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第8章 PLC的工程应用 8.1 PLC系统设计的步骤和内容 8.1.1 明确控制要求 在进行控制系统总体设计之前，设计人员必须深入现场，会同现场技术与操作人员，认真研究控制对象的工作原理，充分了解设备、工艺过程需要实现的动作与应具备的功能，掌握设备中各种执行元件的性能与参数，以便有效地开展设计工作。在熟悉控制对象的结构、原理及工艺过程的基础上，根据工艺过程的特点和要求分析控制要求，拟定控制系统设计的技术条件。技术条件通常以设计任务书的形式给出，它是系统设计的依据。 8.1.2 选择控制方案 如果选择PLC控制系统，应从以下几个方面进行考虑。 1）输入输出信号较多，且以开关量为主，也有少量模拟量。 2）控制对象工艺复杂，逻辑设计部分用继电接触器控制难度大。 3）有工艺变化或控制系统扩充的可能性。 4）现场处于工业环境，又要求控制系统具有较高的可靠性。 5）系统调试比较方便，能在现场进行。 8.1.3 控制系统总体设计 控制系统总体设计应先根据控制的要求与功能确定系统实现的具体措施，再由此确定系统的总体结构与组成，选定关键性组成部件，如选择PLC机型、人机界面、伺服驱动器、变频器和调速装置等。总体方案确定后，设计者应同相关技术人员、用户和供应商等，对总方案进行评审，以取得项目管理部门、技术人员和操作者的认可。在充分听取各方面的意见的基础上，设计者决定是否对总体设计方案进行修改。当方案有重大更改时，在修改方案完成后，还应再次进行总体方案的评审。 8.1.4 PLC选型 PLC机型的选择包括PLC的结构、I/O点数、存储容量、响应时间、输入输出模块及特殊功能模块的选择等。 8.1.5 选择输入输出设备，分配I/O信号 根据被控对象确定用户所需的输入、输出设备，如控制按钮、行程开关、传感器、接触器、电磁阀、信号灯等的型号、规格及数量； 根据所选PLC的型号列出输入输出设备与PLC的I/O地址分配表，以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。 8.1.6 硬件设计 硬件设计是在系统总体设计完成后的技术设计，包括对PLC的I/O电路、负载回路、显示电路、故障保护电路、电源的引入及控制等的设计。在这一阶段，设计人员应根据总体设计方案完成电气控制原理图、电器安装布置图和安装接线图等的设计工作。 在完成上述工作的基础上，就汇编完整的电器元件目录与明细表，并将其提供给生产、供应部门组织生产与采购。同时，根据PLC安装要求与现场环境条件，结合所设计的电气控制原理图、电器安装布置图和安装接线图完成控制盘、柜的制作。 8.1.7 软件设计 软件设计就是编制用户应用程序、确定PLC及功能模块的设定参数等。为了方便系统调试与维修，在软件设计阶段，还应同时编写程序说明书、注释表等辅助文件。 8.1.8 联机调试 待控制台、柜及现场安装接线完成后，就可以进行联机调试。如不满足生产工艺控制要求，可修改程序或调整硬件，直到满足控制要求为止。 PLC的联机调试是检查、优化系统软硬件设计，提高系统可靠性的重要步骤。 8.1.9 编制技术文件及交付使用 在系统安全、可靠性得到确定后，设计人员就可着手进行系统技术文件的编制工作。 技术文件编写正确、全面，必须保证与实物一致，电气控制原理图、用户应用程序、设定参数必须是调试完成后的最终版本。技术文件编写应规范、系统，尽可能为设备使用者以及日后的维修工作提供方便。 8.2 PLC选型与硬件设计 8.2.1 PLC结构选择 多数小型PLC为整体式，有体积小、价格便宜等优点，适于工艺过程比较稳定、控制要求比较简单的系统。 模块式结构的PLC采用主机模块与输入模块、功能模块组合使用的方法，比整体式方便灵活，维修更换模块、判断与处理故障快速方便，适用于工艺变化较多、控制要求复杂的系统，价格比整体机高。 FX系列 FX1S系列 FX1N系列 FX2N系列 FX2NC系列 8.2.2 I/O点数确定 通常来讲，PLC控制系统规格大小是用输入输出点数来衡量的。在实际统计I/O点数的基础上，通常加上10%~15%的裕量。 8.2.3 存储容量选择 用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量和程序结构等。因此，在程序设计之前只能粗略地估算。 根据经验得： 1）对于开关量的控制系统，所需内存字数=开关量（输入+输出）总点数×10。 2）对于有模拟量输入输出的系统，只有模拟量输入时，内存字数=模拟量点数×100，模拟量输入输出共存时，内存字数=模拟量点数×200。上述经验公式是针对10点左右的模拟量，当点数小于10时，要适当加大内存字数，反之可以适当减小。 3）如果使用通信接口，那么每个接口需300步。 8.2.4 PLC处理速度要求 顺序控制的扫描的工作方式 滞后现象