隨著信息自動化的發(fā)展，自動化工程師越來成為一個熱門職業(yè)。自動化工程師主要負責了解客戶需求，編寫自動化控制項目方案書、負責PLC編程、組態(tài)軟件編寫、組織自動化工程施工，負責自動化控制項目技術指導要求，并遵循軟件開發(fā)流程，進行獨立的嵌入式軟件模塊的設計和實現(xiàn)，和其它部門配合共同完成產(chǎn)品的設計、開發(fā)和測試。

我們學PLC有時候是為了做項目，做項目需要做些什么步驟呢，學習什么知識點，看看老工程師怎么告訴你……

一、工作內(nèi)容

1、承擔自控技術和產(chǎn)品的研發(fā)和實施；

2、編制最優(yōu)化控制計算機軟件；

3、參與編制項目的技術方案、項目建議書和可行性研究報告；

4、為項目的建設、安裝、調(diào)試、運行提供技術支持。

二、做一個PLC項目的大體流程如下

1、熟悉好現(xiàn)場環(huán)境和工藝流程

2、設計出安全可靠的控制方案

3、畫出電氣控制原理圖

4、確定好材料，制作材料物資明細表

5、編寫PLC程序，組態(tài)監(jiān)控畫面，設計PLC 機柜接線圖，并同時制作PLC機柜

6、溝通甲方，現(xiàn)場施工

7、現(xiàn)場調(diào)試，并完善工藝控制方案

8、組織甲方驗收項目

三、PLC 設計原則

1、最大限度的滿足被控對象提出的各項性能指標

為明確控制任務和控制系統(tǒng)應有的功能，設計人員在進行設計前，就應深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜集資料，與機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，以便協(xié)同解決在設計過程中出現(xiàn)的各種問題。

2、確保控制系統(tǒng)的安全可靠

電氣控制系統(tǒng)的可靠性就是生命線，不能安全可靠工作的電氣控制系統(tǒng)，是不可能長期投入生產(chǎn)運行的。尤其是在以提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，保證生產(chǎn)安全為目標的應用場合，必須將可靠性放在首位，甚至構成冗余控制系統(tǒng)。

3、力求控制系統(tǒng)簡單

在能夠滿足控制要求和保證可靠工作的前提下，應力求控制系統(tǒng)構成簡單。只有構成簡單的控制系統(tǒng)才具有經(jīng)濟性、實用性的特點，才能做到使用方便和維護容易。

4、留有適當?shù)脑Ａ?/p>

考慮到生產(chǎn)規(guī)模的擴大，生產(chǎn)工藝的改進，控制任務的增加，以及維護方便的需要，要充分利用PLC易于擴充的特點，在選擇PLC的容量(包括存儲器的容量、機架插槽數(shù)、Ｉ／Ｏ點的數(shù)量等)時，應留有適當?shù)脑Ａ俊?/p>

四、PLC設計的基本步驟

在進行PLC控制系統(tǒng)設計，盡管有著不同的被控對象和設計任務，設計內(nèi)容可能涉及諸多方面，又需要和大量的現(xiàn)場輸入、輸出設備相連接，但是基本內(nèi)容應包括以下幾個方面：

1、明確設計任務和技術條件

設計任務和技術條件一般以設計任務書的方式給出，在設計任務書中，應明確各項設計要求、約束條件及控制方式。因此，設計任務書是整個系統(tǒng)設計的依據(jù)。

2、確定用戶輸入設備和輸出設備

用戶的輸入、輸出設備是構成PLC控制系統(tǒng)中，除了作為控制器的PLC本身以外的硬件設備，是進行機型選擇和軟件設計的依據(jù)。因此，要明確輸入設備的類型(如控制按鈕、行程開關、操作開關、檢測元件、保護器件、傳感器等)和數(shù)量，輸出設備的類型(如信號燈、接觸器、繼電器等執(zhí)行元件)和數(shù)量，以及由輸出設備驅(qū)動的負載(如電動機、電磁閥等)。并進行分類、匯總。

3、選擇PLC的機型

PLC是整個控制系統(tǒng)的核心部件，正確、合理的選擇機型對于保證整個系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性能指標起著重要的作用。PLC的選型應包括機型的選擇、存儲器容量的選擇、Ｉ／Ｏ模板的選擇等。

