期保存。