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摘要：可编程控制器是一种以微处理器为基础，综合了多种信息的新一代工业控制装置。本文首先介绍了PLC控制系统的设计内容与步骤，然后介绍了设备的配置和软件设计，最后介绍了可靠性技术。
关键词：PLC；设计；可靠性
中图分类号：TH222 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 17-0000-02
作为计算机技术的应用，可编程控制器是现代新型工业控制的标志产品。它已取代了继电器而成为解决自动控制问题的最有效、最便捷的工具，在各行各业得到广泛应用。PLC 控制系统的设计包括硬件设计和软件设计。要保证系统工作正常、安全、可靠及经济，控制系统的设计必须经过反复调试、修改、直到满足要求为止。
1 PLC控制系统的设计内容与步骤
PLC控制系统的设计包含两个主要内容：系统设计和程序设计。PLC控制系统功能调查分析首先应明确控制任务和设计要求，制定出详实的工作循环图或状态流程图。然后，根据生产环境和控制要求确定采用何种控制方式。通常，当工、业环境较差，而安全性、可靠性要求又高，系统工艺复杂，输入输出点数多且以开关量为主，而用常规继电器控制系统难以实现，工艺流程要经常变动的机械和现场，应采用PLC控制。
程序总体设计的主要工作是宏观上确定程序的总体结构、各功能模块程序的实现方式及各程序块之间的接口方法。在确定程序结构的前提下，可以使用梯形图或指令表完成程序，当然也可以采用其他合适的编程工具完成。作为程序编制的工具，PLC端口安排及机内原件的选用安排表也应列出来，以供程序设计时使用。程序具体设计的时候，具体使用哪种方法要根据需要，如经验法、状态法、逻辑法或者多种方法综合使用。
将设计好的程序输入PLC以后，首先要检查程序，并改正输入时出现的错误，然后在实验室进行模拟调试。在调式过程中，应充分考虑各种可能情况。对于各种不同的工作方式以及运行条件都逐一试验，不能遗漏，一旦发现问题应及时更改。完成这些工作后就可以进行现场调试与运行了，调试中发现的软件与硬件方面的问题，必须要及时解决。
2 设备的配置
系统设计中选择配置合适的PLC会给设计、操作一级将来的扩展带来极大的方便。一般来说PLC的选择是根据工艺流程特点、控制要求及现场所需信号的数量和类型预先进行的。在选择设备配置时，首先要进行PLC的功能选择。通常控制系统需要什么功能就选择什么样功能的PLC。对于单机控制要求简单仅需开关量控制的设备，一般的小型PLC都可以满足要求。随着控制技术的快速发展，功能选择时还要注意特殊功能模块的使用，以提高PLC的控制能力，如输入/输出扩展模块、模拟量的输入/输出模块、高速计数模块、通讯模块和人机界面模块等。根据控制要求，将各输入设备和被控设备详细列表，准确地统计出被控设备对I/O点数的需求量，然后在实际统计的I/O点数基础上加15%～20%的备用量，以便今后调整和扩充。同时要充分利用好输入输出扩展单元，提高主机的利用率。在确定好I/O点数后，还要注意它们的性质、类型和参数。例如是开关量还是模拟量、交流还是直流以及电压大小等级等，同时还要注意输出端的负载特点，以此选择和配置相应机型和模块。对于多数应用场合，PLC的响应时间基本能满足控制要求，但是当需要接收频率过高或者持续时间过短的输入信号时，就需要选用扫描速度高的PLC或者快速响应模块和中断输入模块。用户程序所需存储器容量可以预先估算。对于开关量控制系统，用户程序所需存储器的字数等于输入/输出信号总数乘以8；对于有模拟量输入/输出的系统，每一路模拟量信号大约需100字的存储容量。通常PLC的存储器采用模块式的存储器卡盒，同一型号的PLC可以选择不同容量的存储器卡盒，以便适应不同用户对存储容量的需要。根据生产环境及工艺要求，应采用功能完善、可靠性适宜的PLC。对可靠性要求极高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备份系统。小型控制系统一般选用价格便宜的简易編程器；如果系统较大或多台PLC共用，可以选用功能强、编程方便的图形编辑器；如果有现成的个人计算机，可选用能在计算机上使用的编程软件。
3 软件设计
用户程序的设计是PLC应用中的最关键的问题。在掌握PIE的指令以及操作方法的同时，还要掌握正确的程序设计方法，才能有效地利用可编程控制器，使它在工业控制中发挥巨大作用。一般用户程序的设计可分为经验设计法、逻辑设计法和状态流程图设计法等。经验设计法沿用了继电器控制电路来设计梯形图。它是根据被控对象对控制系统的具体要求，依靠经验直接设计控制系统，不断地修改和完善梯形图。这种方法由于依赖经验设计，因此要求设计者具有丰富的经验，要能熟悉掌握控制系统的大量实例和典型环节。逻辑设计法是从控制系统中各种物理量的逻辑关系出发的设计方法。这种方法既有严密可循的规律性和可行的设计步骤，又有简便、直观和十分规范的特点。状态流程图又叫功能表图、状态转移图或状态图。它是完整地描述控制系统的控制过程、功能和状态的一种图形，是分析和设计电气控制系统顺序控制程序的一种重要工具。同时，它又是一种通用的技术语言，可以为不同专业的工程技术人员进行技术交流服务。
