杜银川 李磊 李海锋

摘要  本文就PLC控制系统的硬件和软件设计方面需要注意的问题进行了简要地阐述，同时对PLC控制系统程序调试中的问题作了分析。

关键词  PLC 硬件设计 软件设计 程序调试

1前言

可编程序控制器（PLC） 的硬件和软件设计是控制系统的核心都分，硬件部分根据工艺要求选型、抗干扰设计是必须考虑的重要方面，软件设计在满足工艺要求的前提下，程序要简洁、严谨、可靠。因此，这两部分直接关系着PLC控制系统运行的速度以及可靠性、安全性、稳定性等。

2 PLC控制系统的硬件设计

PLC控制系统主要包括输入和输出电路两部分。

2.1 PLC控制系统的输入电路设计

PLC供电电源服为 220VAC±10%， 适应电源范围较宽但为了抗干扰，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，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC输人电路的地，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，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输人电路功率的两倍，PLC输人电路电源支路加装适宜的熔丝或小型断路器，防止短路。

2.2 PLC控制系统的输出电路设计

依据生产工艺要求，各种指示灯，变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC系统输出须率为每分钟6次以下，应首选继电器输出。

采用这种方法.输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。

2.3 PLC输出带电磁线圈等感性负载

负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在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扫描额率为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或者固态继电器 （SSR），再驱动负载。

对于两个相互关联的重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。

对于常见的AC 220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等、应该通过DC 24V小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC 220V交流开关类负载驱动能力。

3 PLC控制系统的抗干扰设计

随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，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的问题。一般采用以下几种方式：

（1）隔离。由于电网中的高频干扰主要是原、副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1：1超隔离变压器，并将中性点经电容接地。

（2）屏蔽。一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、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，并且要有一定的间隔：模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。

4 PLC控制系统的软件设计

在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的最关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，优秀的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。

4.1 PLC控制系统的程序设计思想

由于生产过程控制要求的复杂程度不同，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的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序：依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种：顺序结构、条件分支结构和循环结构。

模块化程序：把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。建议经常采用这种程序设计思想，因为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的生产过程。

4.2 PLC控制系统的程序设计要点

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、设备或部件的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工作运行的可靠性。

程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统-编号，进行分配。

在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。

彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出地址应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。

4.3 PLC 控制系统编程技巧

PLC程序设计的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编程必须遵循的原则。下面介绍几点编程技巧：

（1）PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。

（2）同一个继电器线圈在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，在程序字中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出，以采用置位和复位操作（以S7-300为何如（S）Q4.0或者（R） Q4.0）。如果要使PLC多个输出为固定值1（常闭），可以采用字传送指令完成。

（3）对于非重要设备。可以通过硬件上多个触点串联后再接人PLC输人增，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。在使用一个按钮来控制设备的启动/停止时，就可以采用二分频来实见。模块化编程思想的应用：把正、反转自锁、互锁长动程序封装成为一个功能块，正反转点动封装成为一个功能块，在PLC程序中可以重复调用该功能块，不但减少编程量，而且减少内存占用量，有利于大型PLC程序的编制。

5 PLC控制系统程序的调试

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

（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输人端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线是否错误或者I/O点连接有无问题。

（2）系统调试。把PLC控制单元的工作方式设置为"RUN"开始运行。反复调试以消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的運行时间使问题充分暴露并加以纠正。

（3）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。

6结束语

在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。