PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及調(diào)試

張曉君

摘 要：可編程序控制器伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)而迅速發(fā)展、廣泛普及和應(yīng)用。PLC工業(yè)控制系統(tǒng)為各式各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用，其主要原因在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案。根據(jù)PLC自動(dòng)控制及其邏輯控制的特點(diǎn)，為了更好地運(yùn)用可編程序控制器，本文探討對PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及調(diào)試等方面問題。

關(guān)鍵詞：PLC 硬件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 脫硫控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本是圍繞著“三個(gè)做”的基本問題展開的，即做什么、怎么做和用什么做。

“做什么”就是根據(jù)控制對象的工藝特點(diǎn)和控制要求，明確系統(tǒng)所要完成的工作和必須具備的功能。PLC控制系統(tǒng)的功能可以包括控制功能、通訊功能、信息處理功能和管理功能。“怎么做”就是對系統(tǒng)進(jìn)行分析，擬定出實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基本方法和技術(shù)條件，并對其進(jìn)行可行性論證?！坝檬裁醋觥本褪谴_定PLC的機(jī)型和配置。

通常的設(shè)計(jì)應(yīng)先擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書，即根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)和控制要求，擬定設(shè)計(jì)的技術(shù)條件，并以設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式確定下來，然后再進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)主要有系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)應(yīng)統(tǒng)籌進(jìn)行，而不應(yīng)完全分開。

一、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

其內(nèi)容主要有：選定PLC型號，確定外部設(shè)備及其安全保護(hù)措施，設(shè)計(jì)外設(shè)連接口或連接裝置，繪制PLC輸入/輸出端子的接線圖，確定系統(tǒng)的安裝方法和安裝工藝。

PLC的選型首先必須考慮的是功能應(yīng)該滿足控制對象的要求，如PLC的運(yùn)算能力與精度、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的數(shù)量和定時(shí)/計(jì)數(shù)范圍、用戶存儲(chǔ)器的容量、I/O形式和點(diǎn)數(shù)及其響應(yīng)時(shí)間、是否需要智能模塊、是否需要在線編程、是否需要具備聯(lián)網(wǎng)通訊功能、安裝位置對PLC結(jié)構(gòu)形式的要求等，此外還需考慮可靠、經(jīng)濟(jì)、美觀等方面的因素。

確定外設(shè)主要應(yīng)考慮：輸入信號的種類和數(shù)量，傳感器的性能及其抗干擾能力，輸出控制對象的種類、數(shù)量和容量，如何控制等。同時(shí)還應(yīng)考慮當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以對系統(tǒng)采取的安全保護(hù)措施等，例如：是否需要配設(shè)自動(dòng)/手動(dòng)切換功能，是否需要聯(lián)鎖、互鎖保護(hù)以及短路、斷路和失壓保護(hù)等。

機(jī)型選好且外設(shè)也已確定后，即可確定PLC的I/O通道號，并繪制PLC輸入、輸出端子的接線圖或分配表以及整個(gè)系統(tǒng)的電氣原理圖。只有輸入、輸出通道確定以后，才能對PLC進(jìn)行編程。

最后，我們根據(jù)現(xiàn)場條件對安裝方法和工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定安裝方案并繪制安裝接線圖。硬件系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)完成后，還應(yīng)對整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行審核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)修正不足之處或錯(cuò)誤。審核時(shí)應(yīng)該與軟件設(shè)計(jì)一起進(jìn)行綜合審核，以減少安裝調(diào)試階段的工作量。只有安裝調(diào)試成功后，整個(gè)PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)才算完成。

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主要表現(xiàn)形式是采用PLC的指令系統(tǒng)編制用戶程序或應(yīng)用軟件。軟件設(shè)計(jì)是根據(jù)控制對象和生產(chǎn)工藝的要求以及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中擬定的系統(tǒng)功能，為應(yīng)用軟件的編程提出明確的目的、依據(jù)、要求和指標(biāo)，包括確定軟件的功能、確定I/O信息的分析方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、確定程序結(jié)構(gòu)、提出程序編制的規(guī)格和要求。

PLC軟件設(shè)計(jì)采用“自頂而下”設(shè)計(jì)法，即從總的目標(biāo)出發(fā)向下逐步詳細(xì)解釋每個(gè)細(xì)節(jié)的過程。當(dāng)所有指令都能以所用計(jì)算機(jī)使用的或程序設(shè)計(jì)所采用的編程語言表達(dá)時(shí)，這種規(guī)格說明的逐步分解過程也就結(jié)束了。任務(wù)分解時(shí)，數(shù)據(jù)也應(yīng)同時(shí)進(jìn)行分解和結(jié)構(gòu)化。

