周月俠

（衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

1 前言

可編程控制器在我國(guó)工業(yè)方面應(yīng)用越來(lái)越廣泛，了解可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和內(nèi)容對(duì)學(xué)習(xí)利用可編程控制器實(shí)現(xiàn)的智能控制有著重要指導(dǎo)作用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

在電氣控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量是控制的最終目標(biāo)。在可編程序控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該把這個(gè)問(wèn)題放到首位。PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循以下原則。

(1) 滿足要求 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的首要前提。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，采集實(shí)際控制的相關(guān)信息，總結(jié)控制過(guò)程中好的控制方法，搜集與本被控對(duì)象相關(guān)的文獻(xiàn)資料，來(lái)進(jìn)行深入的分析和設(shè)計(jì)，并且要和現(xiàn)場(chǎng)的工作人員多進(jìn)行溝通，一起改進(jìn)和完善設(shè)計(jì)中所存在的問(wèn)題。

(2) 安全可靠 在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)長(zhǎng)期工作的安全性與穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)的基本原則。這就要求設(shè)計(jì)要考慮控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。為了能達(dá)到這一點(diǎn)，要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，器件選擇上，軟件編程上要全面考慮。

(3) 經(jīng)濟(jì)實(shí)用 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要原則。新的控制系統(tǒng)雖然能夠?qū)Ξa(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量帶來(lái)改善，為生產(chǎn)創(chuàng)造更多的價(jià)值，但新系統(tǒng)的引入、員工的培訓(xùn)、系統(tǒng)的維護(hù)都是一筆不小的投入。在滿足實(shí)際控制需求的基礎(chǔ)上，要合理改進(jìn)系統(tǒng)，降低系統(tǒng)的投入。

(4) 適應(yīng)發(fā)展 社會(huì)在不斷地前進(jìn)，科學(xué)在不斷地發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也一定會(huì)不斷地在提高、不斷地在完善。因此，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到今后的升級(jí)。在對(duì)PLC型號(hào)及相關(guān)配置模塊的選擇方面能夠留有一定的余量，以方便日后使用過(guò)程中的改進(jìn)和升級(jí)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

3.1 機(jī)型選擇

目前，可編程序控制器產(chǎn)品種類繁多，同一個(gè)公司生產(chǎn)出的PLC也常常推出系列產(chǎn)品。這需要用戶去選擇最適合自己要求的產(chǎn)品。正確選擇產(chǎn)品中，首要的是選定機(jī)型。

（1） 根據(jù)系統(tǒng)類型選擇機(jī)型 根據(jù)不同類型的機(jī)型，可將控制系統(tǒng)分為三類，分別為：?jiǎn)误w控制小系統(tǒng)、慢過(guò)程大系統(tǒng)以及快速控制大系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在PLC的選型上是有區(qū)別的。

在單體控制的小系統(tǒng)中可通過(guò)使用一臺(tái)可編程序控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求。該系統(tǒng)簡(jiǎn)單靈活，控制對(duì)象往往是系統(tǒng)中的某一個(gè)控制指標(biāo)。這種系統(tǒng)對(duì)可編程序控制器間的通信技術(shù)要求不高。但有時(shí)需要在機(jī)器與機(jī)器之間進(jìn)行通信。

慢過(guò)程大系統(tǒng)的特點(diǎn)是對(duì)設(shè)備的性能要求低，但設(shè)備之間有一定的聯(lián)系，設(shè)備之間有一定的距離，并且控制的對(duì)象復(fù)雜，例如加熱爐、港口等系統(tǒng)中對(duì)象的遠(yuǎn)程控制；還有些系統(tǒng)中部分設(shè)備需要較高的運(yùn)行速度，但是另外一些設(shè)備則不需要太高的運(yùn)行速度，如鋼廠、電廠的一些相關(guān)控制系統(tǒng)。對(duì)這一類控制對(duì)象，大型機(jī)一般不適合這種靈活控制的場(chǎng)合。一般常采用多臺(tái)中小機(jī)型和低速網(wǎng)相連接。通常可以選擇單臺(tái)中小型機(jī)對(duì)單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)控制，這樣不僅容易編程，而且便于調(diào)試和對(duì)故障查找、改正。

