PLC控制系统设计
PLC控制系统设计的一般步骤可以分为以下几步：熟悉控制对象并计算输入/输出设备、PLC选型及确定硬件配置、设计电气原理图、设计控制台（柜）、编制控制程序、程
序调试和编制技术文件。
一、明确控制要求，了解被控对象的生产工艺过程
熟悉控制对象设计工艺布置图这一步是系统设计的基础。首先应详细了解被控对象
的工艺过程和它对控制系统的要求，各种机械、液压、气动、仪表、电气系统之间的关系，系统工作方式（如自动、半自动、手动等），PLC与系统中其他智能装置之间的关系，人
机界面的种类，通信联网的方式，报警的种类与范围，电源停电及紧急情况的处理等等。
此阶段，还要选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号指示灯等执行元件），以及由输出设备驱动的控制对象（电动
机、电磁阀等）。
同时，还应确定哪些信号需要输入给PLC，哪些负载由PLC驱动，并分类统计出各输
入量和输出量的性质及数量，是数字量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级，为PLC的选型和硬件配置提供依据。
最后，将控制对象和控制功能进行分类，可按信号用途或按控制区域进行划分，确定检测设备和控制设备的物理位置，分析每一个检测信号和控制信号的形式、功能、规模、
互相之间的关系。信号点确定后，设计出工艺布置图或信号图。
二、PLC控制系统的硬件设计
随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多。近年来，从国外引进的PLC 产品、国内厂家或自行开发的产品已有几十个系列，上百种型号。PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有不同，使用场合也各有侧重。因
此，合理选择PLC对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。
1、PLC机型的选择
PLC机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的
性能价格比。具体应考虑以下几方面：
（1）性能与任务相适应对于小型单台、仅需要数字量控制的设备，一般的小型PLC （如西门子公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM1/CPM2系列、三菱的FX系列等）都可以满足要求。
对于以数字量控制为主，带少量模拟量控制的应用系统，如工业生产中常遇到的温度、
压力、流量等连续量的控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器（对温度控制系统可选用温度传感器直接输入的
温度模块）和驱动装置，并选择运算、数据处理功能较强的小型PLC（如西门子公司的
S7-200或S7-300系列、OMRON的公司的CQM1/CQM1H系列等）。
对于控制比较复杂，控制功能要求更高的工程项目，例如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能时，可视控制规模及复杂程度，选用中档或高档机（如西门子公司的
S7-300或S7-400系列、OMRON的公司的C200H@或CV/CVM1系列、A-B公司的Control Logix 系列等）。
（2）结构上合理、安装要方便、机型上应统一按照物理结构，PLC分为整体式和模块式。整体式每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，所以人们一般倾向于在小型控制系
统中采用整体式PLC。但是模块式PLC的功能扩展方便灵活，I/O点数的多少、输入点数
与输出点数的比例、I/O模块的种类和块数、特殊I/O模块的使用等方面的选择余地都比
整体式PLC大得多，维修时更换模块、判断故障范围也很方便。因此，对于较复杂的和要
求较高的系统一般应选用模块式PLC。
根据I/O设备距PLC之间的距离和分布范围确定PLC的安装方式为集中式、远程I/O 式还是多台PLC联网的分布式。
对于一个企业，控制系统设计中应尽量做到机型统一。因为同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备品备件的采购与管理；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；其外部设备通用，资源可共享。同一机型PLC的另一个好处是，在使用上位计算机对PLC进行管理和控制时，通信程序的编制比较方便。这样，容易把控制各独立的多台PLC联成一个多级分布式系统，相互通信，集中管理，充分发挥网络通信的优势。
（3）是否满足响应时间的要求由于现代PLC有足够高的速度处理大量的I/O数据和解算梯形图逻辑，因此对于大多数应用场合来说，PLC的响应时间并不是主要的问题。然
而，对于某些个别的场合，则要求考虑PLC的响应时间。为了减少PLC的I/O响应延迟时间，可以选用扫描速度高的PLC，使用高速I/O处理这一类功能指令，或选用快速响应模
块和中断输入模块。
（4）对联网通信功能的要求近年来，随着工厂自动化的迅速发展，企业内小到一块温度控制仪表的RS-485串行通信、大到一套制造系统的以太网管理层的通信，应该说一
般的电气控制产品都有了通信功能。PLC作为工厂自动化的主要控制器件，大多数产品都
具有通信联网能力。选择时应根据需要选择通信方式。
(5)其他特殊要求考虑被控对象对于模拟量的闭环控制、高速计数、运动控制和人机界面（HMI）等方面的特殊要求，可以选用有相应特殊I/O模块的PLC。对可靠性要求极高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备份系统。
2、PLC容量估算
PLC的容量指I/O点数和用户存储器的存储容量两方面的含义。在选择PLC型号时不应盲目追求过高的性能指标，但是在I/O点数和存储器容量方面除了要满足控制系统要求外，还应留有余量，以做备用或系统扩展时使用。
（1） I/O点数的确定
PLC的I/O点数的确定以系统实际的输入输出点数为基础确定。在I/O点数的确定时，应留有适当余量。通常I/O点数可按实际需要的10～15%考虑余量；当I/O模块较多时，一般按上述比例留出备用模块。
（2）存储器容量的确定
用户程序占用多少存储容量与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序编制前只能粗略的估算。
3、I/O模块的选择
在PLC控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的各种测量参数，按要求的方式送入PLC。PLC经过运算、处理后，再将结果以数字量的形式输出，此时也要把该
输出变换为适合于对生产过程进行控制的量。所以，在PLC和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换装置。这个装置就是输入/输出（I/O）模块。不同的信号形式，需要不同
类型的I/O模块。对PLC来讲，信号形式可分为四类。
（1）数字量输入信号生产设备或控制系统的许多状态信息，如开关、按钮、继电器
的触点等，它们只有两种状态：通或断，对这类信号的拾取需要通过数字量输入模块来实
现。输入模块最常见的为24V直流输入，还有直流5V、12V、48V，交流115V/220V等。按公共端接入正负电位不同分为漏型和源型。有的PLC即可以源型接线，也可以漏型接线，比如S7-200。当公共端接入负电位时，就是源型接线；接入正电位时，就是漏型接线。
有的PLC只能接成其中一种。
（2）数字量输出信号还有许多控制对象，如指示灯的亮和灭、电机的启动和停止、
晶闸管的通和断、阀门的打开和关闭等，对它们的控制只需通过二值逻辑“1”和“0”来实现。这种信号通过数字量输出模块去驱动。数字量输出模块按输出方式不同分为继电器
输出型、晶体管输出型、晶闸管输出型等。此外，输出电压值和输出电流值也各有不同。
（3）模拟量输入信号生产过程的许多参数，如温度、压力、液位、流量都可以通过
不同的检测装置转换为相应的模拟量信号，然后再将其转换为数字信号输入PLC。完成这一任务的就是模拟量输入模块。
（4）模拟量输出信号生产设备或过程的许多执行机构，往往要求用模拟信号来控制，而PLC输出的控制信号是数字量，这就要求有相应的模块将其转换为模拟量。这种模块就是模拟量输出模块。
典型模拟量模块的量程为-10V～+10V、0～+10V、4～20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如热电阻RTD、热电偶等信号）