4、分配Ｉ／Ｏ地址，繪制Ｉ／Ｏ接線圖

通過對用戶輸入、輸出設備的分析、分類和整理，進行相應的Ｉ／Ｏ地址分配，并據(jù)此繪制Ｉ／Ｏ接線圖。至此，基本完成了PLC控制系統(tǒng)的硬件設計。

5、設計控制程序

根據(jù)控制任務和所選擇的機型以及Ｉ／Ｏ接線圖，一般采用梯形圖語言設計系統(tǒng)的控制程序。設計控制程序就是設計應用軟件，這對于保證整個系統(tǒng)安全可靠的運行至關重要，必須經(jīng)過反復調(diào)試，使之滿足控制要求。

6、必要時設計非標準設備

在進行設備選型時，應盡量選用標準設備。如無標準設備可選，還可能需要設計操作臺、控制柜、模擬顯示屏等非標準設備。

7、編制控制系統(tǒng)的技術文件

在設計任務完成后，要編制系統(tǒng)的技術文件。技術文件一般應包括設計說明書、使用說明書、Ｉ／Ｏ接線圖和控制程序(如梯形圖等)。

五、PLC的選型

在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù)。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。

熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)。

1、輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算

I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。

2、存儲器容量的估算

存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。

存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。

3、控制功能的選擇

該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

(a)運算功能

簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通PLC的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在PLC中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。

(b)控制功能

控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。

(c)通信功能

大中型PLC系統(tǒng)應支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應符合ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網(wǎng)絡。

PLC系統(tǒng)的通信接口應包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設備和電纜）應1：1冗余配置，通信總線應符合國際標準，通信距離應滿足裝置實際要求。

PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡中，上級的網(wǎng)絡通信速率應大于1Mbps，通信負荷不大于60%。PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡主要形式有下列幾種形式：

1）PC為主站，多臺同型號PLC為從站，組成簡易PLC網(wǎng)絡；

2）1臺PLC為主站，其他同型號PLC為從站，構成主從式PLC網(wǎng)絡；

3）PLC網(wǎng)絡通過特定網(wǎng)絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)；

4）專用PLC網(wǎng)絡（各廠商的專用PLC通信網(wǎng)絡）。

為減輕CPU通信任務，根據(jù)網(wǎng)絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。

(d)編程功能

離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。

在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。

五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。

(e)診斷功能

PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。

(f)處理速度

PLC采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。

處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關。目前，PLC接點的響應快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.2～0.4Ls，因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿足：小型PLC的掃描時間不大于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時間不大于0.2ms/K。

4、機型的選擇

(a)PLC的類型

PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型。

整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。

(b)輸入輸出模塊的選擇

輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。

可根據(jù)應用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本。考慮是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。

(c)電源的選擇

PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設計和選用外，一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。

如果PLC本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。

(d)存儲器的選擇

由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。

(e)冗余功能的選擇

控制單元的冗余

(1)重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應1B1冗余。

(2)在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。

I/O接口單元的冗余

(1)控制回路的多點I/O卡應冗余配置。

(2)重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。

（3）根據(jù)需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。

(f)經(jīng)濟性的考慮

選擇PLC時，應考慮性能價格比。考慮經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。

很多電氣的新手在做完電氣控制柜以及PLC程序等設計環(huán)節(jié)后，不清楚調(diào)試應如何開始？或者一些人因為不適當?shù)恼{(diào)試方法導致了PLC燒毀等等問題，那么設計完的電氣系統(tǒng)應該如何調(diào)試？可依照以下七步。

【延伸閱讀】新手PLC項目調(diào)試七步法！

一、按照圖紙檢查回路（未送電狀態(tài)下）

一般PLC系統(tǒng)的圖紙包含柜內(nèi)圖紙和柜外圖紙兩部分；柜內(nèi)圖紙指柜子內(nèi)部的接線圖；柜外圖紙是所有接出電氣柜的接線圖。這一部分需要檢查的是：

