基于ＰＬＣ控制系统的设计与调试

国　娟

摘要：在现代化工业生产设备中，PLC技术得到了广泛的应用，本文就PLC控制系统设计和调试中的问题进行探讨

关键词：PLC控制系统；设计；调试

1 PLC控制系统设计

PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。

1.1 PLC控制系统硬件设计

硬件设计是PLC控制系统至关重要一个环节，这关系着PLC控制系统运行可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。

PLC控制系统输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85-240V，适应电源范围较宽，但抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路，以减小高低频脉冲干扰。

PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，该电源过载或短路都将影响PLC运行，一般选用电源容量为输入电路功率两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜熔丝，防止短路。

PLC控制系统输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，响应时间短;PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应首选继电器输出，采用这种方法，输出电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。

PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC输出造成浪涌电流冲击，为此，对直流感性负载应其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。

当PLC扫描频率为10次／min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器固态继电器（SSR），再驱动负载。

两个重要输出量，PLC内部互锁，建议PLC外部也进行硬件上互锁，以加强PLC系统运行安全性、可靠性。

常见AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLCDO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。

PLC控制系统抗干扰设计。工业自动化技术日新月异发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑问题。一般采下几种方式：

隔离：电网中高频干扰主原副边绕组之间分布电容耦合而成，建议采用1:1超隔离变压器，并将中性点经电容接。

屏蔽：一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接，能起到良好静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。

布线：强电动力线路、弱电信号线分开走线，要有一定间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。

1.2 PLC 控制系统软件设计

进行硬件设计同时可以着手软件设计工作。软件设计主要任务是控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用最关键问题，程序编写是软件设计具体表现。控制工程应用中，良好软件设计思想是关键，优秀软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

PLC控制系统程序设计思想。生产过程控制要求复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

基本程序：既可以作为独立程序控制简单生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中单元程序；依据计算机程序设计思想，基本程序结构方式三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。

模块化程序：把一个总控制目标程序分成多个具有明确子任务程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求生产过程。

PLC控制系统程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行可靠性。程序中大量使用内部继电器中间标志位（I/O位），也要统一编号，进行分配。分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器中间标志位分配表。彼此有关输出器件，如电机正/反转等，其输出址应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。

PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC 编程必须遵循原则。下面介绍几点技巧。

PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂程序来减少触点使用次数。

同一个继电器线圈同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，程序中尽量要避免线圈重复使用。必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0 RQ4.0）。

要使PLC多个输出为固定值 1 （常闭），可以采用字传送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制数据0A9H直接传送QW2即可。

非重要设备，可以硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备启动/停止，就可以采用二分频来实现。

模块化编程思想应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，PLC程序中我们可以重复调用该模块，减少编程量，减少内存占用量,有利于大型PLC 程序编制。

2.PLC控制系统程序调试

PLC控制系统程序调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好调试步骤有利于加速总装调试过程。

2.1 I/O端子测试

用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线是I/O点坏。

我们可以编写一个小程序，输出电源良好情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线是I/O点坏。

2.2 系统调试

系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接线、设备连接线、I/O连线等。保证整个硬件连接正确无误情况下即可送电。

把PLC控制单元工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现各种问题。调试过程中也可以实际需求对硬件作适当修改以配合软件调试。应保持足够长运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行: 对每一个现场信号和控制量做单独测试; 检查硬件/修改程序; 对现场信号和控制量做综合测试; 带设备调试;调试结束。

3.结束语

PLC控制系统设计是一个步骤有序系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统设计和实践经验总结，实际应用中具有良好效果。