可編程控制器技術主要是應用于自動化控制工程中，如何綜合地運用前面學過知識點，根據實際工程要求合理組合成控制系統， 在此介紹組成可編程控制器控制系統的一般方法。

二、可編程控制器控制系統設計的基本步驟

1 ．系統設計的主要內容

（ 1 ）擬定控制系統設計的技術條件。技術條件一般以設計任務書的形式來確定，它是整個設計的依據；

（ 2 ）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執行機構；

（ 3 ）選定 PLC 的型號；

（ 4 ）編制 PLC 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖；

（ 5 ）根據系統設計的要求編寫軟件規格說明書，然后再用相應的編程語言（常用梯形圖）進行程序設計；

（ 6 ）了解并遵循用戶認知心理學，重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友善關系；

（ 7 ）設計操作臺、電氣柜及非標準電器元部件；

（ 8 ）編寫設計說明書和使用說明書；

根據具體任務，上述內容可適當調整。

2 ． 系統設計的基本步驟

可編程控制器應用系統設計與調試的主要步驟，如圖 1 所示。

（ 1 ）深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求

a ．被控對象就是受控的機械、電氣設備、生產線或生產過程。

b ．控制要求主要指控制的基本方式、應完成的動作、自動工作循環的組成、必要的保護和聯鎖等。對較復雜的控制系統，還可將控制任務分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調試。

（ 2 ）確定 I/O 設備

根據被控對象對 PLC 控制系統的功能要求，確定系統所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。

（ 3 ）選擇合適的 PLC 類型

根據已確定的用戶 I/O 設備，統計所需的輸入信號和輸出信號的點數，選擇合適的 PLC 類型，包括機型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。

（ 4 ）分配 I/O 點

分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。接著九可以進行 PLC 程序設計，同時可進行控制柜或操作臺的設計和現場施工。

（ 5 ）設計應用系統梯形圖程序

根據工作功能圖表或狀態流程圖等設計出梯形圖即編程。這一步是整個應用系統設計的核心工作，也是比較困難的一步，要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經驗。

（ 6 ）將程序輸入 PLC

當使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要先將梯形圖轉換成指令助記符，以便輸入。當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。

（ 7 ）進行軟件測試

程序輸入 PLC 后，應*行測試工作。因為在程序設計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現場設備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調試打好基礎，縮短整體調試的周期。

（ 8 ）應用系統整體調試

在 PLC 軟硬件設計和控制柜及現場施工完成后，就可以進行整個系統的聯機調試，如果控制系統是由幾個部分組成，則應先作局部調試，然后再進行整體調試；如果控制程序的步序較多，則可*行分段調試，然后再連接起來總調。調試中發現的問題，要逐一排除，直至調試成功。

（ 9 ）編制技術文件

系統技術文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、 PLC 梯形圖。

三、 PLC 硬件系統設計

1 ． PLC 型號的選擇

在作出系統控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進行控制。

在控制系統邏輯關系較復雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數器等）、工藝流程和產品改型較頻繁、需要進行數據處理和信息管理（有數據運算、模擬量的控制、 PID 調節等）、系統要求有較高的可靠性和穩定性、準備實現工廠自動化聯網等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國內外眾多的生產廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以權衡利弊、合理地選擇機型才能達到經濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

（ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇

盲目選擇點數多的機型會造成一定浪費。

要先弄控制系統的 I/O 總點數，再按實際所需總點數的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點數。

另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 ％； PLC 每個輸出點的驅動能力（ A/ 點）也是有限的，有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

（ 2 ）對存儲容量的選擇

對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關量進行控制的系統中，可以用輸入總點數乘 10 字 / 點＋輸出總點數乘 5 字 / 點來估算；計數器 / 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數量粗略估算。后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 I/O 響應時間的選擇

PLC 的 I/O 響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3 個掃描周期）等。對開關量控制的系統， PLC 和 I/O 響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應問題。但對模擬量控制的系統、特別是閉環系統就要考慮這個問題。

（ 4 ）根據輸出負載的特點選型

不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優點，如導通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

