西门子中国代理商触摸屏

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西门子PLC控制系统设计原则与步骤

任何一个控制系统都是为了实现对被控对象的工艺要求，并提高生产效率和产品质量。PLC自动化控制系统和其他控制系统一样，都遵循一定的设计原则、设计步骤和设计内容。

  PLC 控制系统设计分为单机设计、群机(生产线)设计和过程控制设计。单机设计指PLC仅用于单台设备的控制系统，这是目前应用广泛的控制系统设计，控制系统相对比较简单，大都为开关量逻辑控制。对初学PLC的人来说，单机设计是一个很好的PLC控制系统设计的切入口。群机设计涉及多台设备之间的互动关系，比单机要复杂一些。而过程控制则是一个生产系统过程的控制、控制系统大而复杂，涉及的PLC应用知识面相当广，一般来说，不是一个人所能单完成的。下面对 PLC 控制系统的设计讨论主要针对单机和群机设计而言。

  1. PLC控制系统设计原则

  PLC 控制系统以实现控制对象的自动化要求为前提，以系统安全为准则，以提高生产效率和产品质量为宗旨，因而在设计中要遵循以下原则：

  (1)大限度地满足被控对象的要求。

  充分发挥PLC的控制功能，大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，也是设计中重要的一条原则。

  (2)确保控制系统、操作人员及生产设备的安全。

   PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计系统的重要原则。设计考虑正常情况下安全可靠，还考虑非正常情况下(如突然断电，突然断电再上电，人工操纵错误等)也能安全可靠。

  (3)力求简单、经济、实用、可靠且维护方便。

  投入产出比是衡量控制系统的一个重要指标。因此，在满足控制要求的前提下，在安全、可靠和稳定运行的原则下，应注意系统设计尽可能降低工程成本、使用成本和维护成本，不要盲目地追求高指标和高度自动化。

  (4)留有适当的发展余地。

  由于技术不断地发展，控制系统要求也会发生改变。因此，考虑生产的发展和工艺的更改，对所采用的PLC、I/O模块、内存容量都要适当留有余地。

  2. PLC控制系统设计步骤和内容

  PLC控制系统设计步骤如下所述。

  1)分析控制要求

  这一点是重要的一步，是全部设计的基础。在设计控制系统时，要深入了解、详细分析、认真研究被控对象(设备、生产线或者生产过程)的工艺流程、工艺参数及控制任务。在许多情况下，客户提供的控制要求都比较简单、抽象，许多意外情况的紧急处理和一般情况下所要完成的操作处理可能没有提及。例如，应具备的操作方式(手动、自动、半自动、断续等)、各种保护(断电、过载、误操作等)、PLC与其他智能设备(变频器，温控仪等)之间的关系，各种显示方式(指示灯、文本显示、触摸屏等)等，这都需要PLC控制系统设计人员去补充。

  在分析控制要求时，PLC控制系统设计人员与工艺、机械等方面的工程技术人员和现场操作人员密切配合，共同解决设计中出现的问题。某些控制要求，如果单纯用PLC控制系统去解决，可能难度较大，成本较高，而结合机械机构及装置则可事半功倍。同样，也不要追求现场操作越简单越好，适当的操作手段同样会简化PLC控制系统的设计。

  如果改造旧设备，还要仔细阅读原使用说明书和电器原理图等技术资料，要详细了解被控对象的全部功能，如机械部件的动作顺序、动作条件和必要的保护。设备内部的机械、气动、液压、仪表及电气系统之间的关系，有哪些控制方式、需要显示哪些物理量和显示方式等。

  对控制要求进行详细了解分析是做好PLC控制系统的步，且是重要的一步。做好这一步，下面的工作将变得比较容易且反复较少，能够做到。

  2)确定PLC控制系统的硬件结构组成

  在充分对控制要求分析的基础上，就要确定 PLC 控制系统的硬件组成及元器件的选择。

  是选择合适的 PLC，一般情况是根据 PLC 的输入量、输出量的点数和类型来确定PLC的型号和相应特殊模块。

  确定系统输入元件(按钮、行程开关、传感有源开关、传感器、变送器等)和输出元件(接触器、继电器、电磁阀、指示灯、电铃、各种控制板等)的品牌、型号。在选择这些元器件时，一定要以控制系统的可靠性、稳定性和安全性为主，在上述三性的前提下，能满足要求且价格较低就是好的，具体的选择方法可以参考有关手册资料。

  3)PLC的用户程序设计

  用户程序设计又称PLC软件系统设计。上面的两个步骤基本上都是为用户程序设计准备的。关于用户程序设计的进一步说明见5.5.2节PLC用户程序设计。

  4)PLC控制系统的调试

  当PLC控制系统程序设计完毕后，并不能马上投入运行，还需要经过模拟调试和现场调试，这是非常重要的一个环节。任何环节的设计很难说不经过调试就能使用，只要通过调试才能发现用户程序和外部控制回路的矛盾之处。只有通过调试才能后确定用户程序和外部控制回路的正确性。关于PLC控制系统的调试详见5.5.3节。待调试中出现的问题解决后才能正式投入运行。

  5)编写技术文件

  PLC控制系统交付使用并稳定运行一段时间后，可以根据终结果整理出完整的技术文件，并提供给客户，以便在今后使用。一般来说，技术文件包括以下内容。

  控制系统的使用说明书。

  控制系统电气原理图(含系统所使用的所有电气元器件的随机文件)。

  完整的梯形图文件(I/O地址分配表、PLC配线图、带注释的梯形图程序)。

  其他说明文件。

   PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
      1．输入处理
      输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
        2．程序执行
        根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。
       3．输出处理
      程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。