此外，有些传感器如旋转编码器输出的是一连串的脉冲，并且输出的频率较高（20kHz 以上），尽管这些脉冲信号也可算作数字量，但普通数字量输入模块不能正确的检测之，
应选择高速计数模块。
不同的I/O模块，其电路和性能不同，它直接影响着PLC的应用范围和价格，应该根据实际情况合理选择。
4、分配输入/输出点
PLC机型及输入/输出（I/O）模块选择完毕后，首先，设计出PLC系统总体配置图。然后依据工艺布置图，参照具体的PLC相关说明书或手册将输入信号与输入点、输出控制信号与输出点一一对应画出I/O接线图即PLC输入/输出电气原理图。
PLC机型选择完后输入/输出点数的多少是决定控制系统价格及设计合理性的重要因
素，因此在完成同样控制功能的情况下可通过合理设计以简化输入/输出点数。
5、安全回路设计
安全回路是保护负载或控制对象以及防止操作错误或控制失败而进行连锁控制的回
路。在直接控制负载的同时，安全保护回路还给PLC输入信号，以便于PLC进行保护处理。安全回路一般考虑以下几个方面。
（1）短路保护应该在PLC外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。最好在每个负载的回路中都装上熔断器。
（2）互锁与联锁措施除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取
硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行。
（3）失压保护与紧急停车措施 PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临
时停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。这种接线方法的另一个作用是，当特殊情况下需要紧急停机时，按下“急停”按钮就可以切断负载电源，同时“急停”信号输入PLC。
（4）极限保护在有些如提升机类超过限位就有可能产生危险的情况下，设置极限保护，当极限保护动作时直接切断负载电源，同时将信号输入PLC。
三、PLC控制系统的软件设计
软件设计是PLC控制系统设计的核心。要设计好PLC的应用软件，必须充分了解被控对象的生产工艺、技术特性、控制要求等。通过PLC的应用软件完成系统的各项控制功能。1、PLC应用软件设计的内容
PLC的应用软件设计是指根据控制系统硬件结构和工艺要求，使用相应的编程语言，
对用户控制程序的编制和相应文件的形成过程。主要内容包括：确定程序结构；定义输入/输出、中间标志、定时器、计数器和数据区等参数表；编制程序；编写程序说明书。PLC 应用软件设计还包括文本显示器或触摸屏等人机界面（HMI）设备及其它特殊功能模块的
组态。
2、熟悉被控制对象制定设备运行方案
在系统硬件设计基础上，根据生产工艺的要求，分析各输入/输出与各种操作之间
的逻辑关系，确定检测量和控制方法。并设计出系统中各设备的操作内容和操作顺序。对
于较复杂的系统，可按物理位置或控制功能将系统分区控制。较复杂系统一般还需画出系
统控制流程图，用以清楚表明动作的顺序和条件，简单系统一般不用。
3、熟悉编程语言和编程软件
熟悉编程语言和编程软件是进行程序设计的前提。这一步骤的主要任务是根据有关手
册详细了解所使用的编程软件及其操作系统，选择一种或几种合适的编程语言形式，并熟悉其指令系统和参数分类，尤其注意那些在编程中可能要用到的指令和功能。
熟悉编程语言最好的办法就是上机操作，并编制一些试验程序，在模拟平台上进行试运行，以便详尽地了解指令的功能和用途，为后面的程序设计打下良好的基础，避免走弯路。
4、定义参数表
参数表的定义包括对输入/输出、中间标志、定时器、计数器和数据区的定义。参数
表的定义格式和内容根据系统和个人爱好的情况有所不同，但所包含的内容基本是相同
的。总的设计原则是便于使用，尽可能详细。
程序编制开始以前必须首先定义输入/输出信号表。主要依据是PLC输入/输出电气原理图。每一种PLC的输入点编号和输出点编号都有自己明确的规定，在确定了PLC型号和配置后，要对输入/输出信号分配PLC的输入/输出编号（地址），并编制成表。
一般情况下，输入/输出信号表要明显地标出模板的位置、输入/输出地址号、信号名称和信号类型等。尤其输入/输出定义表注释注解内容应尽可能详细。地址尽量按由小到
大的顺序排列，没有定义或备用的点也不要漏掉，这样便于在编程、调试和修改程序时查找使用。
而中间标志、定时器、计数器和数据区编程以前可能不太好定义，一般是在编程过程中随使用随定义，在程序编制过程中间或编制完成后连同输入/输出信号表统一整理。
5、程序的编写
如果有操作系统支持，尽量使用编程语言高级形式，如梯形图语言。在编写过程中，
根据实际需要，对中间标志信号表和存储单元表进行逐个定义，要注意留出足够的公共暂
存区，以节省内存的使用。
由于许多小型PLC使用的是简易编程器，只能输入指令代码。梯形图设计好后，还需要将梯形图按指令语句编出代码程序，列出程序清单。在熟悉所选的PLC指令系统后，可
以很容易地根据梯形图写出语句表程序。
编写程序过程中要及时对编出的程序进行注释，以免忘记其间的相互关系。注释应包括程序段功能、逻辑关系、设计思想、信号的来源和去向等的说明，以便于程序的阅读和
调试。
6、程序的测试
程序的测试是整个程序设计工作中的一项重要的内容，它可以初步检查程序的实际运
行效果。程序测试和程序编写是分不开的，程序的许多功能是在测试中修改和完善的。
测试时先从各功能单元入手，设定输入信号，观察输入信号的变化对系统的作用，必要时可以借助仪器仪表。各功能单元测试完成后，再连通全部程序，测试各部分的接口情况，直到满意为止。
程序测试可以在实验室进行，也可以在现场进行。如果是在现场进行程序测试，那就要将PLC与现场信号隔离，以免引起事故。
7、程序说明书的编写
程序说明书是整个程序内容的综合性说明文档，是整个程序设计工作的总结。编写的主要目的是让程序的使用者了解程序的基本结构和某些问题的处理方法，以及程序阅读方法和使用中应注意的事项。
程序说明书一般包括程序设计的依据、程序的基本结构、各功能单元分析、使用的公式和原理、各参数的来源和运算过程、程序的测试情况等。
上面流程中各个步骤都是应用程序设计中不可缺少的环节，要设计一个好的应用程
序，必须做好每一个环节的工作。但是，应用程序设计中的核心是程序的编写，其他步骤
都是为其服务的。
8、常用编程方法
PLC的编程方法主要有经验设计法和逻辑设计法。逻辑设计是以逻辑代数为理论基
础，通过列写输入与输出的逻辑表达式，再转换成梯形图。由于一般逻辑设计过程比较复杂，而且周期较大，大多采用经验设计的方法。如果控制系统比较复杂，可以借助流程图。所谓经验设计是在一些典型应用基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，选用一些基本环节，适当组合、修改、完善，使其成为符合控制要求的程序。一般经验设计法没有
普通的规律可以遵循，只有在大量的程序设计中不断地积累、丰富自己，并且逐渐形成自
己的设计风格。一个程序设计的质量，以及所用的时间往往与编程者的经验有很大关系。
所谓常用基本环节很多是借鉴继电接触器控制线路转换而来的。它与继电接触器线路
图画法十分相似，信号输入、输出方式及控制功能也大致相同。对于熟悉继电接触器控制
系统设计原理的工程技术人员来讲，掌握梯形图语言设计无疑是十分方便和快捷的。
四、PLC控制系统的抗干扰性设计
尽管PLC是专为工业生产环境而设计，有较强的抗干扰能力，但是如果环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈或PLC的安装和使用方法不当，还是有可能给PLC控制系统的安全和可
靠性带来隐患。因此，在PLC控制系统设计中，还需要注意系统的抗干扰性设计。
1、抗电源干扰的措施
实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多。PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应
电压和电流。尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装
置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源。采取以下措施以减少因
电源干扰造成的PLC控制系统故障。
（1）采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰在PLC控制系统中，电源占有极