4 可靠性技术
PLC是专门为工业生产服务的控制装置，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就不能保证PLC的正常运行，因此使用时应注意以下问题。
4.1 工业环境
PLC可直接应用于工业现场，对使用环境要求不高。但是当环境温度低于0℃或高于50℃，安装时要有足够的通风散热空间。对于一些特殊环境，需要采取特殊的措施，例如可以采用机罩方式。
4.2 安装与布线
为达到最大程度的对流冷却，所有PLC元件都应安装于垂直（竖直）位置。PLC可根据要求用DIN导轨安装，也可直接安装在符合要求的坚固支持物上。PLC主机应安装在一个使用、维护方便的工作面上，I/O机架常安装在PLC主机之下或与其相邻的位置。为了避免其他外围的电干扰，PLC应远离高压电源和高压设备，PLC不能与高压电器安装在同一个控制柜内。PLC的电源线应与系统的动力线、控制线分开配线。对于来自电源线的干扰，PLC本身应有足够的抑制能力。若一个系统中选用了扩充单元，则其电源必须与基本单元共用一个开关，也就是说基本单元与扩展单元的上电与断电必须同时进行。此外，PLC基本单元与扩展单元之间的传送信号电压低，频率高，很容易受到干扰，所以，它们之间的传送电缆不能与别的线敷设在同一个管道内。
4.3 I/O端的接线
输入、输出线不能用同一根电缆，输入线与输出线应分开走线，输入接线不宜太长。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。输出接线分为独立输出和公共输出。PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
4.4 外部安全电路与接地
为确保整个系统能在安全状态下可靠工作， PLC外部应安装必要的保护电路。对于能对用户造成伤害的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外部电路加以防护。接地时，基本单元与扩展单元的接地点应接在一起，同时应给PLC接以专用地线，并且接地点要与其他设备分开，若达不到这种要求，也可采用公共接地方式。
参考文献：
[1]弭洪涛.PLC 应用技术[M].北京：中国电力出版社，2004.1.
[2]金彦平.PLC控制系统可靠性技术[J].常州工程职业技术学院学报.2005（03）.
关键词：PLC；设计；可靠性
中图分类号：TH222 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 17-0000-02
作为计算机技术的应用，可编程控制器是现代新型工业控制的标志产品。它已取代了继电器而成为解决自动控制问题的最有效、最便捷的工具，在各行各业得到广泛应用。PLC 控制系统的设计包括硬件设计和软件设计。要保证系统工作正常、安全、可靠及经济，控制系统的设计必须经过反复调试、修改、直到满足要求为止。
1 PLC控制系统的设计内容与步骤
PLC控制系统的设计包含两个主要内容：系统设计和程序设计。PLC控制系统功能调查分析首先应明确控制任务和设计要求，制定出详实的工作循环图或状态流程图。然后，根据生产环境和控制要求确定采用何种控制方式。通常，当工、业环境较差，而安全性、可靠性要求又高，系统工艺复杂，输入输出点数多且以开关量为主，而用常规继电器控制系统难以实现，工艺流程要经常变动的机械和现场，应采用PLC控制。
程序总体设计的主要工作是宏观上确定程序的总体结构、各功能模块程序的实现方式及各程序块之间的接口方法。在确定程序结构的前提下，可以使用梯形图或指令表完成程序，当然也可以采用其他合适的编程工具完成。作为程序编制的工具，PLC端口安排及机内原件的选用安排表也应列出来，以供程序设计时使用。程序具体设计的时候，具体使用哪种方法要根据需要，如经验法、状态法、逻辑法或者多种方法综合使用。
将设计好的程序输入PLC以后，首先要检查程序，并改正输入时出现的错误，然后在实验室进行模拟调试。在调式过程中，应充分考虑各种可能情况。对于各种不同的工作方式以及运行条件都逐一试验，不能遗漏，一旦发现问题应及时更改。完成这些工作后就可以进行现场调试与运行了，调试中发现的软件与硬件方面的问题，必须要及时解决。
2 设备的配置
