PLC控制系统设计的基本原则与步骤
一、PLC控制系统设计的基本原则
在实际生产过程中，任何一种控制系统都是以满足生产工艺的控制要求、提高产品质量和生产效率为目的的，因此在PLC控制系统的设计时，应遵循以下基本原则。
a、最大限度地满足生产工艺的控制要求。这是PLC控制系统设计的首要前提。这就需要设计人员深入现场进行调查研究，收集资料，同时要注意与操作员和工程管理人员密切配合全面的考虑控制系统硬件和软件。
b、确保控制系统的工作安全可靠。这是设计的重要原则。这就要求设计者在设计时，注意降低工程成本，提高工程效益，符合用户的操作习惯和方便维修。
d、应考虑 生产的发展和改进，在设计时应适当留有余量。
二、PLC控制系统设计的一般步骤
1、深入了解被控系统的工艺过程和控制要求
深入了解被控系统的工艺过程和控制要求是系统设计的关键，这一步的好坏，直接影响着系统设计和施工的质量。首先应该详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象的机、电、液之间的关系，提出被控对象对PLC控制系统的要求。控制要求包括如下：
a、控制的基本方式：行程控制、时间控制、速度控制、电流和电压控制；
b、需要完成的动作：动作及其顺序、动作条件；
c、操作方式：手动（点动、回原点）、自动（单步、单周、自动运行）以及必要的保护、报警、连锁和互锁；
d、确定软硬件分工：根据软硬件控制工艺的复杂程度，确定软硬件的分工，可从技术方案、经济性、可靠性等方面做好软硬件的分工。
2、确定控制方案，拟定设计说明书
在分析完被控对象的控制要求基础上，可以确定控制方案。通常有以下几种方案供参考。
a、单控制器系统：单控制器系统采用一台PLC控制一台或多台被控设备的控制系统。
b、多控制器系统：多控制器系统及分布式控制系统，该系统中每个控制对象都是由一台PLC控制器来控制的，各台PLC控制器之间通过信号传递进行内部连锁，或由上位机通过总线进行通讯控制。
c、远程I/O控制系统：远程I/O系统是I/O模块，不与控制器放在一起，而是远离放在被控设备附近。
3、PLC硬件选型
PLC硬件选型的基本原则：在功能满足的条件下，保证系统安全可靠运行，尽量兼顾价格。具体应考虑以下几个方面：
a、PLC的硬件功能
对于开关量控制系统，主要考虑PLC的最大I/O点数是否满足要求，如有特殊要求，例如通讯控制、模拟量控制等，则应考虑是否由相应的特殊功能模块。
此外，还要考虑扩展能力、程序存储器与数据存储器的容量等。
b、确定输入输出点数
确定输入输出点数前，应确定哪些信号需要输入给PLC，哪些负载需要PLC来驱动，还要确定哪些是数字量hao123，哪些是模拟量，哪些是直流量，哪些是交流量，电压等级以及是否会有特殊要求。在确定时，应考虑今后系统改进和扩充的需求，应留有一定的余量。
c、PLC供电类电源类型、输入和输出的模块类型
PLC供电电源类型一般有两种，分别为交流型和直流型。交流型供电通常为220V，直流型供电通常为24V。
数字量输入模块的输入电压一般为24V。直流输入电路的延迟时间较短，可直接与光电开关、接近开关等电子输入设备直接相连。
如有模拟量还需考虑变送器、执行机构的量程与模拟量输入输出模块的量程是否匹配等。
继电器型输出模块的工作电压范围广，触点导通电压降小，承受瞬间过电压和瞬间过电流能力强，但触点寿命有限，动作速度较慢。若系统的输出信号变化不是很频繁，建议先选择继电器输出型模块。继电器输出型模块可用于交直流负载。
晶体管输出型用于直流负载电气控制柜设计软件发发库Sitemaps，它们具有可靠性高、执行速度块、寿命长等优点，但过载能力较差。
d、PLC的结构及安装方式
PLC分为整体式和模块式两种，整体式每点的价格比模块式的便宜。模块式的功能扩展灵活，安装方便，特殊模块选择的余地大，一般较复杂的系统选择模块式PLC。