重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进
入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供
电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选
择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC 系统的干扰。此外，为保证电网馈电不中断，可采用不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。
（2）．硬件滤波措施在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该使用带屏蔽层的隔
离变压器对PLC系统供电。还可以在隔离变压器一次侧串接滤波器，如图所示。
(3)正确选择接地点，完善接地系统
滤波器和隔离变压器同时使用
2、控制系统的接地设计
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。接地系统的接地方式一般可分为3种方式：串联式单点接地、并联式单点接地、多分支单点接地即第3种接地方式。PLC采用第3种接地方式即单独接地。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC 系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端都接地，就
存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，
屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感
应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，
所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正
常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。
3、防I/O干扰的措施
由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件
损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成
逻辑数据变化、误动作或死机。可采取以下措施以减小I/O干扰对PLC系统的影响。
（1）从抗干扰角度选择I/O模块
（2）安装与布线时注意：
①动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O 之间应采用双绞线连接。将PLC的I/O线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，可加隔板，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。
②PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电
器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线（二者之间距离应大于200mm）。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联RC 电路。
③PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传
送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
④交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，
避免并行。
（3）考虑I/O端的接线：
输入接线一般不要太长，但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。输入/输出线要分开。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器
原理图一致，便于阅读。但急停、限位保护等情况例外。
输出端接线分为独立输出和公共输出，在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输
出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿
命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。
（4）正确选择接地点，完善接地系统
（5）对变频器干扰的抑制
五、PLC控制系统的调试
系统调试是系统在正式投入使用之前的必经步骤。与继电器控制系统不同，PLC控制系统既有硬件部分的调试还有软件的调试，与继电器控制系统相比，PLC控制系统的硬件调试要相对简单，主要是PLC程序的编制和调试。一般可按以下几个步骤进行：应用程序
的编制和离线调试、控制系统硬件检查、应用程序在线调试、现场调试、总结整理相关资
料、系统正式投入使用。
PLC控制系统设计实例：
PLC在恒压供水系统中的应用
1.任务描述
某水厂160 kW水泵电机三台，要求采用PLC、变频器来实现恒压供水。
2.系统组成
变频调速恒压供水系统主要由PLC、变频器、压力变送器、液位传感器、动力及控制
线路以及泵组组成。
用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行，通过安装在出水管网上的压力变送器，把出口压力信号变成4～20mA标准信号送入变频器内置的PID调节器，经PID运算与给定压力参数进行比较，得到4～20mA信号送至变频器。控制
系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量，在变频器设置中设定一个上限频率和下限频
率检测，当用水量大时，变频器迅速上升到上限频率，输出一个上限频率开关信号给PLC；当用水处于低峰时，变频器输出达到下限频率，输出一个下限频率开关信号给PLC。当产生任何一个信号时，信号即反馈给PLC，PLC通过设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，以此协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、
变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，
使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。
3. 系统控制要求
系统变频调速由PLC 与变频器共同完成，该系统有手动和自动两种运行方式。
手动方式时，按下按钮启动和停止水泵，可根据需要分别控制1#~3#泵的启停，该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。
自动运行时，首先由1#水泵变频运行，变频器输出频率从0HZ上升，同时PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够，则频率上升到
50HZ，变频器输出一个上限频率到达信号给PLC，PLC接收到信号后经延时，1＃泵变频迅速切换为工频，2＃泵变频启动，若压力仍达不到设定压力，则2＃泵由变频切换成工频，
3＃泵变频启动；如用水量减少，PLC控制从先起的泵开始切除，同时根据PID调节参数使系统平稳运行，始终保持管网压力。
若有电源瞬时停电的情况，则系统停机，待电源恢复正常后，系统自动恢复到初始
状态开始运行。变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。
这种方式保证永远有一台水泵在变频运行，三台水泵中的任一台都可能变频运行。这样，才能做到不论用水量如何改变都可保持管网压力基本恒定，且各台水泵运行的时间基
本相同，这给维护和检修带来方便，并提高了系统的使用寿命。
本科生毕业设计（论文）开题报告 论文题目：嵌入式智能家居控制系统 软件设计 学院：电气工程学院 专业班级：自动化1204 学生姓名：刘芳春 学号： 120302433 导师姓名：王通 开题时间：2016年 3 月 18 日
