浅析PLC控制系统的设计方法

摘要：近年来，随着我国经济与科技的不断发展与进步，使得控制理论应用于各种领域的重要性日益明显，并取得了很大发展。而PLC控制系统具备抗干扰能力强、可靠性强、耗能低、体积小等多方面的优点，因此被普遍用于我国的工业生产中。文章主要分析了PLC控制系统设计的方法，并阐述了PLC控制系统的设计步骤和选择类型，从而证明在我国工业生产中PLC控制系统占有优异的地位。

关键词：PLC；控制系统；设计方法

中图分类号：TL503文献标识码： A

前言

简言之，控制工程就是处理自动控制系统各种工程实现问题的综合性工程技术。包括对自动控制系统提出要求（即规定指标）、进行设计、构造、运行、分析、检验等过程。它是在电气工程和机械工程的基础上发展起来的。而在现代化工业发展的过程中，我国涌现了许多通过计算机控制的装备设置，例如对电机的启动和停止以及产品生产时的压力、温度、湿度等方面都必须在前期进行设置和控制。PLC控制系统不仅拥有强大的抗干扰能力和可靠性，而且还具备体积小、耗能低、重量轻的优点，同时养护和维修也非常容易，因此已经普遍用于我国的工业生产，并在工业生产自动化控制中占据重要位置。

一、控制工程的特点分析

一般而言，控制工程是应用控制理论及技术，满足和实现现代工业、农业以及其他社会经济等领域日益增长的自动化、智能化需求的重要的工程领域。在工程和科学技术发展过程中，起着非常重要的作用。下面分析控制工程的特点，主要有：是应用于工业生产的技术。控制工程并不是仅仅局限在产品制造方面，它包括从产品需求调研到产品售后维修几乎所有的过程，并进行整合，使之形成一个有机的整体。如今控制工程尤其注重产品的实用性，旨在提升企业的核心竞争力，使企业利益达到最大化。是优化生产过程的控制系统。控制工程包含了多种技术，包括传感技术、计算机技术、新材料技术、信息技术、和自动化技术，使整个生产过程更专业化，系统化。在传统技术与高新科技相结合的机械加工将成为优化生产过程的控制系统工程。是适应时展需要的新技术。控制工程是我国传统机械技术的全新表现形式，它在传统机械加工的基础上，又融入了各个领域最新的科研技术，并将前沿科技渗透到控制工程的每个步骤。因此，控制工程是随着科技发展而不断革新改进的新技术。

二、控制系统设计的基本原则

为了确保被控制对象在生产过程中所需要的生产工艺，而使它的工作效率和产品质量达到标准的要求规定，在进行PLC控制系统的设计时，要遵循以下几个设计原则：

（1）使PLC控制系统的功能发挥到最大，从而满足被控制对象的需求。在设计 PLC控制系统的过程中，要最大努力地发挥PLC控制系统具有的性能，而满足在生产工艺上被控制对象的需求，这不仅是PLC控制系统设计的前提要求，还是PLC控制系统中必须遵守的一个原则。

（2）确保PLC控制系统运行的安全性、稳定性和可靠性。在设计PLC控制系统的过程中，要认真考虑到PLC控制系统使用时长，并且能维持长期安全、稳定、可靠的运行工作，这是在设计PLC控制系统时必须遵循的最主要原则。

（3）PLC控制系统具备经济性高、操作简单、维修方便的特点。在设计一个新的控制系统过程中，首先考虑工业生产投入和支出的经济效益和在工厂生产时自身的工作效率，但这些条件没有使PLC控制系统构成复杂系统，在设计PLC控制系统时既要遵守上述这些原则，而且还必须考虑 PLC 控制系统通过实际运用后产生的操作问题和维修问题。

（4）PLC控制系统要满足后续发展的要求。随着科学技术的不断发展，使我国控制系统得到大力的推广使用，而且更新速度也在提升。在设计PLC控制系统时，必须经常考虑PLC控制系统在经过实践运用后，它的可持续发展性和完善性等重要问题。这就需要在设计PLC控制系统时，设计人员通过PLC控制系统的输出和输入等模块预留出一定的发展平台，从而满足PLC控制系统对系统后续发展的要求。

三、电气控制线路

PLC、输入电路、输出电路这三个部分构成了PLC控制系统的电气控制线路。输入电路包括各类开关、人机界面、模拟量等，输出电路包括指示灯、接触器、电磁阀等，它们由PLC为控制核心构成完整的PLC控制系统。PLC控制系统通过输入电路端收到信号，开始执行 PLC 程序命令，从而操控输出电路端的电器元件，电器元件又起到驱动设备机械结构的作用，最终达到控制对象的目的，完成系统的整体控制。

四、程序设计

PLC程序设计是指用户根据编写程序的设计思路，通过发送指令，配合被控制对象工艺过程的现场信号和操控要求，参照PLC继电器编号，绘出梯形图程序。一般利用顺序功能图法和经验设计法对PLC应用程序进行设计。以下利用某公司FX系列的PLC作为例子，简单介绍了这两种编程方法。采用经验设计法的设计人员必须具备大量的典型电路知识，在这个基础上，认真了解实际中的操控要求，并且把实际控制规范分解成典型的控制电路，再拼凑修改的典型电路或典型电路呈梯形图。顺序功能图设计法是比较先进的一种设计方式，很容易掌握程序的修改、调试和阅读，而且有效减少了设计周期，从而提升了设计效率。顺序功能图设计法包含控制程序和输出程序两个主要部分。通过操控要求规范，把系统的工作步骤划分为若干阶段，这些阶段简称“步”。而象征“步”的状态继电器或辅助继电器的操控系统，无论多复杂，其设计理念都是一样的，且容易简单，易于掌握。

1.经验设计法

通过系统要求，设计人员一般都会把典型电路设计成正反转控制电路。以正反转控制电路作为设计基础，集合控制要求，通过拼凑、修正，最终设计出属于自己的电路。在使用经验设计法的过程中，因为每个设计人员的设计思路不同，设计出的电路和程序也会产生显著差异，所以能够获得的信息量低，而且使后续的修护工作不便于解决。

2.顺序功能图（SFC）设计法

要提升编程效率，优化程序的阅读性，以便于后续的修护工作得以顺利进行，设计人员可以使用顺序功能图设计法。在使用顺序功能图设计法的过程中，要先通过系统的工艺流程，绘制出顺序功能图。

五、现场调试

控制现场使用的PLC由模拟调试好的程序进行传送，一般试调时没有负载，只有信号灯、接触器线圈等电器元件。根据编程器的监控功能，用计算机进行梯形图监视，并使用分级、分段的调试方式进行。整个控制系统中最重要的环节就是现场调试，只有根据现场调试才能及时发现控制程序和控制回路无法满足系统标准要求的状况；只有实行现场调制才能进行最终的实地测试与变化调整控制线路，从而达到适应控制系统的目的。

六、编写技术文件

交付使用PLC控制系统后，要通过调试的最后结果整理出完好的技术文件，最后向用户提供，这是一部分系统随机文件，主要使用在系统的维护、修理方面。随机文件包含：PLC编程元件表、控制系统使用说明、梯形图程序、外部接线图和其他电器图纸等。

结语

综上所述，PLC控制系统是一个具备有效步骤的控制系统，如果要做到运用自如，就必须进行循环反复的设计和实践。本文通过分析总结了PLC控制系统的设计方法和实践经验，证明了PLC控制系统在实际运用中充分具备有效作用。

参考文献：

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