第八章PLC控制系統實例8.1PLC控制系統設計的基本原則

在設計PLC控制系統時，應遵循以下基本原則：

最大限度地滿足控制要求

充分發揮PLC功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計中最重要的一條原則。設計人員要深入現場進行調查研究，收集資料。同時要注意和現場工程管理和技術人員及操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問題。保證系統的安全可靠

保證PLC控制系統能夠長期安全、可靠、穩定運行，是設計控制系統的重要原則。力求簡單、經濟、使用與維修方便

在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。不宜盲目追求自動化和高指標。適應發展的需要

適當考慮到今后控制系統發展和完善的需要。8.2PLC控制系統設計的步驟1）分析被控對象并提出控制要求詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對PLC控制系統的控制要求，確定控制方案，擬定設計任務書。2）確定輸入／輸出設備根據系統的控制要求，確定系統所需的全部輸入設備（如：按紐、位置開關、轉換開關及各種傳感器等）和輸出設備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執行器等），從而確定與PLC有關的輸入/輸出設備，以確定PLC的I/O點數。8.2PLC控制系統設計的步驟3）選擇PLCPLC選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的選擇4）分配I/O點并設計PLC外圍硬件線路分配I/O點：畫出PLC的I/O點與輸入/輸出設備的連接圖或對應關系表。PLC外圍硬件線路：畫出系統其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統的電氣原理圖。到此為止系統的硬件電氣線路已經確定。8.2PLC控制系統設計的步驟5）程序設計程序設計：1）控制程序；2）初始化程序；3）檢測、故障診斷和顯示等程序；4）保護和連鎖程序。模擬調試：根據產生現場信號的方式不同，模擬調試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。6）硬件實施設計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖；設計系統各部分之間的電氣互連圖；根據施工圖紙進行現場接線，并進行詳細檢查。由于程序設計與硬件實施可同時進行，因此PLC控制系統的設計周期可大大縮短。8.2PLC控制系統設計的步驟7）聯機調試聯機調試是將通過模擬調試的程序進一步進行在線統調。聯機調試過程應循序漸進，從PLC只連接輸入設備、再連接輸出設備、再接上實際負載等逐步進行調試。如不符合要求，則對硬件和程序作調整。通常只需修改部份程序即可。全部調試完畢后，交付試運行。經過一段時間運行，如果工作正常、程序不需要修改，應將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。8）整理和編寫技術文件技術文件包括設計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細表、PLC程序以及使用說明書等。8.3PLC的選擇隨著PLC技術的發展，PLC產品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結構形式、性能、容量、指令系統、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統的技術經濟指標有著重要意義。PLC的選擇主要應從PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯網能力等方面加以綜合考慮。

8.3.1PLC機型的選擇PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：合理的結構型式PLC主要有整體式和模塊式兩種結構型式。安裝方式的選擇安裝方式有集中式、遠程I／O式以及多臺PLC聯網的分布式。相應的功能要求響應速度要求系統可靠性的要求對可靠性要求很高的系統，應考慮是否采用冗余系統或熱備用系統機型盡量統一便于備品備件的采購和管理；有利于技術力量的培訓和技術水平的提高，外部設備通用，資源可共享，易于聯網通信。8.3.2PLC容量的選擇I／O點數的選擇在滿足控制要求的前提下力爭使用的I／O點最少。需要加上10％~15％的裕量。存儲容量的選擇存儲容量大小不僅與PLC系統的功能有關，還與功能實現的方法、程序編寫水平有關。一個有經驗的程序員和一個初學者，在完成同一復雜功能時，其程序量可能相差25％之多。在I／O點數確定的基礎上，按估算公式估計存儲容量后，再加20％~30％的裕量。

存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。

8.3.3I／O模塊的選擇開關量輸入模塊的選擇

1）輸入信號的類型及電壓等級有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入三種類型。選擇時主要根據現場輸入信號和周圍環境因素等。

直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；

交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環境。開關量輸入模塊的電壓等級有：直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。

選擇時主要根據現場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于傳輸距離較近場合，如5Ｖ輸入模塊最遠不得超過１０米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的。