1.课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 目前，几乎所有家庭都有使用各种电器设备，电视、电灯、空调、冰箱等。然而，就当前情况来说，这些设备总是被看成单个的、独立的个体使用，而极少出现一个专门的系统来管理它们、或是将它们糅合为一个具有一定“智慧”的设备集合体。这不仅使得设备使用者不得不在控制和管理这些设备上消耗大量时间和精力，而且容易造成设备使用效率不高，浪费宝贵的能源，这不符合节能环保的国家政策方针。 基于这个事实，智能家居的概念应运而生。智能家居又被人们称智能住宅[1]，在国外也叫做Smart Home。智能家居是以个人住所为单位，以控制技术、通信技术计算机技术为基础，以提升人们的日常家居生活为目的的家居控制和管理系统[2]。 由于智能家居是一个最近才得到快速发展的行业，当前有许多地方并未得到充分的研究，也有许多研究成果并未能转化成为实际产品。探寻其本质因素有两个。其一，大多数已有的智能家居产品是针对高消费人群设计和开发的，而没有顾及到占人口绝大多数的低端消费人群。因此，其市场本身就不会太大。其二，许多开发出来的产品在性能上并不完全让消费者满意。当前已有的产品中的大多数，或是存在功能单调、或是存在使用不方便等各种缺乏吸引力的不足之处。 为了改善这一现状，软件部分设计就成了必不可少的工作，软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。对于嵌入式软件而言，系统软件和应用软件的界限并不明显，原因在于嵌入式环境下应用系统的配置差别较大，所需操作系统裁剪配置不同，I/O 操作没有标准化，驱动程序通常需要自行设计[3,4]。 嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式系统中应用越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中[5]。它与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用，由它来管理和协调各项工作，为应用软件提供良好的运行软件环境和开发环境。μC/OS-II 是一个完整的，可移植、固化、裁剪的占先式实时多任务内核。它通过了美国联邦航空管理局商用航行器的认可，符合航空无线电技术委员会对用于航空设备方面所使用的软件性能提出的DO-178B标准认可。目前已有数百个商业应用的μC/OS，该操作系统的稳定性和可靠性得到了充分的肯定[6,7]。该操作系统在智能家居领域中的应用也越来越广泛。因此对于嵌入式智能家居操作系统的研究也越来越有必要。
（1）根据工艺流程分析控制要求，明确控制任务，拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。工艺流程的特点和要求是开发PLC控制系统的主要依据，所以必须详细分析、认真研究，从而明确控制任务和范围。如需要完成的动作（动作时顺、动作条件，相关的保护和联锁等）和应具备的操作方式（手动、自动、连续、单周期，单步等）。 （2）确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），估算PLC的I/O点数；分析控制对象与PLC之间的信号关系，信号性质，根据控制要求的复杂程度，控制精度估算PLC的用户存储器容量。 （3）选择PLC。PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的各项技术、经济指标起着重要的作用，PLC的选择包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。选择PLC的依据是输入输出形式与点数，控制方式与速度、控制精度与分辨率，用户程序容量。 （4）分配、定义PLC的I/O点，绘制I/O连接图。根据选用的PLC所给定的元件地址范围（如输入、输出、辅助继电器、定时器、计数器。数据区等），对控制系统使用的每一个输入、输出信号及内部元件定义专用的信号名和地址，在程序设计中使用哪些内部元件，执行什么功能格都要做到清晰，无误。 （5）PLC控制程序设计。包括设计梯形图、编写语句表、绘制控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常，安全。可靠的关键，因此，控制程序的设计必须经过反复测试。修改，直到满足要求为止。 （6）控制柜（台）设计和现场施工。在进行控制程序设计的同时，可进行硬件配备工作，主要包括强电设备的安装、控制柜（台）的设计与制作、可编程序控制器的安装、输入输出的连接等。在设计继电器控制系统时，必须在控制线路设计完成后，才能进行控制柜（台）设计和现场施工。可见，采用PLC控制系统，可以使软件设计与硬件配备工作平行进行，缩短工程周期。如果需要的话，尚需设计操作台、电气柜、模拟显示盘和非标准电器元部件。 （7）试运行、验收、交付使用，并编制控制系统的技术文件。编制控制系统的技术文件包括说明书、设计说明书和使用说明书、电器图及电器元件明细表等。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，
plc控制系统设计的一般步骤 丰炜PLC说明资料1-PLC系统设计及选型方法 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，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，若采用可编程控制器(PLC)可以轻松的解决，PLC已成为解决自动控制问题最有效的工具之一，越来越广泛的应用于工业控制领域中，本文简要叙述了PLC控制系统设计的步骤及PLC的基本选型方法，供大家参考。 一、可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤 （ 1 ）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求 这是整个系统设计的基础，以后的选型、编程、调试都是以此为目标的。 a ．被控对象就是所要控制的机械、电气设备、生产线或生产过程。 b ．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和连锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这样可化繁为简，有利于编程和调试。
（ 2 ）确定 I/O 设备 根据被控对象的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器、编码器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀、变频器、伺服、步进等。 （ 3 ）选择合适的 PLC 类型 根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、 I/O 模块的选择、特殊模块、电源模块的选择等。 （ 4 ）分配 I/O 点 分配 PLC 的输入输出点，编制出输入 / 输出分配表或者画出输入 / 输出端子的接线图。接着就可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。 （ 5 ）编写梯形图程序 根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先
中北大学 毕业设计开题报告 学生姓名：王小龙学号：07050541X14学院、系：信息与通信工程学院 专业：自动化 设计题目：基于MATLAB的控制系统设计软件开发 指导教师:林都 2011年4月2日
毕业设计开题报告
类专业技术基础课程,在教学与研究过程中,常需要对控制系统用MATLAB进行仿究, MATLAB虽功能强大,对这方面的分析都有相应命令,但命令繁多,分析起来过于零散的性质有个整体的掌握,况且像MATLAB这么大的软件学起来也较困难。为能够更快更好掌握控制系统的性质,把多而散的命令整合起来,开发了控制系统CAI应用软件。使用此软件时用户只需输入系统参数,然后点击相关按钮,就可以快速得到所求相应的结果。二．相关理论知识 控制工程基础是以讲述古典控制为主的机械类专业技术基础课程,在教学与研究过程中,常需要对控制系统用MATLAB进行仿真分析与研究,MATLAB虽功能强大,对这 方面的分析都有相应命令,但命令繁多,分析起来过于零散,难于对系统的性质有个整体的掌握,况且像MATLAB这么大的软件学起来也较困难.为能够更快更好掌握控制系统的性质,把多而散的命令整合起来,开发了控制系统CAI应用软件.使用此软件时用户只需输入系统参数,然后点击相关按钮,就可以快速得到所求相应的结果。 要将控制系统CAI应用软件结构图中的内容在用户界面里表现出来,就必须有参数输入、结果输出、图形仿真输出等,且这些都能进行对比分析,因此要求有个友好、操作简单、可读性强、易修改的图形用户界面,选择MATLAB中具有可视化编程能力的图形界面GUI,将它提供的工具与编程经验结合起来,完成软件界面的创建.。 图1控制系统CAI应用软件结构图