1、圖紙設計是否合理，包括各種元器件的容量等等。

2、根據(jù)圖紙檢查元器件是否嚴格按照圖紙連接。

在這一過程中，最需要注意的地方就是檢查電源

1、確保回路沒有短路。

2、確保強弱電沒有混合到一起

因為PLC電源為24v，一旦因為接線錯誤導致220V接進PLC里，很容易將PLC或者拓展模塊燒毀。

二、檢查PLC外部回路，也就是俗稱的“打點”

電源確認完畢后送電，測試輸入輸出點，這就是俗稱的“打點”，測試IO點需要挨個測試，包括操作按鈕，急停按鈕，操作指示燈以及氣缸及其限位開關等等，具體方法是一人在現(xiàn)場側(cè)操作按鈕等，另一人在PLC測監(jiān)控輸入輸出信號；對于大型系統(tǒng)應該建立測試表，即測試后做好標記。如果發(fā)現(xiàn)在施工過程中有接線錯誤的地方需要立即處理。

這一步應該注意的是需要將程序備份后清空PLC里面的程序或者將程序禁用，避免因測試導致設備的動作。

三、檢查機械結構并測試電機類負載

這一步需要檢查機械結構是否緊固等等，電機類負載是否做好相應保護，避免因意外導致的事故，檢查完畢后需要手動去測試設備運行，如正反轉(zhuǎn)電機類，需要測試線路是否完好并帶電試車，變頻器類設置相應參數(shù)并進行電機優(yōu)化，靜態(tài)識別或者動態(tài)識別等。這里需要注意的是對于一些特殊負載，比如說垂直類上下移動的負載需要由專業(yè)人員進行，以免因控制不當導致測試事故。

四、調(diào)試手動模式/半自動模式以及相關邏輯關系

IO點和負載側(cè)都測試以后，接下來要進行的就是手動模式下的調(diào)試。這里的手動模式也可以叫做半自動模式，不是用手直接去按動電磁閥或接觸器等，而是指通過按鈕或者HMI的按鈕等去驅(qū)動設備，是與自動狀態(tài)對應的。

手動模式的測試可以將自動模式按照人的意愿分解，方便測試程序。

這一環(huán)節(jié)最重要的是要測試安全功能，即在設備運行狀態(tài)下測試急停，安全光柵等等的安全功能是否起到相應作用。

五、根據(jù)生產(chǎn)工藝調(diào)試自動模式

在完成半自動調(diào)試后，可進一步調(diào)試自動工作。這一環(huán)節(jié)是最重要的，需要根據(jù)生產(chǎn)工藝測試各種連鎖，包括邏輯連鎖，安全連鎖等，而且要多測試幾個工作循環(huán)，以確保系統(tǒng)能正確無誤地連續(xù)工作。

六、特殊工藝的測試

PLC系統(tǒng)里除了邏輯控制，還有很多拓展出來的功能，比如說PID控制等，當這些邏輯調(diào)試基本完成后，可著手調(diào)試模擬量、脈沖量控制。

最主要的是選定合適控制參數(shù)。一般講，這個過程是比較長的。要耐心調(diào)，參數(shù)也要作多種選擇，再從中選出最優(yōu)者。有的PLC，它的PID參數(shù)可通過自整定獲得。但這個自整定過程，也是需要相當?shù)臅r間才能完成的。

七、完成上述所有的步驟

整個調(diào)試基本算是完成了，接下來就到了預生產(chǎn)的步驟了，預生產(chǎn)是生產(chǎn)前的工作檢測，在該階段可以配合生產(chǎn)進行一些特殊的測試，比如說生產(chǎn)節(jié)奏是否滿足，帶載情況下安全功能還能否起作用等等，一般連續(xù)生產(chǎn)一定時間后就可以交工了。

新手尤其需要注意電源，記得我在多年前調(diào)試第一個項目的時候，因為施工單位將大皮帶的拉繩開關的220V觸點和24V觸點接錯了（皮帶的拉繩開關為安全裝置，兩組觸點，一組為220V斷開控制回路，另一組為24V進入PLC），導致燒毀了一個數(shù)字量輸入模板，后來就長記性了，再調(diào)試的時候一定分清220V和24V，就再也沒出現(xiàn)過問題。

審核編輯：湯梓紅