4、硬件设计
PLC控制系统的硬件设计主要包括I/O地址分配、系统主回路和控制回路的设计、PLC输入输出电路的设计、控制柜或操作台电气元件安装布置设计等。
a、I/O地址分配
输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。通常按系统配置通道与触点号来分配每个输入输出信号，即进行编号。在编号时要注意，不同型号的PLC，其输入输出通道范围不同，要根据所选PLC的型号进行确定，切不可“张冠李戴”。
b、系统主回路和控制回路设计
系统主回路设计：主回路通常是指电流较大的电路，如电动机主电路、控制变压器的一次侧输入回路、控制系统的电源输入和控制回路。
在设计主电路时电气控制柜设计软件，主要考虑一下几个方面：
总开关的类型、容量、分段能力和所用的场合等；保护装置的设置，短路保护要设置熔断器或断路器，过载保护要设置热继电器，漏电保护要设置漏电保护器等；接地，从安全的角度考虑，控制系统应设置保护接地。
系统控制回路设计：控制回路通常是指电流较小的电路。控制回路设计一般包括保护电路、安全电路、信号电路和控制电路设计等。
c、PLC输入输出电路的设计
设计输入输出电路通常考虑以下几个问题：
输入电路可由PLC内部提供DC24V电源，也可外接电源，输出点需根据输出模块类型选择电源；为了防止负载短路损坏PLC，输入输出电路公共端需加熔断器保护；为了防止接触器相间短路，通常要设置互锁电路，例如正反转电路；输出电路有感性负载，为了保证输出点的安全和防止干扰，直流电路需在感性负载两端并联续流二极管，交流电路需在感性负载两端并联阻容电路；应减少输入输出点数。
d、控制柜或操作台电气元件安装布置设计
设计的目的是用于指导、规范现场生产和施工，并提高可靠性和标准化程度。
5、软件设计
在软件设计之前，比如S7-200 Smart PLC，需要先对硬件进行组态，看该系统需要的CPU模块、信号板和扩展模块都是哪些，对应选择相应的型号。硬件组态完后，可以对软件进行设计了。
软件设计包括系统初始化程序、主程序、子程序、中断程序等，小型数字量控制系统往往只有主程序。
软件设计主要包括以下几步：
首先应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定程序的基本结构；然后绘制控制流程图或顺序功能图；最后根据控制流程图或顺序功能图设计梯形图，简单系统可用经验设计法，复杂系统可用顺序控制设计法。
6、软、硬件调试
调试分为模拟调试和联机调试。
在软件设计完成后一般作模拟调试。模拟调试可以通过仿真软件来代替PLC硬件，在计算机上调试程序。若有PLC硬件，可以用小开关和按钮模拟PLC实际输入信号，再通过输出模块上输出位对应的指示灯，观察输出信号是否满足设计要求。若需要模拟信号I/O时，可用电位器和万用表配合进行。
硬件模拟调试主要是对控制柜或操作台的接线进行测试，可在操作台的接线端子上模拟PLC外部数字输入信号，或者操作按钮指令开关，观察对应PLC输入点的状态。
在联机调试时，把编制好的程序下载到现场的PLC中，调试时，主电路一定要断电，只对控制电路进行调试。通过现场联机调试，还会发现新的问题或需要对某些控制功能进行改进。
如软硬件调试均没有问题，就可以整体调试了。
7、编制控制系统的使用说明书
系统交付使用后，应根据调试的最终结果整理出完整的技术文件PLC控制系统设计的基本原则与步骤，单位存档，部分资料提供给用户，以利于系统的维修和改进。
编制的文件有：PLC的硬件接线图和其他的电气样图，PLC编程元件表和带有文字说明的梯形图，此外若使用的是顺序控制法，顺序功能图也需要加以整理。
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