PLC 控制系统设计的基本原则 来源： https://www.doczj.com/doc/6b7987774.html, 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以 提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则： 1. 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC 控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。 2. 保证PLC 控制系统安全可靠 保证PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC 程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。 3. 力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 4. 适应发展的需要
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 ［返回 ]
空调自动控制系统软件设计及调试 尹海蛟 空调的硬件电路只是起到支持作用。因为作为自动化控制的大部分功能，只能采取软件程序来实现，而且软件程序的优点是显而易见的。它既经济又灵活方便，而且易于模块化和标准化。同时，软件程序所占用的空间和时间相对来说比硬件电路的开销要小得多。同时，与硬件不同，软件有不致磨损、复制容易、易于更新或改造等特点，但由于它所要处理的问题往往远较硬件复杂，因而软件的设计、开发、调试及维护往往要花费巨大的经历及时间。但相比之下，这些代价所取得的功能远优于仅依靠硬件电路所实现的功能。 1.空调自动控制系统软件程序设计思想 在硬件电路设计好以后，软件设计则是最重要的一个设计部分，由于空调自动控制的大部分智能化功能都是软件来完成，这样就使得硬件电路设计的简化和成本低可以得到实现。然而，8051单片机采用的是与其物理地址联系非常紧密地汇编语言来进行编程的。我们知道汇编语言相对于高级语言而言，它的速度是比较快的，而且它的指令代码也非常简单，但前提是编程人员要对8051单片机内部硬件电路非常熟悉。这对编程人员的要求是比较高的。 在进行软件编程时，我们仍然要采用结构化模块方式编程，从而可以把一些非常大的程序逐步分解为几个小程序，这对于编程人员非常重要的。对于本课题而言，由于它最终要设计成样机形式。因此，我们就得对整机进行监控，这个监控程序中应包括各种芯片的初始化程序、自诊断程序及许多中断子程序等事实上，在对空调器上电后，它应在单片机的控制下自动转入监控程序的执行。我们在编制时把监控程序作为本机的主程序来进行工作。任何故障都会从监控程序的执行中得到响应，而且任何故障给予的响应方式和代码不同，因此这很方便的可以查找到该故障部位。显然，这只对硬件电路的故障有效。对于软件程序的执行故障，我们目前只能通过软件程序的调试安装及仿真来判别它是否正常运行。因为单片机毕竟不是微机或上位机。它所能容纳的程序能力也是有限的。当然，我们可以采用各种技术进行优化，这样就可以最大限度的直至软件程序的出错运行。各种子程序模块都挂接在该主程序上。编制它时，我们尽可能充分利用8051单片机的软件资源及内部寄存器资源，这样可以提高其运行速度。 硬件和软件式空调温度控制的核心设计方面，本课题把研究重点特别投向软件设计，毕竟自动控制功能大部分都要靠软件程序来完成。在本课题设计过程中，软件调试要花大量时间来调试运行，而硬件电路我们只需简单调试。因此可见硬件设计和软件设计有很大区别，而且在总体调试中还要对其进行调整。这都是本课题所研究的内容。我们从总体上把握了空调自动控制系统的设计思路，初步了解到该研究项目主要的研究工作内容和其采用的优点。倘若要具体进行各个细节
自动化控制系统设计方案 一、现地控制软件 现地采集控制软件采用业界领先的平台和面向对象机制的编程语言在数据库作业系统基础上进行高可靠性、实时性的现地控制应用软件 二、主控级 1、数据的采集及处理 接收现地控制单元的上送数据并进行处理及存入数据库，供分析计算、控制调节、画面显示、记录检索、操作指导、打印等使用。数据采集除周期性进行外，在所有时间内，可由操作员或应用程序发命令采集现地控制单元的过程信息。 2、运行监视、控制和调节 运行操作人员能通过上位机，对各闸门开度和启闭机的运行工况进行控制和监视。除了显示各孔闸门的位置图形和开度数据外，还设置“启动”、“停止”两个模拟操作按钮和“上升”、“下降”、“远程/现地”、“通讯状态”等模拟指示。主要内容如下： a、根据要求的过闸流量，计算出闸门当前应开启的高度（在 上下限范围内）电脑提示是否确认，若确认即可启动闸门； b、闸门启闭控制，根据给定值启闭闸门，到位停止； c图形、表格、参数限值、状态量等画面的选择和调用； d在主控级进行操作时，在屏幕上应显示整个操作过程中的每一步骤和执行情况； 三、打印记录 显示、记录、打印功能 所有监控对象的操作、实时参数都予记录，对故障信号进行事件顺序记录、显示，实行在打印机上打印出来。主要内容如下：（1）闸门动作过程动态显示； （2）给定开度值显示，闸门位置显示；
（3）闸门升降模拟显示图； （4）上、下游水位数据显示 （5）根据上下游水位和闸门开度，自动计算出当前流量，并进行累计 （6）运行显示、打印； 四、通信功能 主控级与现地控制单元采用RS485总线通信，当通讯不正常时，报警显示。 五、现地控制单元 1、实时自动采集闸门开度在现地显示并通过处理后传送至主控层； 2、根据主控层指令，或根据人工输入的合法控闸指令，在满足下列条件的情况下，自动控制闸门的升、降，并运行到指定位置； 3、当转换开关在现地状态时，可对闸门开度进行预置，并通过电控柜的升、降、停按钮实现闸门的启闭； 4、在现地控制单元，通过权限开关，可实现远程/现地切换； 5、保留原人工手动控闸功能，人工与自动并存，以便紧急状态及维护系统时使用。 六、系统组成 （1）系统主要由信息采集与控制、集中监控和信号传输三大部分组成。启闭机室设若干台现地控制柜(PLC),其中信息采集与控制由闸门开度传感器与开度仪、水位传感器等部件组成。集中监控由计算机、键盘鼠标、打印机、UPS电源及其他设备组成(不在供货范围)。而信号传输部分则是采用双绞屏蔽电缆来完成
PLC控制系统设计 PLC控制系统设计的一般步骤可以分为以下几步：熟悉控制对象并计算输入/输出设备、PLC选型及确定硬件配置、设计电气原理图、设计控制台（柜）、编制控制程序、程 序调试和编制技术文件。 一、明确控制要求，了解被控对象的生产工艺过程 熟悉控制对象设计工艺布置图这一步是系统设计的基础。首先应详细了解被控对象 的工艺过程和它对控制系统的要求，各种机械、液压、气动、仪表、电气系统之间的关系，系统工作方式（如自动、半自动、手动等），PLC与系统中其他智能装置之间的关系，人 机界面的种类，通信联网的方式，报警的种类与范围，电源停电及紧急情况的处理等等。 此阶段，还要选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号指示灯等执行元件），以及由输出设备驱动的控制对象（电动 机、电磁阀等）。 同时，还应确定哪些信号需要输入给PLC，哪些负载由PLC驱动，并分类统计出各输 入量和输出量的性质及数量，是数字量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级，为PLC的选型和硬件配置提供依据。 最后，将控制对象和控制功能进行分类，可按信号用途或按控制区域进行划分，确定检测设备和控制设备的物理位置，分析每一个检测信号和控制信号的形式、功能、规模、 互相之间的关系。信号点确定后，设计出工艺布置图或信号图。 二、PLC控制系统的硬件设计 随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多。近年来，从国外引进的PLC 产品、国内厂家或自行开发的产品已有几十个系列，上百种型号。PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有不同，使用场合也各有侧重。因 此，合理选择PLC对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。 1、PLC机型的选择 PLC机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的