快速控制大系統(tǒng)：隨著可編程序控制器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，在中小型的快速系統(tǒng)中，可編程序控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備的各種基本控制。在這一類控制系統(tǒng)中，即使使用一臺(tái)性能較高的大型機(jī)也不容易實(shí)現(xiàn)控制的要求。假如使用多臺(tái)中小型機(jī)則可以靈活的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且反應(yīng)速度快。

（2）由被控對(duì)象選擇機(jī)型 根據(jù)控制對(duì)象的不同特點(diǎn)進(jìn)行分析，是選擇機(jī)型的基礎(chǔ)。由控制對(duì)象需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)的多少，可以將PLC的大小種類確定出來(lái)。由控制對(duì)象的實(shí)際特點(diǎn)可確定出PLC的性能。根據(jù)控制對(duì)象的操作規(guī)則可以估計(jì)出控制程序所占內(nèi)存的容量。根據(jù)以上的綜合分析，就可以更加準(zhǔn)確的確定出PLC機(jī)型的范圍。

3.2 選擇接口設(shè)備

為了運(yùn)行可靠在選擇PLC產(chǎn)品時(shí)，需要綜合考慮到機(jī)型和接口設(shè)備的質(zhì)量和控制可靠性的問(wèn)題。PLC的接口設(shè)備分為自身的I/O與功能模塊，還有與接口模塊相連的外部設(shè)備這兩部分。在選擇PLC自身模塊時(shí)需要考慮下面兩點(diǎn)。一是要保證其能夠與PLC對(duì)接良好。這就要考慮到模塊的型號(hào)與規(guī)格這兩個(gè)方面，主要是看看他們的類型與型號(hào)是否配套。二是要保證所用到的模塊是否與外部設(shè)備對(duì)接良好。

硬件部分的工作完成后，就要開始著手軟件設(shè)計(jì)了，即程序的編制工作。在編制程序之前需要繪制一個(gè)輸入輸出變量表，這樣有利于程序編寫，為下面的許多工作都提供了便捷的條件。

3.3 分配輸入輸出點(diǎn)

為了以后的工作的便捷，設(shè)計(jì)者在完成上面的工作后，就可以對(duì)設(shè)備的I/O進(jìn)行設(shè)定。

（1） 單臺(tái)PLC系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的分配 在對(duì)輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行排序時(shí)，最好不要按照順序排列，這樣不利于系統(tǒng)的編程與系統(tǒng)的調(diào)試工作。為了方便，可以按照控制設(shè)備的不同，將輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行分配，這樣可以有利于調(diào)試與編程工作

（2）多臺(tái)PLC系統(tǒng)中輸入輸出點(diǎn)的分配 如果系統(tǒng)中存在多個(gè)可以編程的控制器，應(yīng)該依據(jù)工程上的總要求，把輸入輸出按照控制類別的不同進(jìn)行分組，并且得到各個(gè)可編程控制器分別需要遵守的規(guī)則。

3.4 建立輸入輸出變量表

（1） 繪制輸入輸出變量表為了方便編程，需要繪制一個(gè)輸入輸出變量列表。在表內(nèi)中應(yīng)該把相應(yīng)的模塊端子，地址號(hào)與信號(hào)名稱對(duì)應(yīng)好。

（2） 建立內(nèi)存變量分配表 輸入輸出點(diǎn)最終會(huì)儲(chǔ)存在PLC的內(nèi)存單元中，也就是通常說(shuō)的輸入輸出映像區(qū)。對(duì)于一個(gè)具體的程序可能會(huì)用到許多的器件與變量，比如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器還有許多的PLC內(nèi)部變量等，那么就必須在編程前，考慮周全，把這些變量所需要占用的內(nèi)存分配好，并建立相應(yīng)的表格，也即內(nèi)存變量分配表，它包含了所需要的所有元件和變量，并且可以根據(jù)它來(lái)閱讀程序和查找故障。

3 小結(jié)

本文主要論述了可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，如系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括選擇機(jī)型、選擇接口設(shè)備、分配輸入輸出點(diǎn)等。

【參考文獻(xiàn)】

1 黃德先，王京春，金以慧.過(guò)程控制系統(tǒng)「M].清華大學(xué)出版社.2011年5月.

2 西門子（中國(guó)）有限公司.S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè).2007

3 廖常初.大中型PLC應(yīng)用教程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.