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摘要：PLC是用来取代继电器、执行逻辑、计数等顺序控制功能，而建立的柔性程控系统，由于可适应恶劣的工业环境、体积小、重量轻、性价比高，在电气设备中得到了广泛应用。本文通过分析PLC的结构配置，针对PLC控制系统在电气设备中的设计问题进行探讨，并就PLC在电气线路设计中的具体应用进行分析，以期通过本文的阐述为PLC控制系统的推广应用提供一定的借鉴作用。
关键词：CL控制系统；电气设备；线路设計
【中图分类号】 G642 【文献标识码】 B 【文章编号】 1671-1297（2013）01-0028-01
一 PLC的结构配置
PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的。箱体式PLC由一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等组成，按CPU性能分成若干型号，按I/O点数又有若干规格。对模块式PIE，由CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架组成。无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
二 PLC控制系统在电气设备中的设计
1.设计流程。当一个电气自动控制任务确定后，首先要分析评估控制任务，确定PLC的控制范围，通过对PLC功能、价格等因素比较之后，工程技术人员，一般选择自己喜欢并且比较熟悉的品牌产品作为程控器主机。主机选定后，则相应的配套模块，如模拟量单元、显示设定单元、位置控制单元或热电偶单元等随之相应地确定了。
2. I/O地址的确定。PLC接线端子上的输入/输出信号的地址确定是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，只有I/O地址确定后才能进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定后，才能绘制装配图、电气接线图、安装人员才能进行装配和连接线路。I/O点的名称、代码和地址，最好以表格的形式列出。
3.控制系统设计。系统设计分硬件设计和软件设计两部分。系统硬件设计主要包括PLC控制器及外围线路的设计、电气线路设计和抗干扰措施设计、系统软件设计主要是编写PLC控制程序。
（1）系统硬件设计。硬件设计的主要内容是电气控制系统的设计；抗干扰措施设计；电气控制元件的选择；（2）系统软件设计。系统软件设计主要分三部分：主程序、子程序和中断程序。一般来说，PLC程序设计除用一般的编程方法外更重要的是凭设计者的经验来完成的，平时多积累和总结经验很重要。常用方法有状态表法、功能图法、流程图法、逻辑代数法等。程序设计的一般步骤归纳如下：1）找出输出对象和启动条件和关断条件；2）如果输出对象的启动或关断有制约条件，则找出制约条件；3）一般情况下，输出对象按照Fk=（x开+k）·x关进行编程，如有制约条件时，按 Fk=（x开·x关约+k）·（x关+ x关约）进行编程；4）把各种条件代入方程中，按PLC编程的要求，设计出梯形图；5）对程序进行全面检查和修改。
系统程序设计采用梯形图编程比语句表编程要直观、形象，但修改量大。如果是清晰的单顺序、选择顺序、并发顺序的控制任务，最好是采用功能图来设计程序。
4.整个系统调试。系统硬件部分的模拟调试必须在断开主电路的情况下进行。一般只能调试手动控制部分是否正确；软件部分的模拟调试，主要是模拟各种开关信号输入，观察PLC输出端的输出指示灯变化状况；调试时，需要模拟量信号时，可采用开关、电位器和万用表配合进行模拟各种现场开关信号和传感器信号。然后观察PLC的输出的逻辑关系是否符合控制要求；同时，可在电脑中直接模拟调试；如果出现错误，应反复修改调试程序，直到输入逻辑功能完全正确为止。
5.系统联机调试将编制、调试好的程序下载到现场的PLC中去。调试时一定要将主电器断开，只能对控制电路进行联调。通过现场联调，发现软件与硬件之间出现问题时，经过反复检查电气系统接线和程序系统的编写与调试，直到整个系统控制功能满足控制要求为止，才能交付使用。系统完成后，一定要整理技术资料，并存档，为今后维护、检修提供技术依据，工程技术人员必须养成良好的习惯。
三 PLC在电气线路设计中的具体应用
1.选择机型及相关的功能模板。首先应考虑机型运行的可靠性及功能；其次还要考虑控制系统的类型。在选择机型时，除了要满足确定的要求外，还应留有一定的余量，以便调试和扩展。
