【干活+福利】轻松掌握PLC控制系统设计(二)

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本篇文章能让读者了解PLC控制系统设计的原则和一般流程；理解控制系统可靠性设计方法和调试方法；掌握硬件系统选型的方法。由于内容较多,我们分为三个片断。

1.4 PLC控制系统硬件设计

传感器的确定

传感器相当于整个系统的“眼睛”，它的确定对系统有着至关重要的影响。一般来说，选择一个传感器时，应注意下面几个问题：①测量范围；②测量精度；③可靠性；④接口类型。

2. 执行器的确定 执行器相当于整个系统的“手臂”，其重要性不言而喻。与选择传感器相对应，在选择执行器时，应考虑到下面几个问题：①输出范围；②输出精度；③可靠性；④接口类型。

在硬件设计中，对输入、输出点进行估算是一个重要的工作，控制系统总的输入、输出点数可以根据实际设备的I/O点汇总，然后另加10%至20%的备用量估算。

1. 数字量I/O点数的确定

一般来说，一个按钮要占一个输入点；一个光电开关要占一个输入点；而对于选择开关来说，一般有几个位置就要占几个输入点；对各种位置开关一般占一个或两个输入点；一个信号灯占一个输出点。一般可用下式进行估算：

2. 模拟量I/O点数的确定

模拟量I/O点数的确定，一般应根据实际需要来确定，并预留出适当的备用点即可。

3. 存储器容量的估算

    这里所说的存储器容量与用户程序所需的内存容量不同，前者指的是硬件存储器容量，而后者指的是存储器中为用户开放的部分。用户程序所需的内存容量只能做粗略的估算，它与PLC的输入/输出点数成正比，此外，还受通信数据量、编程人员水平等因素的影响。一般内存容量估算经验公式如下：

4. 控制模块的选择

确定了PLC的输入/输出点数及存储器的容量后，下一步进行的是PLC模块的选择，主要包括CPU模块，数字量和模拟量输入/输出模块等；

（1）对于CPU模块选择，一般要考虑到以下几个问题：

1）通信端口类型

2）运算速度

3）特殊功能（如高速计数等）

4）存储器（卡）容量

5）对采样周期、响应速度的要求

（2）在选择扩展模块时，一般应注意以下方面：

1）模块的电压等级。可根据现场设备与模块间的距离来确定。当外部线路较长时，可选用交流220V电源；当外部线路较短，且控制设备相对较集中时，可选用DC24V电源。

2）  数字量输出模块的输出类型。数字量输出有继电器、晶闸管、晶体管三种形式。在通断不频繁的场合应该选用继电器输出；在通断频繁的场合，应该选用晶闸管或晶体管输出，注意晶闸管只能用于交流负载，晶体管只能用于直流负载。

3）  模拟量信号类型。模拟量信号传输应尽量采用电流型信号传输。因为电压量信号极易引入干扰，一般电压信号仅用于控制设备柜内电位器的设置，或者距离较近、电磁环境好的场合。

在大多数系统中，都需要设计控制柜，它可以将工业现场的恶劣环境与控制器隔离，使系统可靠的运行。一般来说，设计控制柜时应考虑到下面几个问题：

（1）尺寸大小。要根据现场的安装位置和空间，设计合适的尺寸大小。切忌在设计完工之后才发现在现场不能安装。而在外观方面没什么太严格的要求，只要看得简洁明了就好。

（2）电路图。在设计控制柜的电路图时，一方面要考虑到工业现场的环境，另一方面要考虑到系统的安全性。

（3）电源。在充分计算好系统所需的功率后，选择合适的电源。并根据系统需要，选择是否需要电源的备份。

（4）紧急停止。紧急停止与正常的停止运行有很大的不同，紧急停止主要从硬件的方式上确保了系统在出问题时的可靠和安全。

（5）其他。对于接线方式、接地保护、接线排的余量等问题，在设计时都要予以详细的考虑。

I/O模块原理图是传感器、执行器与I/O模块连接原理图。在设计时，应多查阅相关的I/O模块以及传感器和执行器的手册资料，对其连接的方式应予以充分的了解。这样在设计时才不会出现问题。同时还应考虑到裕量问题，即留出一部分I/O端口作备用，以便以后维修或者扩展之用。

1.5  PLC控制系统软件设计

控制软件是整个控制系统的“思想”。经过工程师们漫长的摸索，总结出许多有用的开发方法。下面就其设计原则和流程进行探讨。

1. 设计原则

控制软件的设计应该遵循以下几个原则：

（1）正确性。首先要保证能够完成用户所要求的各项功能，确保程序不会出现人为的错误。

（2）可靠性。在满足正确性的同时，也不可忽视。在设计时要设置事故报警、联锁保护等。还要对不同的工作设备和不同的工作状态做互锁设计，以防止用户的误操作；在有信号干扰的系统中，程序设计还应考虑滤波和校正功能，以消除干扰的影响。

（3）可调整性。程序设计应采用模块化设计方式。要借鉴软件工程中的“高内聚，低耦合”的思想。这样，即便是程序出现了问题，或用户想另增加功能时，能够很容易的对其进行调整。

（4）可读性强。在系统维护和技术改造时，一般都要在原始程序的基础上改造。所以要求在编写程序时，应力求语句简单、条件清楚、可读性强，以便系统的改进和移植。

2. 设计流程

控制软件设计流程可大体上遵照图1-3。

一个很好的监控系统能够使操作员更加轻松、方便和安全。监控软件的发展也非常迅速，不仅功能强大，而且开发周期明显缩短，节省了开发的成本。一般来说，监控软件在设计时，应该包括以下几个方面：

（1）工艺流程界面。针对系统的总体流程，给操作员一个直观的操作环境，同时对系统的各项运行数据也能实时的显示。

（2）操作控制界面。操作员可能对系统进行开车、停车、手动/自动等一系列的操作，通过此界面可以很容易的操作。

（3）趋势曲线界面。在过程控制中，许多过程变量的变化趋势对系统的运行起着重要的影响，因此趋势曲线在过程控制中尤为重要。

（4）历史数据归档。为了方便用户查找以往的系统运行数据，需要将系统运行状态进行归档保存。

（5）报警信息提示。当出现报警时，系统会以非常明显的方式来告诉操作员，同时对报警的信息也进行归档。

（6）相关参数设置。有些系统随着时间的运行，会一些参数会发生改变，操作员可根据自己的经验对相应的参数进行一些调整。

相关链接：轻松掌握PLC控制系统设计(一)

本文摘自：《西门子S7-300/400 PLC工程应用技术》 

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