重庆西门子PLC代理商 -2023已更新
西门子PLC控制系统设计原则与步骤
任何一个控制系统都是为了实现对被控对象的工艺要求，并提高生产效率和保证产品质量。PLC自动化控制系统和其他控制系统一样，都必须遵循一定的设计原则、设计步骤和设计内容。
PLC控制系统设计分为单机设计、群机(生产线)设计和过程控制设计。单机设计指PLC仅用于单台设备的控制系统，这是目前应用*广泛的控制系统设计，控制系统相对比较简单，大都为开关量逻辑控制。对初学PLC的人来说，单机设计是一个很好的PLC控制系统设计的切入口。群机设计涉及多台设备之间的互动关系，比单机要复杂一些。而过程控制则是一个生产系统过程的控制、控制系统大而复杂，涉及的PLC应用知识面相当广，一般来说，不是一个人所能单独完成的。下面对PLC 控制系统的设计讨论主要针对单机和群机设计而言。
2.PLC控制系统设计步骤和内容
PLC控制系统设计步骤如下所述。
4)PLC控制系统的调试
当PLC控制系统程序设计完毕后，并不能马上投入运行，还需要经过模拟调试和现场调试，这是非常重要的一个环节。任何环节的设计很难说不经过调试就能使用，只要通过调试才能发现用户程序和外部控制回路的矛盾之处。只有通过调试才能*后确定用户程序和外部控制回路的正确性。关于PLC控制系统的调试详见5.5.3节。待调试中出现的问题解决后才能正式投入运行。
5)编写技术文件
PLC控制系统交付使用并稳定运行一段时间后，可以根据*终结果整理出完整的技术文件，并提供给客户，以便在今后使用。一般来说，技术文件包括以下内容。
控制系统的使用说明书。
控制系统电气原理图(含系统所使用的所有电气元器件的随机文件)。
完整的梯形图文件(I/O地址分配表、PLC配线图、带注释的梯形图程序)。
其他说明文件。
1)分析控制要求
这一点是*重要的一步，是全部设计的基础。在设计控制系统时，首先要深入了解、详细分析、认真研究被控对象(设备、生产线或者生产过程)的工艺流程、工艺参数及控制任务。在许多情况下，客户提供的控制要求都比较简单、抽象，许多意外情况的紧急处理和一般情况下所要完成的操作处理可能没有提及。例如，应具备的操作方式(手动、自动、半自动、断续等)、各种保护(断电、过载、误操作等)、PLC与其他智能设备(变频器，温控仪等)之间的关系，各种显示方式(指示灯、文本显示、触摸屏等)等，这都需要PLC控制系统设计人员去补充。
在分析控制要求时，PLC控制系统设计人员必须与工艺、机械等方面的工程技术人员和现场操作人员密切配合，共同解决设计中出现的问题。某些控制要求，如果单纯用PLC控制系统去解决，可能难度较大，成本较高，而结合机械机构及装置则可事半功倍。同样，也不要追求现场操作越简单越好，适当的操作手段同样会简化PLC控制系统的设计。
如果改造旧设备，还要仔细阅读原使用说明书和电器原理图等技术资料，要详细了解被控对象的全部功能，如机械部件的动作顺序、动作条件和必要的保护。设备内部的机械、气动、液压、仪表及电气系统之间的关系，有哪些控制方式、需要显示哪些物理量和显示方式等。
对控制要求进行详细了解分析是做好PLC控制系统的第一步，且是*重要的一步。做好这一步，下面的工作将变得比较容易且反复较少，能够做到一步到位。
2)确定PLC控制系统的硬件结构组成
在充分对控制要求分析的基础上，就要确定 PLC 控制系统的硬件组成及元器件的选择。
首先是选择合适的 PLC，一般情况是根据 PLC 的输入量、输出量的点数和类型来确定PLC的型号和相应特殊模块。
确定系统输入元件(按钮、行程开关、传感有源开关、传感器、变送器等)和输出元件(接触器、继电器、电磁阀、指示灯、电铃、各种控制板等)的品牌、型号。在选择这些元器件时，一定要以控制系统的可靠性、稳定性和安全性为主，在保证上述三性的前提下，能满足要求且价格较低就是**的，具体的选择方法可以参考有关手册资料。
3)PLC的用户程序设计
用户程序设计又称PLC软件系统设计。上面的两个步骤基本上都是为用户程序设计准备的。关于用户程序设计的进一步说明见5.5.2节PLC用户程序设计。
1.PLC控制系统设计原则
PLC控制系统以实现控制对象的自动化要求为前提，以保证系统安全为准则，以提高生产效率和产品质量为宗旨，因而在设计中要遵循以下原则：
(1)*大限度地满足被控对象的要求。
充分发挥PLC的控制功能，*大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，也是设计中*重要的一条原则。
(2)确保控制系统、操作人员及生产设备的安全。
保证 PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计系统的重要原则。设计必须考虑正常情况下安全可靠，还必须考虑非正常情况下(如突然断电，突然断电再上电，人工操纵错误等)也能安全可靠。
(3)力求简单、经济、实用、可靠且维护方便。
投入产出比是衡量控制系统的一个重要指标。因此，在满足控制要求的前提下，在保证安全、可靠和稳定运行的原则下，应注意系统设计尽可能降低工程成本、使用成本和维护成本，不要盲目地追求高指标和高度自动化。
(4)留有适当的发展余地。
由于技术不断地发展，控制系统要求也会发生改变。因此，考虑生产的发展和工艺的更改，对所采用的PLC、I/O模块、内存容量都要适当留有余地。
保养编辑
设备定期测试、调整
