控制系统的设计与调试步骤

10．1　PLC控制系统的设计与调试步骤

PLC控制系统是以PLC为核心，结合扩展模块以及外围设备构成能完成各种控制功能的系统。不管所设计系统规模是大是小，一般都需要按下面的设计内容和步骤进行系统设计。

10．1．1　PLC控制系统的设计内容及步骤

1．控制方案的设计

深入了解控制对象的工艺过程、工作特点和控制要求，确定控制方案。这包括控制结构、输入设备（如按钮、开关、传感器等）、输出设备（如继电器、接触器、指示灯等执行机构）、人机接口及通信设备等的选择。

2．选择合适的PLC类型

在选择PLC机型时，主要考虑下面几点。

（1）功能的选择。对于小型的PLC系统主要考虑I／O扩展模块、A／D转换器与D／A转换器模块以及指令功能等。对于大中型的PLC系统还要考虑人机界面、通信设备及各种特殊模块的选择。

（2）I／O点数的确定。统计被控系统的数字量、模拟量的I／O点数，并考虑以后的改进或扩充（一般保留10%～20%的裕量），从而选择PLC的I／O模块。根据对输入信号和输出信号的要求，选择I／O信号的类型。如交流或直流输入接口电路，晶体管输出方式或继电器输出方式的选择。

（3）内存的估算。用户程序所需的内存容量主要与系统的I／O点数、控制要求、程序结构和长短等因素有关。

3．分配I／O地址

分配PLC的I／O地址或端口，编制I／O分配表或画出I／O端子的接线图，接着就可以进行PLC程序设计，同时进行控制柜或操作台的设计和现场施工。

4．程序设计

对于较复杂的控制系统，根据生产工艺要求，划分控制的各个阶段，归纳各阶段的特点，和各阶段之间的转换条件，画出控制流程图或顺序功能图，然后设计出梯形图，并对程序进行模拟调试和修改，直到满足控制要求为止。

5．电气系统设计

根据生产工艺要求设计控制柜及操作台的电气布置图及安装接线图；设计控制系统各部分的电气原理图及电气互锁图；根据图纸进行现场施工和检查。

6．系统联机调试

如果控制系统由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后连接起来总调。最后将完整的控制程序下载到PLC，和外部电气控制电路一起联机调试，直到满足设计要求为止。

7．编制技术文件

技术文件应包括：可编程控制器的外部接线图，电气原理图，电气布置图，电器元件明细表，顺序功能图，带注释的梯形图和使用说明书。

10．1．2　PLC控制系统的硬件设计、软件设计及调试

1．PLC控制系统的硬件设计

PLC硬件设计包括：PLC及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。

选定PLC的机型和分配I／O点后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统的原理图的设计、电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统的原理图包括主电路和控制电路。其中，控制电路包括PLC的I／O接线和自动、手动部分的详细连接等。电器元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、电磁阀等。

2．PLC控制系统的软件设计

软件设计包括系统初始化程序、主程序、子程序、中断程序、故障应急措施和辅助程序的设计，对于数字量控制系统一般只有主程序。

首先应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定程序的基本结构，画出控制流程图或顺序功能图。简单的程序可以用经验法设计，复杂的系统一般采用顺序控制设计法设计。

3．软硬件的调试

调试分模拟调试和联机调试。

软件设计好后，一般先进行模拟调试。模拟调试也可以通过仿真软件来代替PLC硬件在计算机上调试程序。如果有PLC的硬件，先将控制程序下载到PLC，并使PLC处于RUN模式，然后用小开关或按钮来模拟PLC的实际输入信号（如启动、停止信号和限位开关等），再通过输出模块上各输出位对应的指示灯，观察输出信号的变化是否满足设计要求。需要模拟量信号I／O时，可用电位器和万用表配合进行调试。还可以在编程软件中用状态图或状态表监视程序的运行或强制改变某些编程元件的状态来进行调试。

硬件部分的模拟调试主要是对控制柜或操作台的接线进行测试。可在操作台的接线端子上模拟PLC外部的数字量输入信号，或操作按钮的开关指令，观察对应PLC输入点的状态。用编程软件将输出点强制ON／OFF，观察对应的控制柜内PLC负载（指示灯、接触器等）的动作是否正常，或对应的接线端子上的输出信号的状态变化是否正确。

联机调试时，把编制好的程序下载到现场的PLC中。调试时，主电路一定要断电，只对控制电路进行联机调试。通过现场的联机调试，还会发现新的问题，再进行现场的修改，直到完全符合控制要求为止。