设计一个PLC控制系统以下七个步骤 1.系统设计与设备选型 a.分析你所控制的设备或系统。PLC最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。 b.判断一下你所要控制的设备或系统的输入输出点数是否符合可编程控制器的点数要求。（选型要求） c.判断一下你所要控制的设备或系统的复杂程度，分析内存容量是否够。 2.I/O赋值（分配输入输出） a.将你所要控制的设备或系统的输入信号进行赋值，与PLC的输入编号相对应。（列表） b.将你所要控制的设备或系统的输出信号进行赋值，与PLC的输出编号相对应。（列表） 3.设计控制原理图 a.设计出较完整的控制草图。 b.编写你的控制程序。 c.在达到你的控制目的的前提下尽量简化程序。 4.程序写入PLC 将你的程序写入可编程控制器。 5.编辑调试修改你的程序 a.程序查错(逻辑及语法检查) b.在局部插入END，分段调试程序。 c.整体运行调试 6.监视运行情况 在监视方式下，监视一下你的控制程序的每个动作是否正确。如不正确返回步骤5，如果正确则作第七步。 7.运行程序（千万别忘记备份你的程序）首先，DCS和PLC之间有什么不同？ 1、从发展的方面来说： DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来。因此，DCS从先天性来说较为侧重仪表的控制，比如我们使用的YOKOGAWA CS3000DCS系统甚至没有PID数量的限制（PID,比例微分积分算法，是调节阀、变频器闭环控制的标准算法，通常PID的数量决定了可以使用的调节阀数量）。 PLC从传统的继电器回路发展而来，最初的PLC甚至没有模拟量的处理能力，因此，PLC从开始就强调的是逻辑运算能力。 2、从系统的可扩展性和兼容性的方面来说： 市场上控制类产品繁多，无论DCS还是PLC，均有很多厂商在生产和销售。对于PLC系统来说，一般没有或很少有扩展的需求，因为PLC系统一般针对于设备来使用。一般来讲，PLC也很少有兼容性的要求，比如两个或以上的系统要求资源共享，对PLC来讲也是很困难的事。而且PLC一般都采用专用的网络结构，比如西门子的MPI总线性网络，甚至增加一台操作员站都不容易或成本很高。 DCS在发展的过程中也是各厂家自成体系，但大部分的DCS系统，比如横河YOKOGAWA 、霍尼维尔、ABB等等，虽说系统内部（过程级）的通讯协议不尽相同，但操作级的网络平台不约而同的选择了以太网络，采用标准或变形的TCP/IP协议。这样就提供了很方便的可扩展能力。在这种网络中，控制器、计算机均作为一个节点存在，只要网络到达的地方，就可以随意增减节点数量和布置节点位置。另外，基于wind ows系统的OPC、DDE等开放协议，各系统也可很方便的通讯，以实现资源共享。 3、从数据库来说： DCS一般都提供统一的数据库。换句话说，在DCS系统中一旦一个数据存在于数据库中，就可在任何情况下引用，比如在组态软件中，在监控软件中，在趋势图中，在报表中……而PLC系统的数据库通常都不是统一的，组态软件和监控软件甚至归档软件都有自己的数据库。为什么常说西门子的S7400要到了414以上才
东北大学 研究生考试试卷 评 分 考试科目：控制系统设计 课程编号：y2014607202 阅卷人：王明顺 考试日期：2015.05.21 姓名：马文彬 学号：1470739 注意事项 1．考前研究生将上述项目填写清楚 2．字迹要清楚，保持卷面清洁 3．交卷时请将本试卷和题签一起上交 东北大学研究生院
目录 摘要......................................................................................................................................................I 第1章绪论 (1) 1.1SMPT-1000系统介绍 (1) 1.1.1立体流程设备盘台 (2) 1.1.2钢制盘台 (2) 1.2上位机软件 (3) 1.2.1上位机软件SMPTLAB (3) 1.2.2实时仿真引擎软件SMPTRuntime (4) 第2章加热炉工艺流程与燃烧因素分析 (4) 2.1加热炉工艺流程 (5) 2.2燃烧控制要求 (6) 第3章炉膛燃烧控制器系统设计 (7) 3.1设计原理 (7) 3.1.1比值控制系统 (7) 3.1.2开环定比值控制系统 (8) 3.1.3单闭环定比值控制系统 (9) 3.1.4双闭环比值控制系统 (10) 3.2随动控制系统的控制器参数整定 (11) 第4章控制系统的控制器参数整定 (12) 4.1控制系统的控制器参数整定设计实验设计 (12) 4.1.1准备工作 (12) 4.1.2实验步骤 (12) 4.2控制系统的控制器参数整定实验操作 (12) 4.2.1比值控制器K值的确定 (12) 4.2.2主物料控制器PID参数的整定 (14) 4.2.1副物料控制器PID参数的整定 (15) 结论 (17) 参考文献 (18)
基于PLC控制系统设计的研究 摘要：PLC控制系统因其具有可靠性高、编程简单、易于修改、低能耗、适应性较强等优点，被广泛应用在现代化工业生产过程的控制当中。PLC控制系统与当下信息通信网络组合，对现代化工业生产过程实现了有效的控制，从而进一步提升了劳动生产率，促进了企业经济效益的提高。故此，加强对PLC控制系统设计的研究，对企业的良好、长远的发展具有重要的作用。 关键词：PLC控制；系统设计；研究 1 PLC控制系统概述 可编程逻辑控制器简称为PLC，它是集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体的综合性技术，主要应用在工业领域。在工业生产过程中应用PLC控制系统，可以通过可编制程序的存储器对内部的存储进行逻辑运算、计数与算术操作、顺序控制、定时等面向用户的指令，之后经过数字式或模拟式输入、输出控制各种工业的机械生产。另外，PLC控制系统和外围的配套设备是一个完整的体系，设计系统时要本着简单操作、易于控制、便于扩展的原则进行，从而保障该控制系统的使用可以实现工业生产的精准化和高效化。目前随着科学技术的日益成熟，PLC控制系统在冶金、机械、纺织、化工、食品等多个工业生产领域中得到了广泛的应用，因此应对PLC控制系统进行更为深入的研究。现代化的PLC控制系统应配合工业以太网、网络通信以及大数据等计算机高端技术，向着全自动、高效率、高精度的智能化生产过程控制方向发展。 2 PLC自动化控制系统的设计 PLC程序设计的主要目的是实现对生产过程中的所有活动的控制，主要内容为采集数据、控制顺序、处理数据等。PLC的内部结构包括CPU模块、内部存储器、电源模块与输入、输出单元等。具体步骤见图1。 2.1 PLC控制系统的硬件设计硬件设计是保障PLC自动化控制系统安全、可靠运行的关键部分，也是PLC控制系统设计的重要部分。下面具体对其进行分析。 2.1.3 系统的抗干扰设计目前PLC控制系统设计的重要内容随着科学技术的发展以及工业自动化程度的加深，变成了如何有效降低外界因素对其的干扰。我们通常采取以下三种方法进行系统的防干扰设计：一是，隔离。系统最直接解决干扰的方式就是隔离。由于原副边绕组之间的分布电容耦合造成PLC控制系统的高频率干扰，我们可采用1：1的超隔离变压器隔离高频干扰，来实现系统的抗干扰目的；二是布线，分散干扰的重要方式是布线方法，例如把弱电信号线以及原来的强电动力线路进行分开走线，从而达到良好的抗干扰目的；三是屏蔽，阻断干扰源传播的抗干扰方式是屏蔽，因为金属柜能够对静电和磁场起到很好的屏蔽作用，所以可以将PLC控制系统直接置于金属柜之中，提高系统的直接抗干扰性能。 2.2 PLC控制系统的软件设计 PLC控制系统设计中的另一个重要环节是软件设计，软件设计的具体化表现就是程序的编制，这也是PLC控制系统应用的关键部分，同时软件设计是以根据企业的生产过程控制的相关要求，将工艺流程图转换为梯形图为主要任务。PLC控制
