在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機(jī)的起停，電磁閥的開(kāi)閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的這些自動(dòng)控制問(wèn)題，若采用可編程序控制器（plc）來(lái)解決自動(dòng)控制問(wèn)題已成為最有效的工具之一，本文敘述plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題。
硬件選購(gòu)目前市場(chǎng)上的plc產(chǎn)品眾多，除國(guó)產(chǎn)品牌外，國(guó)外有：日本的 omron、mitsubishi、fujj、anasonic,德國(guó)的siemens，韓國(guó)的lg等。近幾年，plc產(chǎn)品的價(jià)格有較大的下降，其性價(jià)比越來(lái)越高，這是眾多技術(shù)人員選用plc的重要原因。那么，如何選購(gòu)plc產(chǎn)品呢?
1、系統(tǒng)規(guī)模首先應(yīng)確定系統(tǒng)用plc單機(jī)控制，還是用plc形成網(wǎng)絡(luò)，由此計(jì)算plc輸入、輸出點(diǎn)。數(shù)，并且在選購(gòu)plc時(shí)要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上留有一定余量（10%）。
2、確定負(fù)載類(lèi)型根據(jù)plc輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及plc輸出點(diǎn)動(dòng)作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。
3、存儲(chǔ)容量與速度盡管?chē)?guó)外各廠家的plc產(chǎn)品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產(chǎn)品。各個(gè)公司的開(kāi)發(fā)軟件都不相同，而用戶程序的存儲(chǔ)容量和指令的執(zhí)行速度是兩個(gè)重要指標(biāo)。一般存儲(chǔ)容量越大、速度越快的plc價(jià)格就越高，但應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的大小合理選用plc產(chǎn)品。
4、編程器的選購(gòu)plc編程可采用三種方式：
是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規(guī)定語(yǔ)句表中的語(yǔ)句編程。這種方式效率低，但對(duì)于系統(tǒng)容量小，用量小的產(chǎn)品比較適宜，并且體積小，易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，造價(jià)也較低。
是用圖形編程器編程，該編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價(jià)格較高。
是用ibm個(gè)人計(jì)算機(jī)加plc軟件包編程，這種方式是效率最高的一種方式，但大部分公司的plc開(kāi)發(fā)軟件包價(jià)格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。
因此，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易，開(kāi)發(fā)周期的長(zhǎng)短以及資金的情況合理選購(gòu)plc產(chǎn)品。
5、盡量選用大公司的產(chǎn)品其質(zhì)量有保障，且技術(shù)支持好，一般售后服務(wù)也較好，還有利于你的產(chǎn)品擴(kuò)展與軟件升級(jí)。
一、輸入回路的設(shè)計(jì)
1、電源回路 plc供電電源一般為 ac85—240v（也有dc24v），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）。
2、plc上dc24v電源的使用各公司 plc產(chǎn)品上一般都有dc24v電源，但該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負(fù)載時(shí)要注意容量，同時(shí)作好防短路措施（因?yàn)樵撾娫吹倪^(guò)載或短路都將影響plc的運(yùn)行）。
3、外部dc24v電源 若輸入回路有 dc24v供電的接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等，而plc上dc24v電源容量不夠時(shí)，要從外部提供dc24v電源；但該電源的“—”端不要與 plc的 dc24v的“—”端以及“com”端相連，否則會(huì)影響plc的運(yùn)行。
4、輸入的靈敏度各廠家對(duì)plc的輸人端電壓和電流都有規(guī)定，如日本三菱公司f7n系列plc的輸入值為c24v、7ma，啟動(dòng)電流為4．5ma，關(guān)斷電流小于1．5ma，因此，當(dāng)輸入回路串有二極管或電阻（不能完全啟動(dòng)），或者有并聯(lián)電阻或有漏電流時(shí)（不能完全切斷），就會(huì)有誤動(dòng)作，靈敏度下降，對(duì)此應(yīng)采取措施。另一方面，當(dāng)輸入器件的輸入電流大于plc的最大輸入電流時(shí)，也會(huì)引起誤動(dòng)作，應(yīng)采用弱電流的輸入器件，并且選用輸人為共漏型輸入的 plc，bp輸入元件的公共點(diǎn)電位相對(duì)為負(fù)，電流是流出 plc的輸入端。
二、輸出回路的設(shè)計(jì)
1、各種輸出方式之間的比較
（1）繼電器輸出：
