PLC控制系統設計的主要任務(wù)

系統設計的主要任務(wù)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(diǎn)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(shí)際生產(chǎn)的工藝流程，工作特點(diǎn)及控制系統的控制任務(wù)、控制過(guò)程、控制特點(diǎn)，控制功能，明確輸入，輸出量的性質(zhì)，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(diǎn)，與繼電器控制系統和計算機控制系統進(jìn)行控制方案的分析與比較，如果被控系統的應用環(huán)境較差，而安全性，可靠性要求較高，輸入輸出多為開(kāi)關(guān)量，而用常規的繼電器接觸器實(shí)現，系統較復雜或難以實(shí)現，工藝流程經(jīng)常改變，那么，用可編程序控制器進(jìn)行控制將是合適的。
二、選擇機型
隨著(zhù)PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類(lèi)和型號越來(lái)越多，功能日趨完善。從美國，日本、德國等國家引進(jìn)的PLC產(chǎn)品及國內廠(chǎng)商組裝或自行開(kāi)發(fā)的PLC產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列。上百種型號。其結構形式、性能、容量、指令系統，編程方法、價(jià)格等各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側重。因此，合理選擇PLC產(chǎn)品，對于提高PLC控制系統的技術(shù)經(jīng)濟指標起著(zhù)重要作用。一般來(lái)說(shuō)，各個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)的產(chǎn)品在可靠性上都是過(guò)關(guān)的，機型的選擇主要是指在功能上如何滿(mǎn)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(gè)方面。
1、可編程控制器控制系統I/O點(diǎn)數估算
I/O點(diǎn)數是衡量可編程控制器規模大小的重要指標。根據被控對象的輸入信號與輸出信號的總點(diǎn)數，選擇相應規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(diǎn)數后，就可選擇點(diǎn)數相當的可編程控制器。如果是為了單機自動(dòng)化或機電一體化產(chǎn)品，可選用小型機，如果控制系統較大，輸入輸出點(diǎn)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(hù)程序所需內存容量要受到下面幾個(gè)因素的影響：內存利用率；開(kāi)關(guān)量輸入輸出點(diǎn)數；模擬量輸入輸出點(diǎn)數；用戶(hù)的編程水平。
（1）內存利用率 用戶(hù)編的程序通過(guò)編程器鍵入主機內，最后是以機器語(yǔ)言的形式存放在內存中，同樣的程序，不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品，在把程序變成機器語(yǔ)言存放時(shí)所需要的內存數不同，我們把一個(gè)程序段中的接點(diǎn)數與存放該程序段所代表的機器語(yǔ)言所需的內存字數的比值稱(chēng)為內存利用率。高的利用率給用戶(hù)帶來(lái)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(shí)間，從而提高系統的響應。
（2）開(kāi)關(guān)量輸入輸出的點(diǎn)數 可編程控制器開(kāi)關(guān)量輸入輸出總點(diǎn)數是計算所需內存儲器容量的重要根據。一般系統中，開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出的比為6：4。這方面的經(jīng)驗公式是根據開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出的總點(diǎn)數給出的。
所需內存字數=開(kāi)關(guān)量（輸入+輸出）總點(diǎn)數*10
（3）模擬量輸入輸出總點(diǎn)數 具有模擬量控制的系統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中，一般要對模擬量進(jìn)行讀入、數字濾波、傳送和比較運算。在模擬量輸入輸出同時(shí)存在的情況下，就要進(jìn)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(shí)。每一路模擬量所需的內存數會(huì )明顯減少。下面給出一般情況下的經(jīng)驗公式：
只有模擬量輸入時(shí)：
內存字數=模擬量點(diǎn)數*l00
模擬量輸入輸出同時(shí)存在時(shí)：
內存字數＝模擬量點(diǎn)數*200
這些經(jīng)驗公式的算法是在10點(diǎn)模擬量左右，當點(diǎn)數小于10時(shí)，內存字數要適當加大，點(diǎn)數多時(shí)，可適當減小。
（4）程序編寫(xiě)質(zhì)量 用戶(hù)編寫(xiě)的程序優(yōu)劣對程序長(cháng)短和運行時(shí)間都有較大影響。對于同樣系統不同用戶(hù)編寫(xiě)程序可能會(huì )使程序長(cháng)度和執行時(shí)間差距很大。一般來(lái)說(shuō)對初編者應為內存多留一些余量，而有經(jīng)驗的編程者可少留一些余量。
綜上所述，推薦下面的經(jīng)驗計算公式：
總存儲器字數＝（開(kāi)關(guān)量輸人點(diǎn)數+開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)數）*l0+模擬量點(diǎn)數*150。然后按計算存儲器字數的25%考慮裕量。
3、響應時(shí)間
對過(guò)程控制，掃描周期和響應時(shí)間必須認真考慮?？删幊炭刂破黜樞驋呙璧墓ぷ鞣绞绞顾荒芸煽康亟邮粘掷m時(shí)間小于掃描周期的輸入信號。例如某產(chǎn)品有效檢測寬度為5cm，產(chǎn)品傳送速度每分鐘50m，為了確保不會(huì )漏檢經(jīng)過(guò)的產(chǎn)品，要求可編程控制器的掃描周期不能大于產(chǎn)品通過(guò)檢測點(diǎn)的時(shí)間間隔60ms（T＝5cm ／50m／60s）。