PLC控制系统设计的一般流程与要求 PLC控制系统设计的一般步骤与传统的继电器——接触器控制系统的设计相比较，组件的选择代替了原来的器件选择，程序设计代替了原来的逻辑电路设计。 （1）根据工艺流程分析控制要求，明确控制任务，拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。工艺流程的特点和要求是开发PLC控制系统的主要依据，所以必须详细分析、认真研究，从而明确控制任务和范围。如需要完成的动作（动作时顺、动作条件，相关的保护和联锁等）和应具备的操作方式（手动、自动、连续、单周期，单步等）。 （2）确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），估算PLC的I/O点数；分析控制对象与PLC之间的信号关系，信号性质，根据控制要求的复杂程度，控制精度估算PLC的用户存储器容量。 （3）选择PLC。PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的各项技术、经济指标起着重要的作用，PLC的选择包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。选择PLC的依据是输入输出形式与点数，控制方式与速度、控制精度与分辨率，用户程序容量。 （4）分配、定义PLC的I/O点，绘制I/O连接图。根据选用的PLC所给定的元件地址范围（如输入、输出、辅助继电器、定时器、计数器。数据区等），对控制系统使用的每一个输入、输出信号及内部元件定义专用的信号名和地址，在程序设计中使用哪些内部元件，执行什么功能格都要做到清晰，无误。 （5）PLC控制程序设计。包括设计梯形图、编写语句表、绘制控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常，安全。可靠的关键，因此，控制程序的设计必须经过反复测试。修改，直到满足要求为止。 （6）控制柜（台）设计和现场施工。在进行控制程序设计的同时，可进行硬件配备工作，主要包括强电设备的安装、控制柜（台）的设计与制作、可编程序控制器的安装、输入输出的连接等。在设计继电器控制系统时，必须在
基于PLC的自动化生产线控制系统软件设计 摘要：自动化生产线由送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5 个单元组成。每个单元都有控制本单元工作过程的PLC。控制系统要求，每个都 要上电时先复位，然后才能工作；按了停止按钮后，每个单元都要把本单元的流 程进行完，然后停止；按下急停按钮，立即停止工作，急停按钮回复，寻找断点 继续工作。研究以上控制要求的编程思路，并且以自动线供料单元为例，研究复位、停止、急停等控制要求编程的方法。 关键词：PLC；自动线；控制；软件设计 1.自动化生产线概述 自动化生产线是在流水线的基础上逐渐发展起来的，它不仅要求线体上各种 机械加工装置能自动地完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格的制品；而且要求在装卸工件、定位夹紧、工件在工序间的输送、工件的分拣甚至包装等 都能自动地进行。按照规定的程序自动地进行工作，这种自动工作的机械电气一 体化系统就是自动生产线（简称自动线）。自动线一般由送料、加工、装配、输 送和分拣五个单元组成。工作目标是将供料单元料仓内的工件送往加工单元的物 料台，完成加工操作后，把加工好的工件送往装配单元的物料台，然后把装配单 元料仓内不同颜色的小圆柱工件嵌入物料台上的工件中，完成装配后的成品送往 分拣单元分拣输出，分拣站根据工件的材质、颜色进行分拣。 文中研究的自动线由送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元 5个单元组成。工作目标是将供料单元料仓内的工件送往加工单元的物料台，完 成加工操作后，把加工好的工件送往装配单元的物料台，然后把装配单元料仓内 不同颜色的小园柱工件嵌入到物料台上的工件中完成装配后的成品送往分拣单元 分拣输出，分拣站根据工件的材质、颜色进行分拣。自动化生产线主要完成的是 顺序动作，其控制器多选用可编程控制器。可编程控制器根据检测传感部分送来 的信号，按照预先设计好的控制程序，控制执行机构完成相应的动作。文中主要 研究自动线控制软件设计。 自动化生产线由以下系统组成： （1）自动加工系统，这个系统是指生产线的基础系统，是整个生产线的框架。 （2）物流系统，这个系统是指生产线上的传送装置，例如轨道、输送带、 转盘等，主要是负责产品的运输。 （3）信息系统，这个系统是对生产线传输进行负责，例如生产线的信息、 控制等，同时还对计算机与其它控制系统进行信息传输，相当于人体的血液。 （4）软件系统，这个是生产线最重要的部分，他就像人体的大脑，它包括 控制软件、生产系统软件、运输软件、监控软件等。 自动化生产线是一个复杂的综合体，是解决机械硬件实现柔性化的关键技术，而它的优点有设备领用率高，可以将生产线上的设备柔性的连接；生产能力稳定；产品质量高，由于产品生产不间断，这样会使产品的质量得到保证；运行灵活， 生产、检验、维护方便。未来自动化生产线应该向着高速、精度高、效率高、智 能化的方向发展，实现用户界面的图像化，将机器与人直接对话，现在的生产线 只能行程简单的图形，实现的是图形的仿真与动态模拟，所以可视化是未来发展
PLC控制系统设计的一般步骤与传统的继电器——接触器控制系统的设计相比较，组件的选择代替了原来的器件选择，程序设计代替了原来的逻辑电路设计。 （1）根据工艺流程分析控制要求，明确控制任务，拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。工艺流程的特点和要求是开发PLC控制系统的主要依据，所以必须详细分析、认真研究，从而明确控制任务和范围。如需要完成的动作（动作时顺、动作条件，相关的保护和联锁等）和应具备的操作方式（手动、自动、连续、单周期，单步等）。（2）确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），估算PLC的I/O点数；分析控制对象与PLC之间的信号关系，信号性质，根据控制要求的复杂程度，控制精度估算PLC的用户存储器容量。 （3）选择PLC。PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的各项技术、经济指标起着重要的作用，PLC的选择包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。选择PLC的依据是输入输出形式与点数，控制方式与速度、控制精度与分辨率，用户程序容量。 （4）分配、定义PLC的I/O点，绘制I/O连接图。根据选用的PLC所给定的元件地址范围（如输入、输出、辅助继电器、定时器、计数器。数据区等），对控制系统使用的每一个输入、输出信号及内部元件定义专用的信号名和地址，在程序设计中使用哪些内部元件，执行什么功能格都要做到清晰，无误。 （5）PLC控制程序设计。包括设计梯形图、编写语句表、绘制控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常，安全。可靠的关键，因此，控制程序的设计必须经过反复测试。修改，直到满足要求为止。 （6）控制柜（台）设计和现场施工。在进行控制程序设计的同时，可进行硬件配备工作，主要包括强电设备的安装、控制柜（台）的设计与制作、可编程序控制器的安装、输入输出的连接等。在设计继电器控制系统时，必须在控制线路设计完成后，才能进行控制柜（台）设计和现场施工。可见，采用PLC控制系统，可以使软件设计与硬件配备工作平行进行，缩短工程周期。如果需要的话，尚需设计操作台、电气柜、模拟显示盘和非标准电器元部件。 （7）试运行、验收、交付使用，并编制控制系统的技术文件。编制控制系统的技术文件包括说明书、设计说明书和使用说明书、电器图及电器元件明细表等。传统的电器图，一般包括电器原理图、电器布置图及电器安装图。在PLC控制系统中，这一部分图可以统称为“硬件图”。它在传统电器图的基础上增加了PLC 部分，因此在电器原理图中应增加PLC的I/O连接图。此外，在PLC控制系统的电器图中还应包括程序图（梯形图），可以称它为“软件图”。向用户提供“软件图”，可便于用户发生发展或工艺进时修改程序，并有利于用户在维修时分析和排除故障。根据具体任务，上述内容可适当调整。
控制系统软件设计 在本论文中，我们采用pro-motion软件作为多轴工业CT运动控制系统的控制软件，相对于运动控制卡的方式，很展现出很大的提升，比如在系统的同步控制、多轴运动控制和程序的执行性方面。 1.1 软件简介 1.1.1 连接控制器 在安装结束软件后，运行软件，会弹出“接口”的对话框，我们需要对其进行设置，如下图： 图1.1 pro-motion设置界面 1.1.2 配置的设置 在配置电机轴之前，我们首要选择配置的轴。可以在窗口中直接选择要配置的轴，被选中的轴将以蓝色背景标识，如下图：