系统设计中选择配置合适的PLC会给设计、操作一级将来的扩展带来极大的方便。一般来说PLC的选择是根据工艺流程特点、控制要求及现场所需信号的数量和类型预先进行的。在选择设备配置时，首先要进行PLC的功能选择。通常控制系统需要什么功能就选择什么样功能的PLC。对于单机控制要求简单仅需开关量控制的设备，一般的小型PLC都可以满足要求。随着控制技术的快速发展，功能选择时还要注意特殊功能模块的使用，以提高PLC的控制能力，如输入/输出扩展模块、模拟量的输入/输出模块、高速计数模块、通讯模块和人机界面模块等。根据控制要求，将各输入设备和被控设备详细列表，准确地统计出被控设备对I/O点数的需求量，然后在实际统计的I/O点数基础上加15%～20%的备用量，以便今后调整和扩充。同时要充分利用好输入输出扩展单元，提高主机的利用率。在确定好I/O点数后，还要注意它们的性质、类型和参数。例如是开关量还是模拟量、交流还是直流以及电压大小等级等，同时还要注意输出端的负载特点，以此选择和配置相应机型和模块。对于多数应用场合，PLC的响应时间基本能满足控制要求，但是当需要接收频率过高或者持续时间过短的输入信号时，就需要选用扫描速度高的PLC或者快速响应模块和中断输入模块。用户程序所需存储器容量可以预先估算。对于开关量控制系统，用户程序所需存储器的字数等于输入/输出信号总数乘以8；对于有模拟量输入/输出的系统，每一路模拟量信号大约需100字的存储容量。通常PLC的存储器采用模块式的存储器卡盒，同一型号的PLC可以选择不同容量的存储器卡盒，以便适应不同用户对存储容量的需要。根据生产环境及工艺要求，应采用功能完善、可靠性适宜的PLC。对可靠性要求极高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备份系统。小型控制系统一般选用价格便宜的简易編程器；如果系统较大或多台PLC共用，可以选用功能强、编程方便的图形编辑器；如果有现成的个人计算机，可选用能在计算机上使用的编程软件。
3 软件设计
用户程序的设计是PLC应用中的最关键的问题。在掌握PIE的指令以及操作方法的同时，还要掌握正确的程序设计方法，才能有效地利用可编程控制器，使它在工业控制中发挥巨大作用。一般用户程序的设计可分为经验设计法、逻辑设计法和状态流程图设计法等。经验设计法沿用了继电器控制电路来设计梯形图。它是根据被控对象对控制系统的具体要求，依靠经验直接设计控制系统，不断地修改和完善梯形图。这种方法由于依赖经验设计，因此要求设计者具有丰富的经验，要能熟悉掌握控制系统的大量实例和典型环节。逻辑设计法是从控制系统中各种物理量的逻辑关系出发的设计方法。这种方法既有严密可循的规律性和可行的设计步骤，又有简便、直观和十分规范的特点。状态流程图又叫功能表图、状态转移图或状态图。它是完整地描述控制系统的控制过程、功能和状态的一种图形，是分析和设计电气控制系统顺序控制程序的一种重要工具。同时，它又是一种通用的技术语言，可以为不同专业的工程技术人员进行技术交流服务。
4 可靠性技术
PLC是专门为工业生产服务的控制装置，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就不能保证PLC的正常运行，因此使用时应注意以下问题。
4.1 工业环境
PLC可直接应用于工业现场，对使用环境要求不高。但是当环境温度低于0℃或高于50℃，安装时要有足够的通风散热空间。对于一些特殊环境，需要采取特殊的措施，例如可以采用机罩方式。
4.2 安装与布线
为达到最大程度的对流冷却，所有PLC元件都应安装于垂直（竖直）位置。PLC可根据要求用DIN导轨安装，也可直接安装在符合要求的坚固支持物上。PLC主机应安装在一个使用、维护方便的工作面上，I/O机架常安装在PLC主机之下或与其相邻的位置。为了避免其他外围的电干扰，PLC应远离高压电源和高压设备，PLC不能与高压电器安装在同一个控制柜内。PLC的电源线应与系统的动力线、控制线分开配线。对于来自电源线的干扰，PLC本身应有足够的抑制能力。若一个系统中选用了扩充单元，则其电源必须与基本单元共用一个开关，也就是说基本单元与扩展单元的上电与断电必须同时进行。此外，PLC基本单元与扩展单元之间的传送信号电压低，频率高，很容易受到干扰，所以，它们之间的传送电缆不能与别的线敷设在同一个管道内。
4.3 I/O端的接线
输入、输出线不能用同一根电缆，输入线与输出线应分开走线，输入接线不宜太长。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。输出接线分为独立输出和公共输出。PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
4.4 外部安全电路与接地
为确保整个系统能在安全状态下可靠工作， PLC外部应安装必要的保护电路。对于能对用户造成伤害的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外部电路加以防护。接地时，基本单元与扩展单元的接地点应接在一起，同时应给PLC接以专用地线，并且接地点要与其他设备分开，若达不到这种要求，也可采用公共接地方式。
参考文献：
[1]弭洪涛.PLC 应用技术[M].北京：中国电力出版社，2004.1.
[2]金彦平.PLC控制系统可靠性技术[J].常州工程职业技术学院学报.2005（03）.