（ 5 ）對在線和離線編程的選擇

離線編程示指主機和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關來選擇 PLC 的編程、監控和運行工作狀態。編程狀態時， CPU 只為編程器服務，而不對現場進行控制。專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ，主機的 CPU 完成對現場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序對現場進行控制。計算機輔助編程既能實現離線編程，也能實現在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應根據需要決定。

（ 6 ）據是否聯網通信選型

若 PLC 控制的系統需要聯入工廠自動化網絡，則 PLC 需要有通信聯網功能，即要求 PLC 應具有連接其他 PLC 、上位計算機及 CRT 等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。

（ 7 ）對 PLC 結構形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點數據的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優點，要按實際需要選擇 PLC 的結構形式。

2 ．分配輸入 / 輸出點

一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應的。

分配好后，按系統配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。

在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關系接好線（如兩個觸點先串聯或并聯），然后再接到輸入點。

（ 1 ）確定 I/O 通道范圍

不同型號的 PLC ，其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的，應根據所選 PLC 型號，查閱相應的編程手冊，決不可“張冠李戴"。必須參閱有關操作手冊。

（ 2 ）部輔助繼電器

內部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器 / 計數器時作數據存儲或數據處理用。

從功能上講，內部輔助繼電器相當于傳統電控柜中的中間繼電器。

未分配模塊的輸入 / 輸出繼電器區以及未使用 1 ： 1 鏈接時的鏈接繼電器區等均可作為內部輔助繼電器使用。根據程序設計的需要，應合理安排 PLC 的內部輔助繼電器，在設計說明書中應詳細列出各內部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。參閱有關操作手冊。

（ 3 ）分配定時器 / 計數器

PLC 的定時器 / 計數器數量分別見有關操作手冊。

7.3 PLC 軟件系統設計方法及步驟

7.3.1 PLC 軟件系統設計的方法

在了解了 PLC 程序結構之后，就要具體地編制程序了。編制 PLC 控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。

1. 圖解法編程

圖解法是靠畫圖進行 PLC 程序設計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。

(1) 梯形圖法：梯形圖法是用梯形圖語言去編制 PLC 程序。這是一種模仿繼電器控制系統的編程方法。其圖形甚至元件名稱都與繼電器控制電路十分相近。這種方法很容易地就可以把原繼電器控制電路移植成 PLC 的梯形圖語言。這對于熟悉繼電器控制的人來說，是方便的一種編程方法。

(2) 邏輯流程圖法：邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示 PLC 程序的執行過程，反應輸入與輸出的關系。邏輯流程圖法是把系統的工藝流程，用邏輯框圖表示出來形成系統的邏輯流程圖。這種方法編制的 PLC 控制程序邏輯思路清晰、輸入與輸出的因果關系及聯鎖條件明確。邏輯流程圖會使整個程序脈絡清楚，便于分析控制程序，便于查找故障點，便于調試程序和維修程序。有時對一個復雜的程序，直接用語句表和用梯形圖編程可能覺得難以下手，則可以先畫出邏輯流程圖，再為邏輯流程圖的各個部分用語句表和梯形圖編制 PLC 應用程序。

(3) 時序流程圖法：時序流程圖法使首先畫出控制系統的時序圖（即到某一個時間應該進行哪項控制的控制時序圖），再根據時序關系畫出對應的控制任務的程序框圖，后把程序框圖寫成 PLC 程序。時序流程圖法很適合于以時間為基準的控制系統的編程方法。

