可编程控制器的应用技术

在掌握了PLC的硬件构成，工作原理，指令系统，编程语言及基本的程序设计方法后，对于具有一定控制基础知识和实践经验的工程技术人员，就可以以PLC作为主要控制器构成PLC控制系统。

本章主要是从应用系统硬件设计的角度，介绍PLC控制系统的设计步骤，PLC的选型与硬件配置，外部电路设计和可靠性设计中的技术要点和设计方法。

4.1PLC控制系统设计的基本原则与步骤

4.1.1P LC控制系统设计的基本原则

PLC是一种计算机化的高科技产品，相对继电器而言价格相对较高。因此，在应用PLC管夹之前，首先应考虑是否有必要使用PLC。如果被控系统很简单，I/O点数很少，或者I/O点数虽多，但是控制要求并不复杂，各部分的相互联系也很少，就可以考虑采用继电器控制的方法，而没有必要使用PLC。

在下列情况下，可以考虑使用PLC:

系统的开关量I/O点数很多，控制要求复杂。如果用继电器控制，需要大量的袋式过滤器中间继电器，时间继电器，计数器等器件；

系统对可靠性的要求高，继电器控制不能满足要求；

由于生产工艺流程或产品的变化，需要经常改变系统的控制关系，或需要经常修改多项控制参数；

可以用一台PLC控制钓多台设备的SAE法兰系统。

任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，确定选用PLC控制系统后，在设计PLC控制系统时应遵循以下基本原则：

最大限度地满足被控对象的控制要求：

在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单，经济，使用及维修方便；

保证控制系统的安全，可靠；

考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有裕量。

4.1.2P LC控制系统设计的一般步骤

PLC控制系统的一般设计混合器步骤可以分为以下几步：熟悉控制对象，PLC选型及确定硬件配置，设计PLC的外部接线，设计控制程序，程序调度和编制技术文件。

1.熟悉控制对象

这一步是系统设计的基础。首先应详细了解被控对象的全部功能和它对控制系统的要求。例如机械的动作，机械，液压，气动，仪表，电气系统之间的关系，系统是否需要设置多种工作方式（如自动，半自动，手动润滑泵等），PLC与系统中其他智能装置之间的关系，是否需要通信联网功能，是否需要报警，电源停电及紧急情况的处理等等。

在这一阶段，还要选择用户输入设备（按钮，操作开关，限位开关，传感器等），输出设备（继电器，接触器，信号指示灯等执行元件），以及由输出设备驱动的控制对象（电动机，电磁阀等）。

此时，还应确定哪些信号需要输入静态混合器给PLC，哪些负载由PLC驱动，并分类统计出各输入量和输出量的性质，是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级，为PLC的选择和硬件配置提供依据。

2.确定硬件配置，设计外部接线围

正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术与经济性能指标起着重要的作用。选择PLC，包括机型的选择，容量的选择，I/O模块的选择，电源模块的选择等。

根据被控对象对控制系统的要求，及PLC的输入量，输出量真空包装机的类型和点数，确定出PLC的型号和硬件配置。对于整体式PLC，应确定皮革机械基本单元和扩展单元的型号；对于模块式PLC，应确定框架（或基板）的型号，及所需模板的型号和数量。

PLC硬件配置确定后，应对I/O点进行分配，确定外部输入输出元件与PLC的I/O点的连接关系，完成I/O点地址定金定义表。

分配好与各输入量和输出量相对应的卷扬机元件后，设计出PLC的外部接线图，其他部分的电路原理图，接线图和安装所需的图纸，以便进行硬件装配。

3.设计控制程序

在硬件设计的基础上，通过控制程序的设计完成系统的各项控制功能。

对于较简单系统的控制程序，可以使用经验设计直接设计出梯形图。对于比较复杂的系统，一般要首先画出系统的捏合机工艺流程图，然后再设计PLC的控制梯形图。

4.程序调度

控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常，安全，可靠的关键。因此，控制系统的设计必须经过反复调度，修改，直到满足要求为止。

（1）模拟调试

用户程序一般先在实验室进行模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通断状态用干式变压器PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载（如接触器，电磁阀等）。实际的反馈信号（如限位开关的接通等）可以根据流程图，在适当的时候用开关或按钮来模拟。

在调试时应充分考虑各种可能的情况。系统的各种不同的工作方式，有选择序列的流程图中每一条支路，各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后及时修改程序，走到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。

（2）现场调试

现场调试要等到系统其他硬件安装和接线工作完成后才能进行。在设计和模拟调试程序的同时就可以设计，制件控制台或控制柜，LED显示屏之外的其他硬件的安装，接线工作也可以同时进行，以缩短整个工程的周期。

完成以上工作后，将PLC安装到控制现场，进行联机总调试并及时解决调试时发现的软件和硬件方面的问题。

5.编制技术文件

系统调试好后。应根据调试的最终结果，整理出完整的技术文件，如硬件接线图，功能表图，带注释的梯形图，以及必要的文字说明等。

4.2PLC的选型与硬件配置

随着PLC的推广普及，PLC产品的各类和数量越来越多。近年来，从国外引进的PLC产品，国内厂家组装或自行开发的扫地车产品已有几十个系列，上百各型号。PLC的品种繁多，其结构形式，性能，容量，指令系统，编程方法，价格等各有不同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。

PLC的选择应包括机型的选择，容量的选择，I/O模块的选择，电源模块的选择等几个方面，下面分别加以介绍。

4.2.1P LC机型的选择

机型选择的基本原则应是在功能满足镀膜玻璃要求的前提下，保证可靠，维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑以下几个方面：

1.结构上合理，安装要方便

按照物理结构，PLC分为整体式和模块式。整体式的每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，所以人们一般倾向于在小型控制系统中采用整体式PLC。但是模块式PLC的功能扩展方便灵活，I/O点数的多少，输入点数与锻造输出点数的比例，I/O模块的种类和块数，特殊I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大得多，维修时更换模块，判断故障范围也很方便。因此，对于较复杂的和要求较高的系统一般应选用模块式PLC。

根据PLC的安装方式，控制系统分为集中式，远程I/O式和多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O的硬件，系统反应快，成本低。大系统常用远程I/O式，因为它们的I/O装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在I/O装置附近，I/O连线比集中式的短，但是需要增设泡沫驱动器和远程I/O电源。多台联网的分布式适用于多台设备独立控制和相互联系，可以采用小型PLC，但是要附加通信模块。

2.功能上要相当

要考虑控制系统对PLC指令系统的要求。

对于小型单台，仅需要开关量控制的设备，一般的小型PLC都可以满足要求，如果选用有增强型功能指令的PLC，就显得有些大材小用了。

对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的工程项目，可选用带A/D，D/A转换，具有加减运算，数据传送功能的低档机。

对于控制比较复杂，螺旋输送机控制功能要求更高的工程项目，例如要求实现PID运算，闭环控制，通信联网等功能时，可视控制规模及复杂程度，选用中档中高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制，全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。

3.机型上应统一

对于一个电脑绗缝机企业，控制系统设计中应尽量做到机型统一。因为同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备用和备件的采购与管理；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训，技术水平的提高和功能的开发；其外部设备通用，资源可共享。

同一机型PLC的另一好处是，在使用上位计算机对PLC进行管理和控制时，通信程序的编制比较方便。这样，容易把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统，相互通信，集中管理，充分发挥网络通信的优势。