優(yōu)點(diǎn)是不同公共點(diǎn)之間可帶不同的交、直流負(fù)載，且電壓也可不同，帶負(fù)載電流可達(dá)2a／點(diǎn)；但繼電器輸出方式不適用于高頻動(dòng)作的負(fù)載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負(fù)載電流的增加而減少，一般在幾十萬(wàn)次至jl百萬(wàn)次之間，有的公司產(chǎn)品可達(dá)1000萬(wàn)次以上，響應(yīng)時(shí)間為10ms。
（2）晶閘管輸出：
帶負(fù)載能力為0.2a/點(diǎn)，只能帶交流負(fù)載，可適應(yīng)高頻動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間為1ms。
（3）晶體管輸出：
最大優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)于高頻動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶 dc 5—30v的負(fù)載，最大輸出負(fù)載電流為0．5a/點(diǎn)，但每4點(diǎn)不得大于0.8a。
當(dāng)你的系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下時(shí)，應(yīng)首選繼電器輸出，因其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾和帶負(fù)載能力強(qiáng)。當(dāng)頻率為10次／min以下時(shí)，既可采用繼電器輸出方式；也可采用plc輸出驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓三極管（5—10a），再驅(qū)動(dòng)負(fù)載，可大大減小。
2、抗干擾與外部互鎖當(dāng) plc輸出帶感性負(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)兩個(gè)物理量的輸出在plc內(nèi)部已進(jìn)行軟件互鎖后，在plc的外部也應(yīng)進(jìn)行互鎖，以加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。
3、“gom“點(diǎn)的選擇不同的 plc產(chǎn)品，其“com”點(diǎn)的數(shù)量是不一樣的，有的一個(gè)“com”點(diǎn)帶8個(gè)輸出點(diǎn)，有的帶4個(gè)輸出點(diǎn)，也有帶2個(gè)或1個(gè)輸出點(diǎn)的。當(dāng)負(fù)載的種類(lèi)多，且電流大時(shí)，采用一個(gè)“com”點(diǎn)帶1—2個(gè)輸出點(diǎn)的 plc產(chǎn)品；當(dāng)負(fù)載數(shù)量多而種類(lèi)少時(shí)，采用一個(gè)“com”點(diǎn)帶4—8個(gè)輸出點(diǎn)的plc產(chǎn)品。這樣會(huì)對(duì)電路設(shè)計(jì)帶來(lái)很多方便，每個(gè)“com”點(diǎn)處加一熔絲，1—2個(gè)輸出時(shí)加2a的熔絲，4—8點(diǎn)輸出的加5—10a的熔絲，因 plc內(nèi)部一般沒(méi)有熔絲。
4、plc外部驅(qū)動(dòng)電路對(duì)于 plc輸出不能直接帶動(dòng)負(fù)載的情況下，必須在外部采用驅(qū)動(dòng)電路：可以用三極管驅(qū)，也可以用固態(tài)繼電器或晶閘管電路驅(qū)動(dòng)，同時(shí)應(yīng)采用保護(hù)電路和浪涌吸收電路，且每路有顯示二極管（led）指示。印制板應(yīng)做成插拔式，易于維修。
plc的輸入輸出布線也有一定的要求，請(qǐng)看各公司的使用說(shuō)明書(shū)。
三、擴(kuò)展模塊的選用
對(duì)于小的系統(tǒng)，如80點(diǎn)以內(nèi)的系統(tǒng)．一般不需要擴(kuò)展；當(dāng)系統(tǒng)較大時(shí)，就要擴(kuò)展。不同公司的產(chǎn)品，對(duì)系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)及擴(kuò)展模塊的數(shù)量都有限制，當(dāng)擴(kuò)展仍不能滿足要求時(shí)，可采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；同時(shí)，有些廠家產(chǎn)品的個(gè)別指令不支持?jǐn)U展模塊，因此，在進(jìn)行軟件編制時(shí)要注意。當(dāng)采用溫度等模擬模塊時(shí)，各廠家也有一些規(guī)定，請(qǐng)看相關(guān)的技術(shù)手冊(cè)。
各公司的擴(kuò)展模塊種類(lèi)很多，如單輸入模塊、單輸出模塊、輸入輸出模塊、溫度模塊、高速輸入模塊等。 plc的這種模塊化設(shè)計(jì)為用戶的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了方便。
四、plc的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
當(dāng)用plc進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，其難度比plc單機(jī)控制大得多。首先你應(yīng)選用自己較熟悉的機(jī)型，對(duì)其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執(zhí)行速度和用戶程序存儲(chǔ)容量也應(yīng)仔細(xì)了解。否則，不能適應(yīng)你的實(shí)時(shí)要求，造成系統(tǒng)崩潰。另外，對(duì)通信接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳送速度等也要考慮。
