浅谈PLC控制系统设计要点及其在使用中的问题

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1引言

PLC是工业自动化的基础平台。PLC应用系统设计的首要问题是工程选型与编程平台的架构设计。其次，PLC在解决自动化工程问题时首先面临输入输出系统的工程设计正确性问题。对于大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电磁阀的开闭，电机的起停，温度、压力、流量的设定,产品的计数与控制等，工业现场中的这些自动控制节点需要事先进行分门别类的工程分析与正确设计。

2 PLC及编程系统的选型设计

在当今行业市场上PLC产品种类众多，除国产品牌以外，国外的品牌有:日本OMRON、HITACHI、FUJI、IDEC、松下、MITSUBISHI、德国的西门子，韩国的LG等等，如何合理选型PLC产品？
2.1通讯要求与I/O点数裕量

首先，应该确定系统用PLC单机控制还是用PLC形成网络，由此计算出输入、输出(I/O)点数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上预留10%的余量。

2.2I/O负载分析

确定负载类型。根据PLC输出端所带负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或是晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式对系统的稳定运行是极为重要的。

2.3运行速度

执行速度。存储容量与指令的执行速度是PLC选型的重要指标，一般存储量越大、速度越快的PLC,其价格就越高，尽管国外各厂家产品大体相同，但也有一定区别。

2.4独立I/O公用端口(COM)编组规模

“COM”点的选择。不同的PLC产品，其“COM”端口的点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带1个或2个输出点。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“COM”点带1—2个输出点的产品，当负载种类少，数量多时，采用一个“COM”点带4—8个输出点产品。

2.5系统兼容

系统的兼容性。由于各生产厂家的开发软件不同，系统的兼容性也是选购时的重点，目前还没有发现完全兼容的产品，应根据系统合理地选用PLC产品。

2.6编程平台

编程器的选购。PLC编程可采取三种方式:一是用一般的手持式编程器。它只能用厂家出厂规定的语句表中的语句来编程,其优点是易于现场调试并且体积小、成本低，但它的效率低，适应机种类型少，比较适用于系统容量小、用量少的系统中。二是图形编程器编程，这种方式采用图形方式编程，方便直观，一般电气人员短期就可以应用自如，但编程器价格较高。三是用IBM及其兼容个人计算机+PLC软件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，也是最常用的一种方式，但大部分软件包价格昂贵。

2.7PLC制造商选择

尽量选用大公司的产品。因为大公司的产品，质量有保障，且技术支持好，一般售后服务也较好，有利于以后产品的扩展与软、硬件升级。

3输入、输出回路的设计

3.1本体电源回路

PLC供电一般为AC85-240V(也有DC24V)，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:1隔离变压器等)。

3.2外部I/O驱动电源

若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上的DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源，但该电源的“一”端不要与PLC的DC24V电源的“一”以及“COM”端相连，否则会影响PLC的运行。

3.3自备I/O驱动电源

各公司PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时应注意容量，同时做好防短路措施(因为该电源的过载或短路将影响PLC的运行)。

3.4输入灵敏度

生产厂家对PLC的输入电压和电流都有规定，当输入元件的输入电流大于PLC的最大输入电流或有漏电流时，就会有误动作，降低灵敏度，所以应适用弱电流输入并对漏电流采取防护措施，并且选用输入为共漏型输入的PLC。两线式传感器(光电开关、无触点开关)有LED的限位开关时，输入漏电流会产生错误输入或灯亮，对策为连接泄放电阻降低输入阻抗。

对于晶体管或双向可控硅输出端，若接到一个较大冲击电流的设备上，就必须考虑负载保护。

3.5感性负载处理

在输入、输出端接感性负载时，要在负载两端并联一个冲击抑制器或续流二极管。

3.6 PLC外部驱动电路

对于PLC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路，可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路。另外PLC的输入输出布线也有一定要求，请参照各公司的使用说明书。需要特别指出，对于常见的AC220V感性小负载，例如交流接触器、交流线圈继电器、电磁阀等，尽管技术标称可能符合直接驱动规范，工程上绝对不主张PLC直接驱动的简约设计，应该通过中间继电器间接驱动。

4扩展模块的选用

对于小的系统，如80点以内的系统，一般不需要扩展;当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块数量都有限制，当扩展仍不能满足需要时，可采用网络结构。同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编程时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请参阅相关技术手册。

5PLC通讯设计

当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多。首先应选用自己比较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适应实时要求，造成系统崩溃。另外对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要进行必要地考虑。

最后，向PLC的厂家寻求网络设计和软件支持及详细技术资料，至于选用几层工作站，依照系统大小而定。

6软件程序编制

在编制软件前，应首先熟悉所选用的PLC产品说明书，待熟悉后再编程。若采用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可以减少出错，速度也快，编成完成后先空运转，待各个动作正常后，再在设备上进行调试。

7PLC应用中需要注意的问题

虽然PLC是一种用于工业现场的前端自动化技术基础装备，可以直接在多数工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题。