設(shè)計(jì)一個(gè)完整的PLC應(yīng)用系統(tǒng)一般包括項(xiàng)目分析、PLC硬件選型、程序設(shè)計(jì)和調(diào)試等幾個(gè)步驟。

一、項(xiàng)目分析

項(xiàng)目分析需要對(duì)項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝、工作環(huán)境、硬件需求和控制要求等方面進(jìn)行全面分析。這項(xiàng)工作是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。如果前期項(xiàng)目分析不到位，將會(huì)造成后面硬件選型不準(zhǔn)確，導(dǎo)致工程延期。

1．項(xiàng)目分析

工程技術(shù)人員首先要對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行分析，即項(xiàng)目工程的控制流程和每個(gè)流程的控制類型，并對(duì)整個(gè)項(xiàng)目可能出現(xiàn)問題做出預(yù)判。

（1）分析控制流程。分析控制流程時(shí)，建議繪制相關(guān)的控制流程圖，清晰的標(biāo)注每一步工作的內(nèi)容和到下一步的條件。

（2）分析控制類型和預(yù)估PLC選型所需參數(shù)。一般PLC適用于四種控制類型，即順序控制，過程控制，運(yùn)動(dòng)（或位置）控制和網(wǎng)絡(luò)通信等。工程技術(shù)人員在分析控制要求后，根據(jù)繪制的控制流程圖，將每個(gè)控制流程的控制類型進(jìn)行分類，再根據(jù)項(xiàng)目的復(fù)雜程度將組合出控制類型，因此前期準(zhǔn)確地分析每一步的控制類型，將有助于選型的準(zhǔn)確和問題的預(yù)估。

在分析項(xiàng)目控制類型的同時(shí)，工程技術(shù)人員還要預(yù)估PLC選型所需要的重要參數(shù)值。如順序控制中的I/O點(diǎn)數(shù)；若使用編碼器，要根據(jù)編碼器的參數(shù)計(jì)算其輸出脈沖的頻率值，進(jìn)而換算成PLC高速計(jì)數(shù)的脈沖頻率。再如，過程控制中模擬量數(shù)和模擬量精度、運(yùn)動(dòng)控制中PLC對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)器反饋信號(hào)的響應(yīng)速度和PLC高速脈沖輸出的數(shù)量，以及在網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，所選PLC是否支持相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)類型等參數(shù)。

2．預(yù)估可能出現(xiàn)的問題

對(duì)于可能出現(xiàn)問題的預(yù)估是工程分析中較難的環(huán)節(jié)。這不僅需要工程技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場的工作環(huán)境和整個(gè)項(xiàng)目控制難點(diǎn)能夠較好地把握，還要對(duì)可能出現(xiàn)的突發(fā)情況和危險(xiǎn)具有前期預(yù)判。

（1）設(shè)備工作環(huán)境的把握。工程人員需要對(duì)生產(chǎn)環(huán)境有較全面的認(rèn)識(shí)。如紡織機(jī)械所處工作環(huán)境的空氣濕度高、振動(dòng)較大，所以設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)時(shí)要做好防震處理。又如建材加工廠的環(huán)境溫度比較高，并且有很大的粉塵和較強(qiáng)的靜電，因此工程技術(shù)人員要在保證電氣控制柜通風(fēng)良好的前提下，進(jìn)一步做好防塵和除靜電處理。

設(shè)備工作環(huán)境的把握不僅僅局限于物理的環(huán)境，隨著PLC應(yīng)用的深入，更需考慮人員因素。如設(shè)備操作人員的素質(zhì)較低時(shí)，需要開發(fā)較為簡練的設(shè)備操作界面。

（2）項(xiàng)目難點(diǎn)的預(yù)期。項(xiàng)目難點(diǎn)的預(yù)期其實(shí)就是對(duì)項(xiàng)目核心問題的把握。如噴氣織機(jī)設(shè)備的控制核心就是如何快速有序地控制電磁閥，利用壓縮空氣的摩擦力來牽引緯紗穿過紡織梭，完成紡織的引緯工作，這需要PLC具有非常快的響應(yīng)速度。在確定項(xiàng)目難點(diǎn)后，工程技術(shù)人員可以根據(jù)難點(diǎn)來對(duì)PLC進(jìn)行選型。從整個(gè)項(xiàng)目的角度出發(fā)，項(xiàng)目的難點(diǎn)就是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，也是PLC選型的方向。

（3）項(xiàng)目危險(xiǎn)的前期預(yù)估。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期，工程技術(shù)人員需對(duì)本項(xiàng)目可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況進(jìn)行預(yù)判。如順序控制或運(yùn)動(dòng)控制中調(diào)試設(shè)備時(shí)對(duì)于誤動(dòng)作的防護(hù)；在過程控制中，測試時(shí)是否有高壓，高溫或者有毒有害物質(zhì)以及相關(guān)的防護(hù)措施。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期對(duì)危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)估有助于加強(qiáng)工程技術(shù)人員的安全意識(shí)。

二、PLC硬件選型

PLC的選型是工程技術(shù)人員根據(jù)前期項(xiàng)目分析和項(xiàng)目難點(diǎn)的預(yù)期來選擇合適PLC，主要依據(jù)以下原則。

1．先特殊后一般原則

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)工程項(xiàng)目中制約PLC選型的因素主要集中在幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上，所以應(yīng)遵循先特殊后一般的原則選擇PLC。

