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系統(tǒng)設計和調(diào)試的主要步驟
1．深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求
2．確定IO設備，常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。
3．選擇合適的PLC類型， 根據(jù)已確定的用戶IO設備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的PLC類型。
4．分配IO點，編制出輸入輸出端子的接線圖。
5．設計應用系統(tǒng)梯形圖程序，這一步是整個應用系統(tǒng)設計核心的工作。
6．將程序輸入PLC，當使用計算機上編程時，可將程序下載到PLC中。
7．進行軟件測試，在將PLC連接到現(xiàn)場設備上之前，必須進行軟件測試，以排除程序中的錯誤。
8．應用系統(tǒng)整體調(diào)試，在PLC軟硬件設計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。
9．編制技術文件， 系統(tǒng)技術文件包括功能說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、PLC梯形圖等。
PLC選型
在滿足控制要求的前提下，選型時應選擇的性能價格比，具體應考慮以下幾點。
1．性能與任務相適應
2．PLC的處理速度應滿足實時控制的要求
3．PLC應用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機型系列應統(tǒng)一
4．在線編程和離線編程的選擇
PLC容量估算
PLC容量包括兩個方面：一是IO的點數(shù)，二是用戶存儲器的 容量。
1．IO點數(shù)的估算
根據(jù)功能說明書，可統(tǒng)計出PLC系統(tǒng)的開關量IO點數(shù)及模擬量IO通道數(shù)，以及開關量和模擬量的信號類型。應在統(tǒng)計后得出IO總點數(shù)的基礎上，增加10％～15％的裕量。選定的PLC機型的IO能力極限值必須大于IO點數(shù)估算值，并應盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應留有30％左右的裕量。
2. 存儲器容量估算
用戶應用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關，如IO點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設計之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗，每個IO點及有關功能器件占用的內(nèi)存大致如下：
所需存儲器容量(KB)＝(1～1.25)×(DI×10＋DO×8＋AIO×100＋CP×300)1024
其中：DI為數(shù)字量輸入總點數(shù)；DO為數(shù)字量輸出總點數(shù)；AIAO為模擬量IO通道總數(shù)；CP為通信接口總數(shù)。
IO模塊的選擇
1．開關量輸入模塊的選擇
PLC的輸入模塊用來檢測來自現(xiàn)場(如按鈕、行程開關、溫控開關、壓力開關等)電平信號，并將其轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號。開關量輸入模塊按輸入點數(shù)分，常用的有8點、12點、16點、32點等；按工作電壓分，常用的有直流5 V、12 V、24 V，交流110 V、220 V等選擇輸入模塊主要應考慮以下兩點：
(1) 根據(jù)現(xiàn)場輸入信號(如按鈕、行程開關)與PLC輸入模塊距離的遠近來選擇電壓的高低。一般，24 V以下屬低電平，其傳輸距離不宜太遠。如12 V電壓模塊一般不超過10 m，距離較遠的設備選用較高電壓模塊比較可靠。
(2) 高密度的輸入模塊，如32點輸入模塊，允許同時接通的點數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般，同時接通的點數(shù)不得超過總輸入點數(shù)的60％。
；按外部接線方式又可分為匯點輸入、分隔輸入等。
2．開關量輸出模塊的選擇
輸出模塊的任務是將PLC內(nèi)部低電平的控制信號轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號，驅(qū)動外部負載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向可控硅輸出和晶體管輸出。
1) 輸出方式的選擇
繼電器輸出價格便宜，使用電壓范圍廣，導通壓降小，承受瞬間過電壓和過電流的能力較強，且有隔離作用。但繼電器有觸點，壽命較短，且響應速度較慢，適用于動作不頻繁的交直流負載。當驅(qū)動電感性負載時，大開閉頻率不得超過1 Hz。
晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無觸點開關輸出，適用于通斷頻繁的感性負載。感性負載在斷開瞬間會產(chǎn)生較高的反壓，必須采取抑制措施
2) 輸出電流的選擇
模塊的輸出電流必須大于負載電流的額定值，如果負載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動，則應增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負載、熱敏電阻負載，考慮到接通時有沖擊電流，故要留有足夠的裕量。
3) 允許同時接通的輸出點數(shù)
在選用輸出模塊時，還要看整個輸出模塊的滿負荷能力，如OMRON公司的CQM1-OC222是16點輸出模塊，每個點允許通過電流2 A(AC250 VDC24 V)。但整個模塊允許通過的大電流僅8 A。
分配輸入輸出點
