控制系统设计内容

9.1.2　PLC控制系统设计内容

PLC控制系统设计内容包括：硬件选择、软件选择和程序设计等内容。

1．硬件、软件的选择

在进行PLC硬件、软件的选择时，应进行以下估计分析：

（1）PLC的I/O点数的估算

根据对控制对象、控制过程、动作要求和动作条件的分析，分别列出开关量I/O点数和模拟量I/O通道数，以及开关量和模拟量的参数要求。在确定PLC的I/O点数时，考虑到初步设计比较粗略，同时在实际使用中可能损坏，以及在实际使用中可能再次增加I/O点数等情况，在估计PLC的I/O点数时应留出10%～20%的余量。留出的输入点数要高于输出点数。

（2）估计用户对存储容量的要求

在初步估计用户存储器容量时，对开关量控制系统乘以8，就是所需的存储器的容量。当只有模拟量信号输入时，模拟量所需存储器字数=模拟量路数×120；当既有模拟量信号输入又有模拟量输出信号时，模拟量所需存储器字数=模拟量路数×250；当模拟量路数较少时，应将系数适当放大，反之适当减少。在自动测量、自动存储和对数据进行补偿等场合，所需存储器容量更大。

（3）对被控对象响应速度要求的分析

对大多数被控对象来说，PLC的相应速度不成问题，一般都能满足被控对象的要求。但对于某些要求快速响应的系统，则必须考虑缩短响应延迟时间的问题，对输入信号，还应考虑信号的驻留时间应该大于PLC的循环周期，否则要考虑使用快速响应模块或其他输入方式。

（4）PLC物理结构的选择

PLC按结构可以分为整体式和模块式PLC，在选择PLC的物理结构时要考虑其性价比。一般对I/O点数较少，而且被控系统在今后要扩展的可能性较小的，则可以选择小型整体式PLC。而且相同I/O点数的整体式PLC较模块式PLC的价格便宜。反之，在要求扩展灵活的系统应用中，要采用模块式PLC。

（5）对特殊功能的要求

对PLC选择时，可能会遇到一些特殊的要求，比如快速响应、高速计数、频率测量、PID闭环控制和运动控制等特殊要求，可以选用具有相应特殊功能模块的PLC。

对模拟量信号，若只进行检测和指示，则可以选用具有模拟量处理能力的扩展模块，而不是从整机上考虑模拟量的处理。有模拟量检测和控制处理能力的PLC价格较高，对于单台小型设备，如果模拟量控制点很少，可以考虑用单元仪表进行模拟量的控制，用PLC进行开关量的控制，这样可以减少投资。

（6）对通信功能的要求

如果PLC需要接入工厂管理系统，则要考虑PLC的通信问题，如通信协议、采用什么通信接口、通信距离等。

（7）软件选择

设计者或用户在选择软件时应选择自己了解的软件，程序结构和指令功能是否完备影响到用户程序的编写。

（8）机型的统一

同一企业要尽量使PLC的机型统一，或者使用同一厂家的PLC，这样可以减少备件的数量，也有利于操作人员和维护人员能尽快地了解和掌握这些设备。同一厂家的PLC之间通信一般比不同厂家的PLC之间通信所需费用要少，编程的工作量也要少。

2．控制程序设计

程序设计主要是指用户程序的设计，用户程序设计的方法有很多。首先应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定用户程序的基本结构，画出程序结构方框图，对于开关量控制系统的自动程序，要首先画出顺序流程图。框图和顺序流程图是编程的主要依据，要尽可能的准确和详细。

（1）列出程序符号表，标明输入/输出信号的数据类型、地址、符号名和简要说明。

（2）对一些较简单的程序设计，可直接采用梯形图或语句表进行设计。

（3）对一些比较复杂的控制系统，在充分了解被控对象并创建了各项功能说明书的基础上，从创建程序结构和数据结构入手来完成编程任务。

3．PLC外部电路和安全回路设计

PLC作为信息接收、控制单元，其必然要与外部联系，因此需要设计外部电路。另外，还需要考虑设计各种运行方式的外部转换、控制电路和PLC供电电路。特别是安全电路的设计，要引起足够的重视。

安全电路主要起到保护人身和设备安全的作用，设计的安全电路在以下情况下将起到安全保护作用：PLC或外部元件检测到设备发生紧急异常情况时；PLC失控时；需要进行紧急干预时。