所謂特殊即項(xiàng)目有哪些特殊的控制要求，不同控制類型有著不同的首要制約因素。如順序控制中，CPU的程序容量和I/O點(diǎn)的擴(kuò)展能力為PLC選型的主要因素。過程控制中，則以控制模擬量的數(shù)量和模擬量的精度作為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行選型。在較為簡單的運(yùn)動(dòng)控制中，PLC需要接收來自現(xiàn)場編碼器送回的位置信號(hào)并相應(yīng)地發(fā)出一定頻率的脈沖來控制伺服電機(jī)，因此PLC處理數(shù)據(jù)的速度、輸入端接收高速脈沖的能力和輸出端高速脈沖的發(fā)送能力將成為PLC選型的首要因素。而在大型復(fù)合項(xiàng)目中，需使用不同的PLC組網(wǎng)，因此PLC支持的網(wǎng)絡(luò)類型則成為PLC選型的首要因素。

工程技術(shù)人員需按照本項(xiàng)目的核心需求，將不同的控制要求按照從特殊到一般的順序進(jìn)行排列，如此選型將事半功倍，更可降低工程的整體難度。

2．由下至上原則

由下至上原則的目的是將PLC選型的性價(jià)比更大化。目前多數(shù)廠家的PLC產(chǎn)品分成多個(gè)系列。當(dāng)工程技術(shù)人員選型時(shí)，按照第一步從特殊到一般的選型順序，從低款PLC開始，逐一對(duì)照性能參數(shù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)不滿足要求時(shí)，考慮較高一款產(chǎn)品。以此類推，直至選取全部滿足要求的PLC型號(hào)。如若由上至下選型，則會(huì)使PLC功能浪費(fèi)，造成大馬拉小車。

3．PLC開關(guān)量輸入/輸出單元的選擇

PLC的開關(guān)量輸入點(diǎn)是用來接受現(xiàn)場傳感器所輸入的電平信號(hào)，開關(guān)時(shí)輸出點(diǎn)的作用根據(jù)內(nèi)部的控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

（1）開關(guān)量輸入端子的選擇。現(xiàn)在市面上PLC輸入點(diǎn)均為晶體管輸入，使用者只需要根據(jù)前期預(yù)估的輸入點(diǎn)數(shù)量選擇即可。但是這里需要注意，因PLC端接線類型不同，分別有NPN和PNP兩種輸入方式，其意義是輸入端是以低電平有效還是以高電平有效，一旦確定輸入端的接線類型，則需選用相同類型輸入的傳感器，即NPN和PNP型的傳感器不能共用一個(gè)PLC的輸入端子。

現(xiàn)在市面上PLC輸入端子多為直流24V的輸入電壓，如果需要其將他電壓規(guī)格的傳感器接入到PLC，需用繼電器做相應(yīng)的隔離，保證接入PLC輸入端的信號(hào)為直流24V電壓。

（2）開關(guān)量輸出端子的選擇。PLC開關(guān)量輸出點(diǎn)的類型主要為繼電器型輸出和晶體管輸出兩種。

1）繼電器輸出型。繼電器輸出負(fù)載能力好，能夠短時(shí)間承受較高過電壓和過電流，有較強(qiáng)的隔離作用。但是由于繼電器內(nèi)部為機(jī)械觸點(diǎn)，動(dòng)作壽命有限，所以只能用于連接動(dòng)作頻率較低且不需要高速脈沖輸出的場合。

2）晶體管輸出型。晶體管型輸出是以通過控制其內(nèi)部三極管的導(dǎo)通為手段，來達(dá)到控制輸出端子通斷目的，并且其內(nèi)部并沒有機(jī)械觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，所以相比于繼電器輸出觸點(diǎn)，晶體管輸出觸點(diǎn)壽命長，動(dòng)作頻率高，不易損壞，缺點(diǎn)為負(fù)載能力較差。

3）開關(guān)量輸出端子選型的注意事項(xiàng)

① 類似于輸入端，晶體管輸出端子也分為NPN型和PNP型兩種。一旦型號(hào)確定則只能按照同種接線方式連接負(fù)載。

② 在實(shí)際應(yīng)用中，建議工程技術(shù)人員多選用晶體管輸出型PLC，并在輸出端使用繼電器連接外部負(fù)載，形成對(duì)于下游負(fù)載設(shè)備的電氣隔離，這樣的組合綜合了晶體管壽命長和繼電器負(fù)載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。如果現(xiàn)場出現(xiàn)電氣故障，PLC輸出端子將會(huì)因受到隔離繼電器保護(hù)而免受損壞，只需要更換損壞的繼電器即可。而一旦繼電器輸出型PLC端子損壞，將無法修復(fù)損壞端子。

4．先內(nèi)置后擴(kuò)展原則

隨著PLC的不斷更新?lián)Q代，特別是小型機(jī)功能的不斷增強(qiáng)，PLC單機(jī)已內(nèi)置了許多擴(kuò)展模塊的功能，如模擬量功能，通信功能等。因此，選型時(shí)盡可能選用內(nèi)置功能多的PLC，既降低了成本，又節(jié)省控制柜空間，更可以簡化設(shè)置和編程工作量。

5．PLC選型冗余量的把握

由于前期預(yù)估、現(xiàn)場施工改動(dòng)和后期維護(hù)升級(jí)的需要，PLC選型需考慮一定的冗余量。主要考慮I/O點(diǎn)的數(shù)量，較小的工程控制在20%的冗余范圍；較大的工程控制在5%——10%。其它如模擬量，通信和總線功能的冗余問題，需工程技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場硬件配置靈活把握，如果控制功能均為PLC內(nèi)置的，則需更換高一級(jí)單機(jī)PLC；若控制功能是通過擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)的，則考慮冗余時(shí)僅需更新相應(yīng)模塊即可。

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