2）輸入接線方式

主要有匯點式和分組式兩種接線方式

開關量輸入模塊的選擇

3）注意同時接通的輸入點數量對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應考慮該模塊同時接通的點數一般不要超過輸入點數的60％。

4）輸入門檻電平門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱PLC說明書。開關量輸出模塊的選擇

1）輸出方式開關量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式

繼電器輸出：價格便宜，可以驅動交、直流負載，適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但動作速度較慢（驅動感性負載時，觸點動作頻率不超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。對于頻繁通斷的負載，應該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。

開關量輸出模塊的選擇

2）輸出接線方式開關量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式開關量輸出模塊的選擇

3）驅動能力應根據實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法直接驅動，可增加中間放大環節。

4）注意同時接通的輸出點數量

同時接通輸出設備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值一般來講，同時接通的點數不要超出同一公共端輸出點數的60％

5）輸出的最大電流與負載類型、環境溫度等因素有關與不同的負載類型密切相關，特別是輸出的最大電流。晶閘管的最大輸出電流隨環境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。

模擬量I/O模塊的選擇

模擬量輸入（A/D）模塊是將現場由傳感器檢測而產生的連續的模擬量信號轉換成PLC內部可接受的數字量；

模擬量輸出(D/A)模塊是將PLC內部的數字量轉換為模擬量信號輸出。典型模擬量I/O模塊的量程為-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根據實際需要選用，同時還應考慮其分辨率和轉換精度等因素。一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如RTD、熱電偶等信號）特殊功能模塊的選擇

PLC廠家相繼推出了一些具有特殊功能的I/O模塊，有的還推出了自帶CPU的智能型I/O模塊，如高速計數器、凸輪模擬器、位置控制模塊、PID控制模塊、通信模塊等電源模塊及其它外設的選擇電源模塊的選擇電源模塊選擇僅對于模塊式結構的PLC而言，對于整體式PLC不存在電源的選擇。電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓汽包水位、蒸汽壓力、蒸汽溫度、蒸汽流量、給水流量、給水溫度、給水壓力、爐膛負壓、鼓風機出口壓力、除塵器后煙氣壓力、爐膛溫度、排煙溫度、鼓風轉速、引風轉速、爐排轉速，給煤轉速共16個蒸汽鍋爐模擬量輸入：蒸汽鍋爐模擬量輸出：給水控制輸出鼓風控制輸出引風控制輸出爐排控制輸出8.4系統設計舉例

鍋爐控制系統設計鍋爐控制系統分析檢測參數蒸汽壓力、蒸汽流量、蒸汽溫度、汽包水位、給水壓力、給水流量、給水溫度、爐膛溫度、爐膛負壓、煙氣含氧量、爐排轉速、排煙溫度、省煤器前、后煙溫、省煤器前后水溫、預熱器后風溫、（鼓風壓力（風量）、引風出口壓力、除塵后風壓各控制回路閥位控制回路汽包水位控制通過調節給水閥門開度控制汽包水位蒸汽壓力控制通過調節爐排轉速（進煤量調節蒸汽壓力）鼓風控制與爐排轉速成比例爐膛負壓控制通過調節引風機轉速控制爐膛內壓力保持微負壓蒸汽溫度控制通過調節減溫水流量控制蒸汽溫度鍋爐控制系統分析蒸汽鍋爐開關量輸入：給水控制手動/自動狀態鼓風控制手動/自動狀態引風控制手動/自動狀態爐排控制手動/自動狀態蒸汽溫度控制手動/自動狀態蒸汽鍋爐開關量輸出：汽包水位聯鎖輸出蒸汽壓力聯鎖輸出報警輸出I/O統計AI=26AO=5DI=5DO=3模塊選擇CPU-1769L35E電源5AAI模塊1769IF4選4塊AO=51769IF4XOF2選3塊DI=5，DO=3選1769IQ6XOW4一塊可以分成兩段，用1769CRL3或1769CRR3連接電纜連接兩個段，每段需要一個電源控制方案控制算法限幅