2.进行I/O（输入/输出）选择。第一步，确定I/O点数。要考虑未来扩充和备用（典型10%～20%备用）的需要。第二步，离散输入输出。标准的输入/输出接口可用于从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制开关设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号，典型的交流输入输出量程为24～240V，直流输入输出为5～240V。若输入输出设备由不同电源供电，应当有带隔离公共线路。第三步，模拟输人输出。模拟输入输出接口是用来感知传感器产生信号的，这些接口测量流量、温度和压力的数量值，并用于控制电压或电流输出设备，典型接口量程为-10-4l0V、0-+l0V、4～20mA或l0～50mA。第四步，特殊功能输人输出。在选择一个PIE时，用户可能会面临着需要一些特殊类型的且不能用标准I/O实现的I/O限定（如定位、快速输入、频率等）的情况，用户应当考虑商家是否提供一些特殊的有助于最大限度减小控制作用的模块。第五步，智能式输入输出。模块本身带有处理器，对输入或输出信号作预先规定的处理，将其处理结果送人中央处理机或直接输出，这样可提高PLC的处理速度和节省存贮器的容量。智能式输入输出模块有：高速计数器、凸轮模拟器、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路的PID调节器及RS-232/422接口模块等。
3.电源的选择。电源模块的选择一般只需考虑输出电流，电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。
4.考虑环境条件对可编程控制器的影响。可编程控制器及其外部电路都是由半导体集成电路（简称IC）、晶体管和电阻、电容等元器件构成的。温度、湿度、振动和冲击及周围空气变化将直接影响这些元器件的可靠性和寿命。
5.系统控制元器件的设计。系统控制元器件的设计包括以下内容：存储器空间的分配；专用存储器的确定；系统初始化程序的设计；各功能子程序的编制；故障应急措施；其他辅助程序的设计等。（1）系统的安装与接线。将熔断器、接触器、转换开关、PLC装在一块配线板上。按PLC接线图在配线板上安装；（2）系统的调试。系统的调试包括软件和硬件两大部分，主要是软件的调试；（3）系统的试运行。在试运行阶段，系统设计者应密切注视和观察系统的运行情况，遇到问题及时停机，认真分析产生问题的原因；（4）编制技术文件；（5）交付使用。
四 结束语
电气设备自动控制系统应用PIE控制后，大大简化了复杂的继电器逻辑，提高了系统的可靠性，而且操作简单，实践证明该系统可以保持零故障运行，技术性能稳定、维护方便，为PLC控制系统的推广应用提供了一定的借鉴作用。
参考文献
[1] 吕景采等.可编程序控制器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2001
[2] 陈全华等.可编程控制器（PC）应用技术[M].北京：电子工业出版社，1996
关键词：CL控制系统；电气设备；线路设計
【中图分类号】 G642 【文献标识码】 B 【文章编号】 1671-1297（2013）01-0028-01
一 PLC的结构配置
PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的。箱体式PLC由一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等组成，按CPU性能分成若干型号，按I/O点数又有若干规格。对模块式PIE，由CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架组成。无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
二 PLC控制系统在电气设备中的设计
1.设计流程。当一个电气自动控制任务确定后，首先要分析评估控制任务，确定PLC的控制范围，通过对PLC功能、价格等因素比较之后，工程技术人员，一般选择自己喜欢并且比较熟悉的品牌产品作为程控器主机。主机选定后，则相应的配套模块，如模拟量单元、显示设定单元、位置控制单元或热电偶单元等随之相应地确定了。
2. I/O地址的确定。PLC接线端子上的输入/输出信号的地址确定是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，只有I/O地址确定后才能进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定后，才能绘制装配图、电气接线图、安装人员才能进行装配和连接线路。I/O点的名称、代码和地址，最好以表格的形式列出。
3.控制系统设计。系统设计分硬件设计和软件设计两部分。系统硬件设计主要包括PLC控制器及外围线路的设计、电气线路设计和抗干扰措施设计、系统软件设计主要是编写PLC控制程序。