（1） 每半年或季度检查PLC柜中接线端子的连接情况，若发现松动的地方及时重新坚固连接；
（2） 对柜中给主机供电的电源每月重新测量工作电压；
设备定期清扫
（1）每六个月或季度对PLC进行清扫，切断给PLC供电的电源把电源机架、CPU主板及输入/输出板依次拆下，进行吹扫、清扫后再依次原位安装好，将全部连接恢复后送电并启动PLC主机。认真清扫PLC箱内卫生；
（2） 每三个月更换电源机架下方过滤网；
检修前准备
（1） 检修前准备好工具；
（2） 为保障元件的功能不出故障及模板不损坏，必须用保护装置及认真作防静电准备工作；
（3） 检修前与调度和操作工联系好，需挂检修牌处挂好检修牌；
设备拆装顺序及方法
（1） 停机检修，必须两个人以上监护操作；
（2） 把CPU前面板上的方式选择开关从“运行”转到“停”位置；
（3） 关闭PLC供电的总电源，然后关闭其它给模坂供电的电源；
（4） 把与电源架相连的电源线记清线号及连接位置后拆下，然后拆下电源机架与机柜相连的螺丝，电源机架就可拆下；
（5） CPU主板及I/0板可在旋转模板下方的螺丝后拆下；
（6） 安装时以相反顺序进行；
检修工艺及技术要求
（1） 测量电压时，要用数字电压表或精度为1%的**表测量
（2）电源机架，CPU主板都只能在主电源切断时取下；
（3） 在RAM模块从CPU取下或插入CPU之前，要断开PC的电源，这样才能保证数据不混乱；
（4） 在取下RAM模块之前，检查一下模块电池是否正常工作，如果电池故障灯亮时取下模块RAM内容将丢失；
（5）输入/输出板取下前也应先关掉总电源，但如果生产需要时I/0板也可在可编程控制器运行时取下，但CPU板上的QVZ（超时）灯亮；
（6） 拨插模板时，要格外小心，轻拿轻放，并运离产生静电的物品；
（7） 更换元件不得带电操作；
（8） 检修后模板安装一定要安插到位
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西门子PLC常开和常闭的接入
程序中输入继电器 X 的触点是由外部连接的端口开关量信号控制，当外部端口开关 ON时，程序中其相应的触点动作，常开动合，常闭动断，反之亦然。这就是说，程序中常开常闭触点的处理是基于端口开关为常开状态接入的，但是，在实际生产控制中，许多信号需要按常闭状态接入端口，例如紧急停止信号，机床往返运动的限位保护信号等。这时，梯形图中其相应的常开常闭触点是如何处理呢现举限位保护开关为例说明。限位保护是指当设备发生故障时，在一定的位置安装一限位开关，这个开关常以常闭触点形式接入控制电路，这是因为常闭触点断开比常开触点闭合响应快。图5.1-4(a)为限位开关接入PLC的X端口接线图。控制时限位开关被碰到断开后，切断控制输出并报警。图5.1-4(b)和图5.1-4(c)为其在梯形图中触点的两种处理方式。先看图5.1-4(b)，端口开关X现为ON，因此其常开触点闭合，Y0被驱动报警。但是这和控制要求是不相符的，控制要求为 X0 被碰撞快速断开后，Y0被驱动输出告警。再看图5.1-4(c)，这时，梯形图中以常闭触点处理。当外接开关X0闭合接入时，视为端口信号为ON，其常闭触点是动断的，因此，在X0没有被碰撞时，Y0是不被驱动的。而当X0被碰撞断开后，其常闭触点动作闭合，Y0被驱动输出报警。因此，图5.1-4(c)的梯形图处理是符合控制要求的。从分析可以看出，外接开关是常开还是常闭在梯形图中处理是不同的。
图5.1-4 常闭触点接入的梯形图说明
但在梯形图中，一个常开触点符号如果外接常开开关，则它是常开的，如果外接的是常闭开关，则它又看作闭合，如图 5.1-5所示。从这一点来看，梯形图设计远比继电控制设计灵活。在 PLC输入端，既可接入常开开关信号完成控制任务，也可接入常闭开关信号完成控制任务，而在继电控制线路中，常开就是常开，常闭就是常闭。
图5.1-5 常开和常闭开关信号接入梯形图触点动作说明
现以启保停电路为例说明外接不同形式的开关时，梯形图触点形式处理的不同。图 5.1-6 为外接两个常开开关信号的梯形图程序，其中X0 为启动信号，X1为停止信号。停止信号为常开接入，这一点已经和继电控制线路的常闭接入不一样了，而梯形图形式则和继电控制线路一致。如果把启动和停止信号均换成常闭接入，如图5.1-7所示，其相应的梯形图程序发生了变化。启动信号X0的常开触点变成了常闭，停止信号 X1 的常闭触点变成了常开，梯形图程序同样可以控制输出Y0的启停。
图5.1-6 外接两个常开开关信号之梯形图程序
图5.1-7 外接两个常闭开关信号之梯形图程序
以上分析说明，梯形图设计对输入端口开关信号的接入方式没有要求。接入怎样的开关信号，就设计相对应的梯形图程序。
从这一点来看，梯形图设计远比继电控制设计灵活，但在实际应用中，也带来了很多不便。在设计和分析梯形图中的常开和常闭触点时，还必须先了解配线图上是接入常开开关信号还是常闭开关信号，初学者常常在这一点上花费很多时间。如果统一规定接入信号均为常开触点信号，则设计和分析就要方便很多。本书中就按这种方法处理，以后，梯形图中涉及输入继电器X的常开触点与常闭触点，在没有特殊说明情况下均按接入信号为常开开关信号来理解。
在实际应用中，如果某些输入信号只能接入常闭开关信号，可以先按输入为常开开关信号来设计，然后将梯形图中相应的输入继电器触点改成相反的即可，即常开改常闭，常闭改常开。