plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。
1.plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)是plc控制系統(tǒng)的至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，這關(guān)系著plc控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。主要包括輸入和輸出電路兩部分。
(1)plc控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計(jì)。plc供電電源一般為ac85-240v，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1：1隔離變壓器等);隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級(jí)線(xiàn)圈屏蔽層與初級(jí)電氣中性點(diǎn)接大地，次級(jí)線(xiàn)圈屏蔽層接plc輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。
plc輸入電路電源一般應(yīng)采用dc24v,同時(shí)其帶負(fù)載時(shí)要注意容量，并作好防短路措施，這對(duì)系統(tǒng)供電安全和plc安全至關(guān)重要，因?yàn)樵撾娫吹倪^(guò)載或短路都將影響plc的運(yùn)行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，plc輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。
(2)plc控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計(jì)。依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動(dòng)停止應(yīng)采用晶體管輸出，它適應(yīng)于高頻動(dòng)作，并且響應(yīng)時(shí)間短;如果plc系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下，應(yīng)首選繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾和帶負(fù)載能力強(qiáng)。
如果plc輸出帶電磁線(xiàn)圈等感性負(fù)載，負(fù)載斷電時(shí)會(huì)對(duì)plc的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對(duì)直流感性負(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對(duì)交流感性負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護(hù)plc。
當(dāng)plc掃描頻率為10次/min以下時(shí)，既可以采用繼電器輸出方式，也可以采用plc輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器或者固態(tài)繼電器(ssr)，再驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
對(duì)于兩個(gè)重要輸出量，不僅在plc內(nèi)部互鎖，建議在plc外部也進(jìn)行硬件上的互鎖，以加強(qiáng)plc系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。
對(duì)于常見(jiàn)的ac220v交流開(kāi)關(guān)類(lèi)負(fù)載，例如交流接觸器、電磁閥等，應(yīng)該通過(guò)dc24v微小型中間繼電器驅(qū)動(dòng)，避免plc的do接點(diǎn)直接驅(qū)動(dòng)，盡管plc手冊(cè)標(biāo)稱(chēng)具有ac220v交流開(kāi)關(guān)類(lèi)負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。
(3)plc控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的日新月異的發(fā)展，晶閘管可控整流和變頻調(diào)速裝置使用日益廣泛，這帶來(lái)了交流電網(wǎng)的污染，也給控制系統(tǒng)帶來(lái)了許多干擾問(wèn)題，防干擾是plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。一般采用以下幾種方式：
隔離：由于電網(wǎng)中的高頻干擾主要是原副邊繞組之間的分布電容耦合而成，所以建議采用1：1超隔離變壓器，并將中性點(diǎn)經(jīng)電容接地。
屏蔽：一般采用金屬外殼屏蔽，將plc系統(tǒng)內(nèi)置于金屬柜之內(nèi)。金屬柜外殼可靠接地，能起到良好的靜電、磁場(chǎng)屏蔽作用，防止空間輻射干擾。
布線(xiàn)：強(qiáng)電動(dòng)力線(xiàn)路、弱電信號(hào)線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)，并且要有一定的間隔;模擬信號(hào)傳輸線(xiàn)采用雙絞線(xiàn)屏蔽電纜。
2.plc控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)可以著手軟件的設(shè)計(jì)工作。軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求將工藝流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，這是plc應(yīng)用的最關(guān)鍵的問(wèn)題，程序的編寫(xiě)是軟件設(shè)計(jì)的具體表現(xiàn)。在控制工程的應(yīng)用中，良好的軟件設(shè)計(jì)思想是關(guān)鍵，優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)便于工程技術(shù)人員理解掌握、調(diào)試系統(tǒng)與日常系統(tǒng)維護(hù)。
(1)plc控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)思想。由于生產(chǎn)過(guò)程控制要求的復(fù)雜程度不同，可將程序按結(jié)構(gòu)形式分為基本程序和模塊化程序。
基本程序：既可以作為獨(dú)立程序控制簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝過(guò)程，也可以作為組合模塊結(jié)構(gòu)中的單元程序;依據(jù)計(jì)算機(jī)程序的設(shè)計(jì)思想，基本程序的結(jié)構(gòu)方式只有三種：順序結(jié)構(gòu)、條件分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。
模塊化程序：把一個(gè)總的控制目標(biāo)程序分成多個(gè)具有明確子任務(wù)的程序模塊，分別編寫(xiě)和調(diào)試，最后組合成一個(gè)完成總?cè)蝿?wù)的完整程序。這種方法叫做模塊化程序設(shè)計(jì)。我們建議經(jīng)常采用這種程序設(shè)計(jì)思想，因?yàn)楦髂K具有相對(duì)獨(dú)立性，相互連接關(guān)系簡(jiǎn)單，程序易于調(diào)試修改。特別是用于復(fù)雜控制要求的生產(chǎn)過(guò)程。
(2)plc控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)。plc控制系統(tǒng)i/o分配，依據(jù)生產(chǎn)流水線(xiàn)從前至后，i/o點(diǎn)數(shù)由小到大;盡可能把一個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備或部件的i/o信號(hào)集中編址，以利于維護(hù)。定時(shí)器、計(jì)數(shù)器要統(tǒng)一編號(hào)，不可重復(fù)使用同一編號(hào)，以確保plc工作運(yùn)行的可靠性。
程序中大量使用的內(nèi)部繼電器或者中間標(biāo)志位(不是i/o位)，也要統(tǒng)一編號(hào)，進(jìn)行分配。
在地址分配完成后，應(yīng)列出i/o分配表和內(nèi)部繼電器或者中間標(biāo)志位分配表。
彼此有關(guān)的輸出器件，如電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)等，其輸出地址應(yīng)連續(xù)安排，如q2.0/q2.1等。
(3)plc控制系統(tǒng)編程技巧。plc程序設(shè)計(jì)的原則是邏輯關(guān)系簡(jiǎn)單明了，易于編程輸入，少占內(nèi)存，減少掃描時(shí)間，這是plc編程必須遵循的原則。
下面介紹幾點(diǎn)技巧：
plc各種觸點(diǎn)可以多次重復(fù)使用，無(wú)需用復(fù)雜的程序來(lái)減少觸點(diǎn)使用次數(shù)。
同一個(gè)繼電器線(xiàn)圈在同一個(gè)程序中使用兩次稱(chēng)為雙線(xiàn)圈輸出，雙線(xiàn)圈輸出容易引起誤動(dòng)作，在程序中盡量要避免線(xiàn)圈重復(fù)使用。如果必須是雙線(xiàn)圈輸出，可以采用置位和復(fù)位操作(以s7-300為例如sq4.0或者rq4.0)。
如果要使plc多個(gè)輸出為固定值1(常閉)，可以采用字傳送指令完成，例如q2.0、q2.3、q2.5、q2.7同時(shí)都為1，可以使用一條指令將十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)0a9h直接傳送qw2即可。
對(duì)于非重要設(shè)備，可以通過(guò)硬件上多個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)后再接入plc輸入端，或者通過(guò)plc編程來(lái)減少i/o點(diǎn)數(shù)，節(jié)約資源。例如：我們使用一個(gè)按鈕來(lái)控制設(shè)備的啟動(dòng)/停止，就可以采用二分頻來(lái)實(shí)現(xiàn)。
模塊化編程思想的應(yīng)用：我們可以把正反自鎖互鎖轉(zhuǎn)程序封裝成為一個(gè)模塊，正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)封裝成為一個(gè)模塊，在plc程序中我們可以重復(fù)調(diào)用該模塊，不但減少編程量，而且減少內(nèi)存占用量,有利于大型plc程序的編制。