3 图1.2 选中配置轴 图1.3 pro-motion输入波形选择 如上图，根据向导可一步步设置，比如交流和直流、有刷与无刷等，最终成为我们所需求的电机。 1.2 pro-motion软件工作环境 整个运动控制系统可以简单的使用软件来操作，在pro-motion软件中，我们可以看到控制系统的组成，如下图：
图1.4 控制系统原理图 我们可以看出，整个系统是一个反馈回路，系统会对反馈结果进行计算与修正，这使得我们能更加精确地、快速的控制工业CT平台，达到更好的要求。 1.2.1 编程语言 因为C语言具有简洁方便等特点，我们使用C语言程序对该系统进行编写，使得其控制整个运动平台，其中包括平台初始化部分、接口部分、执行程序部分等。 对于工业CT控制系统的软件设计必须要实现运动控制的功能，此外，还有大量的变量处理和参数计算，因此需要所编写程序的全面，来实现命令的发送和接收，以及状态的反馈、扫描参数的计算等功能。以下是为该系统所编写的一套C语言程序： //******************************************************** // PMDRPperiph.cpp // PMD Prodigy/CME Resource Protocol wrapper class implementation //******************************************************** //#include "stdafx.h" #include
plc 控制系统设计的一般步骤 丰炜PLC说明资料1-PLC系统设计及选型方法 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，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，若采用可编程控制器(PLC) 可以轻松的解决，PLC 已成为解决自动控制问题最有效的工具之一，越来越广泛的应用于工业控制领域中，本文简要叙述了PLC控制系统设计的步骤及PLC的基本选型方法，供大家参考。 一、可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤 ( 1 )深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求 这是整个系统设计的基础，以后的选型、编程、调试都是以此为目标的。 a ．被控对象就是所要控制的机械、电气设备、生产线或生产过程。 b ．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和连锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这样可化繁为简，有利于编程和调试。 2）确定I/O 设备
根据被控对象的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入 设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器、编码器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀、变频器、伺服、步进等。 （3 ）选择合适的PLC 类型 根据已确定的用户I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的PLC 类型，包括机型的选择、I/O 模块的选择、特殊模块、电源模块的选择等。 （4 ）分配I/O 点 分配PLC 的输入输出点，编制出输入/ 输出分配表或者画出输入/ 输出端子的接线图。接着就可以进行PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。 （5 ）编写梯形图程序 根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
X X X系统概要设计说明书 Version0.1 文挡编号 文挡名称概要设计文档撰写人 审核/批准 创建时间
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目录 1引言 (4) 1.1编写目的 (4) 1.2背景 (4) 1.3定义 (4) 1.4参考资料 (4) 2任务概述 (4) 2.1目标 (4) 2.2运行环境 (4) 2.3需求概述 (5) 3总体设计 (5) 3.1基本设计概念和处理流程 (5) 3.3功能分配 (7) 4接口设计 (8) 4.1用户接口 (8) 4.2外部接口 (8) 4.2.1调试接口： (8) 4.3内部接口 (9) 5运行设计 (10) 5.1运行模块组合 (10) 5.2运行控制 (12) 5.3运行时间 (12) 6系统数据结构设计 (12) 7系统出错处理设计 (12) 7.1出错信息 (12) 7.2补救措施 (12)
1引言 1.1编写目的 为明确上位运动控制系统的系统结构、安排项目规划与进度、制定详细测试计划、组织软件开发与测试，特撰写本文档。 本文档供项目经理、设计人员、开发人员参考。 1.2背景 1.3定义 1.4参考资料 2任务概述 2.1目标 2.2运行环境 硬件及软件环境： 一台工控机：XXXCPU，XXX硬盘，XXX内存，Windows XP，LabVIEW测试环境； 系统运行环境示意图1： 三 轴 控 制 器 1~4 驱 动 器 1~4 图1 子系统环境
2.3需求概述 上位机运动控制子系统主要需求列表如下： ?机械臂控制功能： （1）控制机械臂的XY平面内完成单X轴运动的定位操作； （2）控制机械臂的XY平面内完成单Y轴运动的定位操作； （3）控制机械臂的XY平面内完成双轴协同运动的定位操作。 ?滑台控制功能：控制滑台的左右移动。 ?末端执行器控制功能： （1）控制机械臂末端执行轴完成对手机操作面的带力反馈的操作； （2）控制机械臂末端执行轴完成对手机侧操作面的带位置反馈的操作。 3总体设计 3.1基本设计概念和处理流程 针对由集成层下发的命令，子系统的处理流程如图2所示： 图2 处理流程 3.2结构 用一览表及框图的形式说明本系统的系统元素（各层模块、子程序、公用程序等）的划分，扼要说明每个系统元素的标识符和功能，分层次地给出各元素之间的控制与被控制关系. 控制子系统的体系架构如图3所示：
PLC控制系统的设计 知识目标 1. 掌握控制系统设计的基本原则及步骤。 2．熟悉PLC与输入输出设备的连接。 技能目标： 1.掌握常用控制系统的PLC设计。 2.掌握PLC控制系统常用外部设备的连接和调试。 任务一 PLC控制系统设计的基本原则及步骤任务目标： 1、掌握PLC控制系统设计的基本原则 2、掌握PLC控制系统设计的步骤 任务教学方式： 教学步骤时间安排教学手段及方式 阅读教材课余学生自学、查资料、相互讨论 知识点讲授课时2 1.总结PLC控制系统设计的基本原则 2.讲解PLC控制系统设计的步骤。 任务操作课时2 现场观察PLC的硬件系统，PLC软件操作方法。 评估检测与课堂同时进行教师与学生共同完成任务的检测与评估，并能对出现的问题进行分析与处理 读一读： 1、 PLC控制系统设计的基本原则 在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： 1）最大限度地满足控制要求 充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计中最重要的条原则。设计人员要深入现场进行调查研究，收集资料。同时要注意和现场工程管理和技术人员及操作人员紧密配合，共同解决重点问题和疑难问题。 2）保证系统的安全可靠 保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。 3）力求简单、经济、使用与维修方便 在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。不宜盲目追求自动化和高指标。 4）适应发展的需要 适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。 2、PLC控制系统设计的步骤 1）分析被控对象并提出控制要求 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC 控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。 2）确定输入／输出设备 根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器