最后，還要向 plc的商家尋求網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和軟件技術(shù)支持及詳細(xì)的技術(shù)資料，至于選用幾層工作站，依你的系統(tǒng)大小而定。
五、軟件編制
在編制軟件前，應(yīng)首先熟悉所選用的 plc產(chǎn)品的軟件說(shuō)明書(shū)，待熟練后再編程。若用圖形編程器或軟件包編程，則可直接編程，若用手持編程器編程，應(yīng)先畫(huà)出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯(cuò)，速度也快。編程結(jié)束后先空調(diào)程序，待各個(gè)動(dòng)作正常后，再在設(shè)備上調(diào)試。
六、安全問(wèn)題
設(shè)計(jì)可編程控制器時(shí)， 安全性是第一重要的，即使在外部的電源發(fā)生異常時(shí)，可編程控制器出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)也能在安全狀態(tài)下工作，請(qǐng)務(wù)必在可編程控制器外部，設(shè)置安全電路，誤操作，誤輸出是產(chǎn)生事故的原因。
1。務(wù)必在可編程控制器外部，設(shè)置如下幾種電路，
緊急停止電路，保護(hù)電路，正轉(zhuǎn)逆轉(zhuǎn)等相反操作的連鎖電路，定位的上限/下線等防止損壞的連鎖電路。
2.可編程控制器cpu有監(jiān)視定時(shí)器等自檢功能
可編程控制器cpu以監(jiān)視定時(shí)器等自檢功能，檢測(cè)出異常時(shí)，輸出全部關(guān)閉，擔(dān)當(dāng)可編程控制器的cpu檢測(cè)不出輸入輸出控制部分的異常時(shí)就不能控制輸出，這時(shí)，為使機(jī)器在安全狀態(tài)下運(yùn)行，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)外電路及機(jī)構(gòu)
3.設(shè)計(jì)確保傳感器的后備電源產(chǎn)生過(guò)負(fù)荷時(shí)的安全：
傳感器的后備電源產(chǎn)生過(guò)負(fù)荷時(shí)，電壓自動(dòng)下降，除可編程控制器輸入不工作之外，全部輸出都關(guān)閉，這時(shí)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)外電路和機(jī)構(gòu)，以使其在安全狀況下工作。
4.設(shè)計(jì)確保當(dāng)有與重大故障有聯(lián)系的輸出信號(hào)時(shí)機(jī)器的安全：
因輸出繼電器，晶體管的故障，輸出時(shí)而為on,時(shí)而為off的現(xiàn)象出現(xiàn)，當(dāng)有與重大故障有聯(lián)系的輸出信號(hào)時(shí)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)外電路和機(jī)構(gòu)，以使機(jī)器在安全狀況下運(yùn)行.
七、設(shè)計(jì)可編程控制系統(tǒng)時(shí)的故障防范
在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，大量采用了可編程序控制系統(tǒng)，可編程序控制器能在惡劣的工作環(huán)境下正常工作，但其構(gòu)成的控制系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)、安裝、干擾等因素有時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障。有些問(wèn)題是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周造成的。根據(jù)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，本文闡述可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。
1、一個(gè)系統(tǒng)中使用的成熟技術(shù)至少應(yīng)占到75%以上
“成熟技術(shù)”一是經(jīng)過(guò)一定的生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的可編程控制器產(chǎn)品或類(lèi)似設(shè)計(jì)，或者確定能在未來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)得起考驗(yàn)；二是設(shè)計(jì)工作人員對(duì)于需要使用的技術(shù)要有經(jīng)驗(yàn)或有掌握它的能力。設(shè)計(jì)與配置一個(gè)可編程序控制系統(tǒng)選用的技術(shù)與設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行。因?yàn)橐粋€(gè)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)，一旦做出來(lái)，要長(zhǎng)久使用下去，難以找到機(jī)會(huì)反復(fù)修改。設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)和編程軟件，其中某些缺欠，可能一直隱藏在已完成的系統(tǒng)中。若遇到發(fā)生破壞作用的條件，后果難以預(yù)料。
2、系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)要簡(jiǎn)明而清晰