軟件的功能是整個(gè)系統(tǒng)功能的一部分，在擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書時(shí)所確定的系統(tǒng)功能既包括硬件功能，也包括軟件功能。因此確定軟件功能也是根據(jù)控制對象和生產(chǎn)工藝的要求以及所選型號PLC的編程語言來進(jìn)行的。在分析軟件功能時(shí)，通常應(yīng)畫出工作循環(huán)圖表，必要時(shí)還應(yīng)畫出詳細(xì)的狀態(tài)流程圖：軟件的總體功能確定后，就可按照“自頂而下”法，初步將總體功能分解為信息和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序結(jié)構(gòu)等方面的功能。然后繼續(xù)逐步細(xì)化，最終到能夠用程序語言表達(dá)出來為止。

有了軟件設(shè)計(jì)的規(guī)格和要求后，就能進(jìn)行用戶程序的編寫工作。采用PLC的編程語言（指令系統(tǒng)）編寫用戶程序有多種方法，大致分為經(jīng)驗(yàn)法和邏輯代數(shù)法兩類。

PLC邏輯控制部分的程序一般可用類似繼電―接觸器（有觸點(diǎn)）控制系統(tǒng)的梯形圖表示。在采用經(jīng)驗(yàn)法編程時(shí)，應(yīng)根據(jù)編程人員的經(jīng)驗(yàn)編制“梯形圖程序”當(dāng)設(shè)計(jì)的程序達(dá)不到要求時(shí)常常采用增加指令的方法來解決。直接將繼電-接觸器控制電路圖翻譯成梯形圖程序也屬于經(jīng)驗(yàn)編程法。但經(jīng)驗(yàn)編程法沒有定式可循，很難得到性能較好的梯形圖程序。

邏輯代數(shù)法是以邏輯代數(shù)為工具的一種編程方法，編程元件的輸出（通電、斷電）狀態(tài)被當(dāng)成是以控制元件觸點(diǎn)的閉合、斷開（或控制條件的滿足和不滿足）為邏輯變量的邏輯函數(shù)。通過化簡求解邏輯函數(shù)，可以編制出較為簡捷的梯形圖程序。這是一種較為可靠實(shí)用的編程方法，其編程步驟為：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書確定的程序流程圖畫出相應(yīng)部分程序輸出元件和控制元件的狀態(tài)波形圖；分析波形圖，列出對應(yīng)輸出元件的邏輯函數(shù)表達(dá)式；對表達(dá)式進(jìn)行邏輯化簡；用PLC的編程語言寫出對應(yīng)的程序。

三、PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試

PLC系統(tǒng)的調(diào)試可分為基本調(diào)試、程序調(diào)試和系統(tǒng)整體調(diào)試三部分。

基本調(diào)試主要是對硬件進(jìn)行的，是為了檢查設(shè)計(jì)安裝的效果。其主要內(nèi)容有：檢驗(yàn)基本環(huán)境的條件，調(diào)試各個(gè)單元的電源，系統(tǒng)的外部接線等。

程序調(diào)試通常分為單元調(diào)試、總體實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試三部分?，F(xiàn)場調(diào)試應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)整體調(diào)試進(jìn)行。單元調(diào)試是對組成系統(tǒng)的各個(gè)單元進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)試，當(dāng)各個(gè)單元調(diào)試通過后，再在實(shí)驗(yàn)室的條件下（不與實(shí)際設(shè)備相連接）進(jìn)行總體實(shí)驗(yàn)室聯(lián)調(diào)。對于簡單的系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室聯(lián)調(diào)也可在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行。聯(lián)調(diào)所需的輸入信號可通過模擬方法解決，但一定注意不能與實(shí)際設(shè)備連接。

系統(tǒng)整體調(diào)試包括準(zhǔn)備階段、空載調(diào)試階段和負(fù)載調(diào)試階段。準(zhǔn)備階段需做好調(diào)試的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作?？蛰d調(diào)試開始時(shí)，首先是主回路不通電的調(diào)試，然后進(jìn)行主回路單機(jī)空載調(diào)試，最后是空載聯(lián)合調(diào)試。負(fù)載調(diào)試階段還可分為半載調(diào)試和滿載調(diào)試等。

調(diào)試是一項(xiàng)重要的工作，其基本原則是：先簡單后復(fù)雜，先軟件后硬件，先單機(jī)后整體，先空載后負(fù)載。調(diào)試期間注意隨時(shí)拷貝程序、隨時(shí)修改圖樣、隨時(shí)完善系統(tǒng)。

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