一般輸入點與輸入信號、輸出點與輸出控制是一一對應的；在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關系接好線(如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián))，然后再接到輸入點。
1. 明確IO通道范圍
不同型號的PLC，其輸入輸出通道的范圍是不一樣的，應根據(jù)所選PLC型號，弄清相應的IO點地址的分配。
2. 內(nèi)部輔助繼電器
內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器、計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。根據(jù)程序設計的需要，應合理安排PLC的內(nèi)部輔助繼電器，在設計說明書中應詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。
3．分配定時器計數(shù)器
對用到定時器和計數(shù)器的控制系統(tǒng)，注意定時器和計數(shù)器的編號不能相同。若掃描時間較長，則要使用高速定時器以保證計時準確
安全回路設計
安全回路起保護人身安全和設備安全的作用，它應能獨立于PLC工作，并采用非半導體的機電元件以硬接線方式構(gòu)成。
確保系統(tǒng)安全的硬接線邏輯回路，在以下幾種情況下將發(fā)揮安全保護作用：① PLC或機電元件檢測到設備發(fā)生緊急異常狀態(tài)時；② PLC失控時；③ 操作人員需要緊急干預時。
設計安全回路的任務包括以下內(nèi)容：
(1) 確定控制回路之間邏輯和操作上的互鎖關系；
(2) 設計硬回路以提供對過程中重要設備的手動安全性干預手段；
(3) 為PLC定義故障形式和重新啟動特性。
PLC應用系統(tǒng)的軟件設計
PLC應用軟件設計的內(nèi)容
PLC應用軟件的設計是一項十分復雜的工作，它要求設計人員既要有PLC、計算機程序設計的基礎，又要有自動控制的技術，還要有一定的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗。
一個實用的PLC軟件工程的設計通常要涉及以下幾個方面的內(nèi)容：
(1) PLC軟件功能的分析與設計；
(2) IO信號及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析與設計(3) 程序結(jié)構(gòu)分析與設計；
(4) 軟件設計規(guī)格說明書編制；
(5) 用編程語言、PLC指令進行程序設計；
(6) 軟件測試；
(7) 程序使用說明書編制。
PLC應用系統(tǒng)的軟件設計步驟
根據(jù)可編程序控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝要求，在軟件規(guī)格說明書的基礎上，編制實際應用程序并形成程序說明書的過程就是應用系統(tǒng)的軟件設計。
1. 制定設備運行方案
制定方案就是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，分析各輸入、輸出與各種操作之間的邏輯關系，確定需要檢測的量和控制的方法，并設計出系統(tǒng)中各設備的操作內(nèi)容和操作順序。據(jù)此便可畫出流程圖。
2. 畫控制流程圖
對于較復雜的應用系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。對于簡單的控制系統(tǒng)，可省去這一步。
3. 制定系統(tǒng)的抗干擾措施
根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境、干擾源的性質(zhì)等因素，綜合制定系統(tǒng)的硬件和軟件抗干擾措施，如硬件上的電源隔離、信號濾波，軟件上的平均值濾波等。
4. 編寫程序
根據(jù)被控對象的輸入輸出信號及所選定的PLC型號分配PLC的硬件資源，為梯形圖的各種繼電器或接點進行編號，再按照軟件規(guī)格說明書(技術要求、編制依據(jù)、測試)，用梯形圖進行編程。
5. 軟件測試
剛編寫好的程序難免有缺陷或錯誤。為了及時發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯誤和缺陷，需要對程序進行離線測試。經(jīng)調(diào)試、排錯、修改及模擬運行后，才能正式投入運行。
6. 編制程序使用說明書
當一項軟件工程完成后，為了便于用戶和現(xiàn)場調(diào)試人員的使用，應對所編制的程序進行說明，說明書應包括程序設計的依據(jù)、結(jié)構(gòu)、功能、流程圖，各項功能單元的分析，PLC的IO信號，軟件程序操作使用的步驟、注意事項等。
PLC應用系統(tǒng)設計實例
機械手控制系統(tǒng)設計
1. 工藝過程及控制要求
1) 工藝過程
圖6.1所示為一簡易物料搬運機械手的工藝流程圖。該機械手是一個水平垂直位移的機械設備，其操作是將工件從左工作臺搬運到右工作臺，由光耦合器VLC來檢測工作臺上有沒有工件。機械手通常位于原點，它的動作全部由氣缸驅(qū)動，而氣缸則由相應的電磁閥控制。其中，上升下降和左移右移分別由雙線圈二位電磁閥控制，放松夾緊由一個單線圈二位電磁閥(稱為夾緊電磁閥)控制。
2) 控制要求
機械手整個搬運過程要求都能自動控制。在啟動過程中能切換到手動控制及自動控制或半自動控制(又稱單周期控制)，以便對設備進行調(diào)整和檢修。圖6.2是機械手控制系統(tǒng)的邏輯流程圖。系統(tǒng)啟動之前，機械手處于原始位置，條件是機械手在高位﹑左位。
2. 可編程序控制器選型
1) 硬件配置
系統(tǒng)輸入信號有3個啟動按鈕，4個限位開關，5個手動輸入信號，1個有工件檢測信號，共計14個數(shù)字量輸入信號；輸出信號有機械手上升下降驅(qū)動信號﹑左移右移驅(qū)動信號和機械手夾緊驅(qū)動信號，共有5個數(shù)字量輸出信號。不需模擬量模塊，選擇S7-300系列的CPU313，加上數(shù)字量輸入模塊SM321及輸出模塊SM322就可以滿足要求，而且還有一定的裕量。
2) IO地址分配
將14個輸入信號、5個輸出信號與PLC的IO端一一對應，編排好地址，