硬件結(jié)構(gòu)不要追求繁瑣，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)不要追求交叉因素太多，要力求使用可編程序控制器自身配置的組網(wǎng)能力。在組成i/o機(jī)箱配套的模板時(shí)，建議型號(hào)簡(jiǎn)單，力求一致，模板密度不宜過(guò)大。使用的結(jié)線點(diǎn)不宜過(guò)多，從目前機(jī)箱的制造和配線工藝來(lái)看，輸入與輸出配線密度不能太高。
3、控制系統(tǒng)的功能和管理系統(tǒng)的功能應(yīng)嚴(yán)格劃分界限
由于可編程序控制器組成的過(guò)程控制系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)性要求很高，而網(wǎng)絡(luò)通信是允許暫時(shí)失去通信聯(lián)系，過(guò)后自己能重新恢復(fù)，但是在重新恢復(fù)之前這一間隔時(shí)間可編程序控制器會(huì)處于失控。另外，在用多個(gè)可編程序控制器系統(tǒng)組成一個(gè)大系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于主控制的關(guān)鍵命令，除了使用可編程序控制器自身的網(wǎng)絡(luò)通信傳送它的信息外，最好有使用它的i/o點(diǎn)做成的硬件聯(lián)鎖，特別是兩者之間“急?！钡奶幚?；雖然兩個(gè)系統(tǒng)都在自身的通信掃描中互相變換著“停止”或“急停”命令，但因一方在急停故障時(shí)已經(jīng)停止運(yùn)行，另一方并未收到已停止的信息而照常運(yùn)行，其后果難測(cè)。可編程序控制器控制系統(tǒng)關(guān)鍵的“急?！睉?yīng)先切除執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源，然后將其信號(hào)送入可編程序控制器，這樣可取得設(shè)備安全保護(hù)的時(shí)間。
4、可編程序控制器的程序要簡(jiǎn)明且可讀
用戶軟件的編寫(xiě)是“平鋪直敘”，用戶軟件可看成是一個(gè)有序的“黑盒子”系列，每個(gè)“黑盒子”按照結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言劃分，可分為幾種典型的語(yǔ)句。每個(gè)語(yǔ)句方式、手法可能十分單調(diào)，但一定要明確。在設(shè)計(jì)與編寫(xiě)這些語(yǔ)句時(shí)，若使用不易推理的邏輯關(guān)系太多，或者語(yǔ)句因素太多，特殊條件太多，就會(huì)使人閱讀這些語(yǔ)句時(shí)十分難懂。因此，一個(gè)可編程控制器的用戶軟件的可讀性，即編寫(xiě)的軟件能為大多數(shù)人讀懂，能理解可編程控制器在執(zhí)行這個(gè)語(yǔ)句時(shí)，“發(fā)生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能單一而流暢，這是軟件在使用和維護(hù)時(shí)的重要條件。
5、可編程序控制系統(tǒng)在硬件和軟件上的預(yù)置，有運(yùn)行檢測(cè)的關(guān)鍵監(jiān)視條件
可編程序控制系統(tǒng)配置了彩色圖形工作站/屏幕監(jiān)視，但從價(jià)格及反映現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的時(shí)間來(lái)看，屏幕監(jiān)視尚不方便。關(guān)鍵的故障，或者在關(guān)鍵的機(jī)械設(shè)備附近，可配置一些指示燈，它們可以用數(shù)字量輸出做成，用來(lái)監(jiān)視程序的正常運(yùn)行，或用來(lái)調(diào)試程序，在指示燈旁配以功能標(biāo)牌，可幫助操作人員確認(rèn)可編程序控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行和及時(shí)反映故障。
6、設(shè)計(jì)大中型可編程序控制系統(tǒng)時(shí)不要耗盡它的硬件和軟件資源
對(duì)于設(shè)計(jì)的新系統(tǒng)，硬件上至少要保留15%左右的冗余，在軟件編制時(shí)，同樣要估計(jì)用戶軟件對(duì)計(jì)算機(jī)資源的需要與用量。尤其對(duì)中間繼電器，計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的使用，要留有余地。因?yàn)樵谡{(diào)試和運(yùn)行后，軟件總會(huì)被修改、補(bǔ)充，甚至重新編制。已編制的軟件讓人無(wú)法修改和完善，在工程上是不實(shí)際的。
7、合理地配置可編程序控制器系統(tǒng)的冗余
可編程序控制系統(tǒng)可能做出多種方式的冗余，中央處理器的雙機(jī)熱備、冷備冗余是常見(jiàn)的方式。另外，雙系統(tǒng)冗余，即中央處理器和全部的輸入、輸出、組網(wǎng)通信完全冗余，其價(jià)格和實(shí)用性雖然在許多工程項(xiàng)目中難以被人接受，但在有毒、有害的化工生產(chǎn)環(huán)境這種冗余很有必要。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，要使配置冗余方式較為經(jīng)濟(jì)而又實(shí)用，力求使故障縮小在本設(shè)備身上。不要因某一設(shè)備發(fā)生故障，引起工藝流程中相關(guān)設(shè)備運(yùn)行或狀態(tài)受到?jīng)_擊。
以上闡述的幾個(gè)方面，是在可編程序控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)時(shí)，要格外重視的問(wèn)題，只有在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，考慮周到，系統(tǒng)投入運(yùn)行之后，設(shè)計(jì)人員才能少些遺憾。