系統響應時(shí)間是指輸入信號產(chǎn)生時(shí)刻與由此而使輸出信號狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)刻的時(shí)間間隔。系統響應時(shí)間＝輸入濾波時(shí)間+輸出濾波時(shí)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，例如對原有系統的改造、完善其功能等。單機控制沒(méi)有可編程控制器間的通信問(wèn)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(kāi)關(guān)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(chǎn)化CKY-40H、D-40、CF-40、PCZ-40、ACMY-S256品種也可與進(jìn)口貨相媲美。
若被控對象是開(kāi)關(guān)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(chǎn)品構成系統靈活，易于擴充，但造價(jià)高，適于大型復雜的工業(yè)現場(chǎng)。
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(lái)自現場(chǎng)設備（按鈕、限位開(kāi)關(guān)；接近開(kāi)關(guān)等）的高電平信號為機器內部電平信號，模塊類(lèi)型分直流5、12、24、48、60V幾種；交流115V和220V兩種。由現場(chǎng)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(guò)10m，也就是說(shuō)，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(diǎn)、64點(diǎn)，同時(shí)接通點(diǎn)數取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般講，同時(shí)接通點(diǎn)數不得超過(guò)60%。為了提高系統的穩定性，必須考慮門(mén)檻（接通電平與關(guān)斷電平之差）電平的大小。門(mén)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(wù)是將機器內部信號電平轉換為外部過(guò)程的控制信號。對于開(kāi)關(guān)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(diǎn)是模塊價(jià)格高；過(guò)載能力稍差。繼電器輸出模塊優(yōu)點(diǎn)是適用電壓范圍寬，導通壓降損失小，價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是壽命短，響應速度慢。輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數的電流累計值必須小于公共端所允許通過(guò)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，節省了插接環(huán)節，結構緊湊，體積小，每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格也比模塊式的便宜，所以小型PLC控制系統多采用整體式結構。模塊式PLC的功能擴展，I/O點(diǎn)數的增減，輸入與輸出點(diǎn)數的比例，都比整體式方便靈活。維修時(shí)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，一般選用模塊式結構。
7、對用戶(hù)存貯器的要求
一般PLC都用CMOS RAM作用戶(hù)存貯器，它具有靜態(tài)消耗電流?。?／A）的特點(diǎn)。為了在停電時(shí)保護用戶(hù)程序和現場(chǎng)數據，通常用鋰電池作后備電源。
如果被控系統的工藝要求固定不變，所編程序經(jīng)調試后己比較完善，不需要經(jīng)常修改，為了防止他人隨意改動(dòng)控制程序，可以采用EPROM（選購件）將用戶(hù)程序固化。
8、是否需要通訊聯(lián)網(wǎng)的功能
大部分小型PLC都是以單機自動(dòng)化為目的，一般沒(méi)有和上位計算機通訊的接口。如果用戶(hù)要求將PLC納入工廠(chǎng)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò )，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(lái)，一些高性能的小型機（如FX、C40H、S5-100U等）也帶有通訊接口，通過(guò)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(jiǎn)要地介紹了PLC選型的依據和應考慮的幾個(gè)問(wèn)題，用戶(hù)應根據生產(chǎn)實(shí)際的需要，綜合考慮各種因素，選擇性能價(jià)格比合適的產(chǎn)品，使被控對象的控制要求得到完全滿(mǎn)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(diǎn)分配
在PLC控制系統中，通常用作輸入器件的強電元件是控制按鈕，行程開(kāi)關(guān)、繼電器等的觸點(diǎn)。PLC的執行元件通常有接觸器、電動(dòng)機、電磁閥，信號燈等。要根據控制系統的需要進(jìn)行選擇。
四、施工設計
與一般電氣施工設計相同， PLC控制系統的施工設計需完成下列工作：畫(huà)出完整的電路圖；注明電氣元件清單；畫(huà)出電氣柜內電器位置圖和電器安裝接線(xiàn)互連圖。另外，還需完成下列幾項工作：
1、畫(huà)出電動(dòng)機主回路及不進(jìn)入PLC的控制回路。為了保證系統的可靠性，手動(dòng)電路、急停電路一般不進(jìn)入PLC控制電路。例如，保護開(kāi)關(guān)，熱繼電器，熔斷器和限位保護開(kāi)關(guān)等均不進(jìn)入PLC控制電路，電源也應相互分開(kāi)，以備PLC異常時(shí)能夠使用。
2、畫(huà)出PLC輸入，輸出接線(xiàn)圖。注意要按現場(chǎng)信號和PLC軟繼電器編號對照表的規定，將現場(chǎng)信號線(xiàn)接在對應的端子上。
3、對重要的互鎖，如電動(dòng)機正反轉、熱繼電器等需在外電路用硬接線(xiàn)再連鎖。凡是有致命危險的場(chǎng)合，設計成與PLC無(wú)關(guān)的硬線(xiàn)邏輯。
4、畫(huà)出PLC的電源進(jìn)線(xiàn)接線(xiàn)圖和執行動(dòng)作電器的供電系統圖。
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(jìn)行編輯和檢查，發(fā)現問(wèn)題，立即修改和調整程序。
2、現場(chǎng)調試
現場(chǎng)安裝完畢后，可對硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)調，實(shí)現對某些參數的現場(chǎng)確定和調整。
3、安全檢查
最后對系統的所有安全措施作徹底檢查，準確無(wú)誤后即可投入試運行，待一切正常后，將程序固化在有長(cháng)久記憶功能的只讀存儲器EPROM中長(cháng)期保存。