（1）系统硬件设计。硬件设计的主要内容是电气控制系统的设计；抗干扰措施设计；电气控制元件的选择；（2）系统软件设计。系统软件设计主要分三部分：主程序、子程序和中断程序。一般来说，PLC程序设计除用一般的编程方法外更重要的是凭设计者的经验来完成的，平时多积累和总结经验很重要。常用方法有状态表法、功能图法、流程图法、逻辑代数法等。程序设计的一般步骤归纳如下：1）找出输出对象和启动条件和关断条件；2）如果输出对象的启动或关断有制约条件，则找出制约条件；3）一般情况下，输出对象按照Fk=（x开+k）·x关进行编程，如有制约条件时，按 Fk=（x开·x关约+k）·（x关+ x关约）进行编程；4）把各种条件代入方程中，按PLC编程的要求，设计出梯形图；5）对程序进行全面检查和修改。
系统程序设计采用梯形图编程比语句表编程要直观、形象，但修改量大。如果是清晰的单顺序、选择顺序、并发顺序的控制任务，最好是采用功能图来设计程序。
4.整个系统调试。系统硬件部分的模拟调试必须在断开主电路的情况下进行。一般只能调试手动控制部分是否正确；软件部分的模拟调试，主要是模拟各种开关信号输入，观察PLC输出端的输出指示灯变化状况；调试时，需要模拟量信号时，可采用开关、电位器和万用表配合进行模拟各种现场开关信号和传感器信号。然后观察PLC的输出的逻辑关系是否符合控制要求；同时，可在电脑中直接模拟调试；如果出现错误，应反复修改调试程序，直到输入逻辑功能完全正确为止。
5.系统联机调试将编制、调试好的程序下载到现场的PLC中去。调试时一定要将主电器断开，只能对控制电路进行联调。通过现场联调，发现软件与硬件之间出现问题时，经过反复检查电气系统接线和程序系统的编写与调试，直到整个系统控制功能满足控制要求为止，才能交付使用。系统完成后，一定要整理技术资料，并存档，为今后维护、检修提供技术依据，工程技术人员必须养成良好的习惯。
三 PLC在电气线路设计中的具体应用
1.选择机型及相关的功能模板。首先应考虑机型运行的可靠性及功能；其次还要考虑控制系统的类型。在选择机型时，除了要满足确定的要求外，还应留有一定的余量，以便调试和扩展。
2.进行I/O（输入/输出）选择。第一步，确定I/O点数。要考虑未来扩充和备用（典型10%～20%备用）的需要。第二步，离散输入输出。标准的输入/输出接口可用于从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制开关设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号，典型的交流输入输出量程为24～240V，直流输入输出为5～240V。若输入输出设备由不同电源供电，应当有带隔离公共线路。第三步，模拟输人输出。模拟输入输出接口是用来感知传感器产生信号的，这些接口测量流量、温度和压力的数量值，并用于控制电压或电流输出设备，典型接口量程为-10-4l0V、0-+l0V、4～20mA或l0～50mA。第四步，特殊功能输人输出。在选择一个PIE时，用户可能会面临着需要一些特殊类型的且不能用标准I/O实现的I/O限定（如定位、快速输入、频率等）的情况，用户应当考虑商家是否提供一些特殊的有助于最大限度减小控制作用的模块。第五步，智能式输入输出。模块本身带有处理器，对输入或输出信号作预先规定的处理，将其处理结果送人中央处理机或直接输出，这样可提高PLC的处理速度和节省存贮器的容量。智能式输入输出模块有：高速计数器、凸轮模拟器、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路的PID调节器及RS-232/422接口模块等。
3.电源的选择。电源模块的选择一般只需考虑输出电流，电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。
4.考虑环境条件对可编程控制器的影响。可编程控制器及其外部电路都是由半导体集成电路（简称IC）、晶体管和电阻、电容等元器件构成的。温度、湿度、振动和冲击及周围空气变化将直接影响这些元器件的可靠性和寿命。
5.系统控制元器件的设计。系统控制元器件的设计包括以下内容：存储器空间的分配；专用存储器的确定；系统初始化程序的设计；各功能子程序的编制；故障应急措施；其他辅助程序的设计等。（1）系统的安装与接线。将熔断器、接触器、转换开关、PLC装在一块配线板上。按PLC接线图在配线板上安装；（2）系统的调试。系统的调试包括软件和硬件两大部分，主要是软件的调试；（3）系统的试运行。在试运行阶段，系统设计者应密切注视和观察系统的运行情况，遇到问题及时停机，认真分析产生问题的原因；（4）编制技术文件；（5）交付使用。
四 结束语
电气设备自动控制系统应用PIE控制后，大大简化了复杂的继电器逻辑，提高了系统的可靠性，而且操作简单，实践证明该系统可以保持零故障运行，技术性能稳定、维护方便，为PLC控制系统的推广应用提供了一定的借鉴作用。
参考文献
[1] 吕景采等.可编程序控制器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2001
[2] 陈全华等.可编程控制器（PC）应用技术[M].北京：电子工业出版社，1996