西门子6ES7132-6BF00-0CA0输出模块

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PLC控制系统设计与控制任务分解

一般情况下,在设计系统前,应该把控制任务和控制过程分解一下,使其成为立或相对立的部分,这样既可以决定控制单元之间的界限,也可以提高项目设计人员的工作效率。在分解任务的同时，要把各部分操作的功能描述、逻辑关系、接口条件等详细罗列出来,为后面的系统设计做好准备工作。

  系统设计

  系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包括PLC及外围线路的设计、电气线路的设计、安全电路的设计和扰干扰措施的设计等。软件系统设计主要指编制P1C控制程序和HMI的组态画面。

  选定PLC及其扩展模块(如需耍的话),分配好I/O地址后,硬件设计的主要内容就是电气控制系统原理图的设计,电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC的I/O接线和自动部分、手动部分的详细连接等,有时还要在电气原理图中标上器件代号或另外配上安装图、端子接线图等,以方便控制柜的安装。电气元器件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯和电磁阀等。

  在硬件系统设计中,主要的任务是绘制控制系统原理图、安装接线图：如果需要，则不须会制元器件布置图。这部分的内容请参考2章2.1节的讲解。选择设备和器件、编制元器件清单也是硬件系统设计的重要组成部分。

  控制系统软件设计的难易程度因控制任务而异，也因人而异，对经验丰富的工程技术人员来说,在长时间的工作中,受到过各种各样的磨练，积累了许多经验,除了一般的编程方法外,更有自己的编程技巧和方法。但不管怎么说,平时多注意积累和总结是很重要的。

  HMI组态画面设计取决于需要实现的功能。这些功能主要包括实时画面和数据显示,参数设置、报警处理等。除要具备一定的美术方面的特长以画面美观外，正确配置HMI和PLC之间交换数据所使用的变量就显得非常重要。

  在PLC程序设计时，除I/O地址列表外,有时还要把在程序中用到的中间继电器(M),定时器(T)、计数器(C)和存储单元(V)以及它们的作用或功能列写出来，以便编写程序和阅读程序。在编程语言的选择上用梯形图编程还是用语句表编程或使用功能图编程,这主要取决于以下几点:

  (1)绝大幸数情况下,建议使用梯形图来编写PLC控制程序;

  (2)有些需要计算或程序较大的特殊情况，如以非逻辑运算为主的PID调节、运动控制、网络通信等,则可用语句表编程。

  (3)经验丰富的人员可用语句表语言直接编程,但梯形图总比语句表直观。

  (4)如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则好是用功能图来设计程序。

  软件设计和硬件安装可同时进行,这样做可以缩短工期。这也是PLC控制系统优于继电器控制系统的地方。

  安全电路的设计

  在一些较为重要的场合或系统中.突发的或不可预知的安全因素考虑。这种安全因素主要指当控制系统或控制设备在不安全的条件下或非正常的操作条件下出现故障,造成PLC控制系统不可预料的启动,或者其输出操作的改变,从而造成人身伤害和财产损失。为此,就考虑采用立于PLC的机电冗余来防止不安全的操作。

  在设计安全电路时，主要考虑以下几点:

  (1)确定可能的非法操作会造成哪些输出执行机构来产生危险的动作;

  (2)确定不发生危害结果的条件，并确定如何使PLC能够检测到这些条件;

  (3)确定在上电和断电时,PLC控制系统的输出有没有产生危害动作的可能,并设计避免危害发生的措施;

  (4)系统中应设计有立于CPU的手动或机电冗余措施来阻止危险的操作;

  (5)系统中应设计有各种故障的显示和提示环节，以便操作员能够及时得到需要的信息。

可编程控制器是60年代末在美国出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。