15225 FUJIKIN 3-WAY VALVE, O.P 0.39~0.59 MPA, TYPE N.C 480232

15223 FUJIKIN PNEUMATIC DIAPHRAGM VALVE, TYPE N.C, O.P 0.34~0.49MPA 473482

19704 PITTMAN AMETEK DC SERVO MOTOR, 15.1 VDC, 9700-4494-01 9434L291

12677 VERIFLO PRESSURE REGULATOR, P/N: HF1215WK3PXFS8FIF

7234 APPLIED MATERIALS SIDE SHIELD 4 0040-00559

10825 NIKON 150X MICROSCOPE OBJECTIVE LENS M PLANAPO 150 / 0.95 210/0

12733 YAMADA CORPORATION AIR POWERED DOUBLE DIAPHRAGM AODD PUMP NDP-5FPT

22806 ENTEGRIS INTEGRA PNEU VLVS, 1" ORIFICE, 2-WAY DS16-2C-16P

21777 ELECTROCRAFT STEPPER LINEAR ACTUATOR, N3161042 APPS17-29-007Z-01

21826 SUPERIOR ELECTRIC SLO-SYN SYNCHRONOUS/STEPPING MOTOR M062-LS-525E

21813 ELECTROCRAFT STEPPER LINEAR ACTUATOR, N3161401 APPS17-29-021Z-01

13594 SETRA DIFFERENTIAL PRESSURE TRANSDUCER 2641R25WD11T1C

13869 FUJIKIN DIAPHRAGM VALVE, TYPE N.C O.P. 0.34~0.49MPA 87538

21275 APPLIED MATERIALS PCB ASSY MON/KB/SERIAL/LIGHT PE 0100-01383

21689 NMB-MAT 2-PHASE STEPPING MOTOR D6NB

21733 SHINANO KENSHI DC BRUSHLESS MOTOR DR-6236-154

21345 APPLIED MATERIALS CABLE ASSY, 30CM 0140-25002

21716 OEM STEPPING MOTOR, 27 OHM 20BY-62B

21718 HAYDON SWITCH & INSTRUMENT STEPPER MOTOR 36442-12-013

21742 ORIENTAL STEPPER MOTOR, 33801 STP-58D306

21743 VEXTA 2-PHASE STEPPING MOTOR PH265M-32

21760 JAPAN SERVO STEP MOTOR KP39HM2-025

21732 SHINANO KENSHI DC BRUSHLESS MOTOR DR-6236-194

12515 NUPRO BELLOWS-SEALED VALVE, ?" FVCR SS-4BK-V51

22193 SPTS SHORT FUNNEL BAFFLE STS TOOL DT320175

22202 CLEANPART RESIST BOWL, OD: 15.5INCH (CLEANED) BOWLMUV1

10690 FISHER SCIENTIFIC PORTABLE WATERPROOF PH/ConDUCTIVITY METER AP85

12808 APPLIED MATERIALS RF FILTER BOX ASSY 0010-31064

12809 APPLIED MATERIALS RF FILTER BOX ASSY 0010-31065

17427 APPLIED MATERIALS ORING ID 18.955 CSD .210 VITON75 DURO 3700-01170

19946 EMERSON MOTION ConTROL INDEXING MODULE, 960505-01 FM-2

20465 PFEIFFER COMPACT PIRANI GAUGE SENSOR, PTR26800 TPR 265

14362 SMC CYLIDER GUIDE MGQL12-20-Y69A-XB9

14873 APPLIED MATERIALS CABLE COVER, LDER base 0020-06670

19655 APPLIED MATERIALS GREENE TWEED ORING ID 10.475 3700-01474

14863 APPLIED MATERIALS NUT, FEED THRU 0020-10464

18476 MULTICOMP DUAL BINDING POST, RED/BLACK SPC15475

4996 APPLIED MATERIALS FACEPLATE, 4U,4HP WITH HARDWARE 0190-12908

21888 AXCELIS VALVE ISOLATION PLATE ASSY

22200 AXCELIS KIT-RETROFIT HTD EXAUST SYS W/ BLUEPRINT 322681

6381 FUJIKIN MFC FCS FCS-4WS-798-F130#D

9429 SMC AIR-CUSHION, CM2/CM3 ROUND BODY CYLINDER CDM2E20-85A-H7B

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10962 SMC PNEUMATIC VALVE ASSY W/ SMC AF10-M5 & VQ120-5LO-Q VQ110-5LO-Q

13867 ALPHA GEAR REDUCER PLANETARY BOX LP070-M01-5-111-000

10313 MITSUBISHI PCB (BC286A038G51) (E4669-711V) FM110MA10DCE

21700 MAXON MOTOR A-MAX MOTOR GP026A037-0010B1A00A

1339 VEXTA BRUSHLESS DC MOTOR DRIVER, 100-115V 50/60HZ 3.0A FBLD120AW

14005 APPLIED MATERIALS base DRAIN LOAD CUP, 200MM, 0020-79008