浅议PLC控制系统的设计

【摘要】文章首先探讨了PLC控制系统设计的基本内容，给出了PLC控制系统设计流程图。接着对如何选择PLC进行了阐述，重点讨论了机型的选择和I/O接口模块的选择。最后，文章对PLC控制程序的编程方法进行了介绍。

【关键词】PLC；控制系统；设计；流程

一、前言

PLC，即可编程逻辑控制器，它具有编程功能，当需要改变被控制的工艺时，只需要修改一下原来的程序即可，因而在工业生产中应用十分广泛。目前，PLC已经广泛应用于各种机械加工和生产控制中，在煤矿开采、机械制造、石化工业等众多行业中，PLC都发挥着重要的作用。既然PLC应用如此广泛，那么，对于技术人员来讲，掌握PLC控制系统的设计方法就显得尤为重要。下面，本文就对PLC控制系统的设计进行一点浅显地探讨。

二、PLC控制系统设计的基本内容

1、拟定控制系统设计的技术条件。设计PLC控制系统，首先要拟定控制系统的技术条件，它是整个设计的依据。2、根据需要控制的对象，以及对控制的要求，选择合适的输入设备，常见的输入设备有限位开关、按钮等。3、PLC的选择。PLC是控制系统的核心部件，选择时要根据控制的要求，选择既能满足要求，又能尽量节省开支的PLC，即根据需求“量体裁衣”。4、编制PLC的I/O分配表，绘制输入I/O端子接线图。5、编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言，如梯形图等，进行程序设计。6、设计操作台、电气柜及非标准电器部件。

设计PLC控制系统的设计流程如图1所示。

三、PLC的选择

目前，PLC已经广泛应用于很多行业，人们根据每个行业的特点，研制了很多不同类型的PLC，以满足不同行业的需求。在控制系统设计中，要根据控制要求，选择最适合本系统的PLC。下面具体介绍如何进行选择。

1、机型的选择

PLC的机型很多，功能各异，在实际选择中，应该从以下几个方面进行考虑。

（1）机型统一

同一家企业需要多台PLC时，应尽量选择同一机型。这样做的好处有以下几点；①便于备品和配件等的管理和采购；②同一种类型的PLC，其编程方法相同，员工只需掌握一种编程方法即可以使用所有的PLC；③有利于资源共享，可以用计算机把多台PLC联系起来。

（2）结构和功能方面

在结构的选择方面，如果所适用的场合生产工艺相对较为固定，且环境条件较好的话，宜用整体式结构的PLC，而如果生产工艺经常变化，且环境又比较恶劣的话，则应尽量选用模块式结构。

在功能选择方面，应以实用为主，如果需要控制的工程项目比较简单，就不要选择功能多、价格贵的高档机，只需要选择具备一些基本功能的低档机就足够了。只有在控制要求比复杂，低档机无法满足控制要求时，才选用高档机。

（3）离线编程和在线编程的选择

PLC的一个显著的优点是具有编程功能，当我们需要被控制的工艺改变时，只需要修改一下原来的程序即可，因而给生产带来了极大的方便。目前，根据在编程时CPU是否还能起到对工艺的控制作用，PLC的编程有离线编程和在线编程之分。前者是指当对PLC进行编程时，其CPU将停止控制作用，后者则是指在编程时，CPU仍能对现场起到控制作用。很明显，在线编程比离线编程更为先进，但是这种类型的PLC结构复杂，价格昂贵。

2、I/O接口模块的选择

PLC要控制工业生产过程，必须有I/O接口模块才行，因此，I/O 接口模块的选择是PLC控制系统设计的重要部分。PLC的I/O接口模块很多，最主要的模块有模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块，等等，下面对其选择进行具体探讨。

（1）确定I/O点数 在确定I/O点数时，应在控制系统要求的最大点数的基础上再留出一定的余量，这样的话，以后需要的时候还可以适当增加控制功能。另外，确定I/O点数点数时还应注意，对于同一个控制对象，如果采用的控制方法不同或编程水平不同，其I/O点数不同。

（2）开关量I/O 开关量I/O接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制设备（如指示灯、报警器、电动机启动器等）接收信号。典型的交流输入/输出信号为24～240V，直流输入/输出信号为5～240V。尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的，如用于消除错误信号的抖动电路等。

（3）模拟量I/O 模拟量输入/输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为-10～+10V、0～+11V、4～20mA 或10～50mA。一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号，如RTD、热电偶等。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混合信号。

四、编程方法

编制PLC控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。

1、图解法编程

图解法是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有逻辑流程图法和梯形图法，下面分别予以介绍。

（1）逻辑流程图法：逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。用该法编程，逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确，因此用该法编制的程序故障查找、调试和维修都很方便。

（2）梯形图法：该法模仿继电器控制系统的编程方法，用梯形图语言去编制PLC程序。由于该法是通过模仿继电器控制系统的编程方法来编程的，因此其图形跟继电器控制电路很相似，元件名称也与继电器控制电路相似。对于熟悉继电器控制的人来说，只要把原继电器控制电路移植到梯形图语言中，再稍作修改，就完成了编程过程。

2、借鉴其他程序进行编程

该法是先找一些与自己需要控制的工艺比较接近的程序，这些程序可能是来自自己以前的编程，也可能是他人在其他项目控制时编写的程序。编程时，在这些程序的基础上进行修改，使其控制的工艺与自己的要求相符合。

3、计算机辅助设计编程

计算机技术的发展为PLC编程带来了新的方法和手段。计算机辅助设计是运用计算机技术来辅助编程，通过PLC编程软件可以在计算机上进行程序设计、离线或在线编程，此外，还可以利用计算机进行仿真和在线调试。计算机的运用，大大提高了编程的速度。