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编辑导语
工控技术人员需要的干货来了!!!本篇文章能让读者了解PLC控制系统设计的原则和一般流程；理解控制系统可靠性设计方法和调试方法；掌握硬件系统选型的方法。由于内容较多,我们分为三个片断。
此为片段二，重点讲述控制系统硬件设计和软件设计。
1.4 PLC控制系统硬件设计
1传感器与执行器的确定
1. 传感器的确定
传感器相当于整个系统的“眼睛”，它的确定对系统有着至关重要的影响。一般来说，选择一个传感器时，应注意下面几个问题：①测量范围；②测量精度；③可靠性；④接口类型。
2. 执行器的确定
执行器相当于整个系统的“手臂”，其重要性不言而喻。与选择传感器相对应，在选择执行器时，应考虑到下面几个问题：①输出范围；②输出精度；③可靠性；④接口类型。
2PLC控制系统模块的选择
在硬件设计中，对输入、输出点进行估算是一个重要的工作，控制系统总的输入、输出点数可以根据实际设备的I/O点汇总，然后另加10%至20%的备用量估算。
1. 数字量I/O点数的确定
一般来说，一个按钮要占一个输入点；一个光电开关要占一个输入点；而对于选择开关来说，一般有几个位置就要占几个输入点；对各种位置开关一般占一个或两个输入点；一个信号灯占一个输出点。一般可用下式进行估算：
2. 模拟量I/O点数的确定
模拟量I/O点数的确定，一般应根据实际需要来确定，并预留出适当的备用点即可。
3. 存储器容量的估算
这里所说的存储器容量与用户程序所需的内存容量不同，前者指的是硬件存储器容量，而后者指的是存储器中为用户开放的部分。用户程序所需的内存容量只能做粗略的估算，它与PLC的输入/输出点数成正比，此外，还受通信数据量、编程人员水平等因素的影响。一般内存容量估算经验公式如下：
4. 控制模块的选择
确定了PLC的输入/输出点数及存储器的容量后，下一步进行的是PLC模块的选择，主要包括CPU模块，数字量和模拟量输入/输出模块等；
（1）对于CPU模块选择，一般要考虑到以下几个问题：
1）通信端口类型
2）运算速度
3）特殊功能（如高速计数等）
4）存储器（卡）容量
5）对采样周期、响应速度的要求
（2）在选择扩展模块时，一般应注意以下方面：
1）模块的电压等级。可根据现场设备与模块间的距离来确定。当外部线路较长时，可选用交流220V电源；当外部线路较短，且控制设备相对较集中时，可选用DC24V电源。
2） 数字量输出模块的输出类型。数字量输出有继电器、晶闸管、晶体管三种形式。在通断不频繁的场合应该选用继电器输出；在通断频繁的场合，应该选用晶闸管或晶体管输出，注意晶闸管只能用于交流负载，晶体管只能用于直流负载。
3） 模拟量信号类型。模拟量信号传输应尽量采用电流型信号传输。因为电压量信号极易引入干扰，一般电压信号仅用于控制设备柜内电位器的设置，或者距离较近、电磁环境好的场合。
3 控制柜设计
在大多数系统中，都需要设计控制柜，它可以将工业现场的恶劣环境与控制器隔离，使系统可靠的运行。一般来说，设计控制柜时应考虑到下面几个问题：
（1）尺寸大小。要根据现场的安装位置和空间，设计合适的尺寸大小。切忌在设计完工之后才发现在现场不能安装。而在外观方面没什么太严格的要求，只要看得简洁明了就好。
（2）电路图。在设计控制柜的电路图时，一方面要考虑到工业现场的环境，另一方面要考虑到系统的安全性。
（3）电源。在充分计算好系统所需的功率后，选择合适的电源。并根据系统需要，选择是否需要电源的备份。
（4）紧急停止。紧急停止与正常的停止运行有很大的不同，紧急停止主要从硬件的方式上确保了系统在出问题时的可靠和安全。
（5）其他。对于接线方式、接地保护、接线排的余量等问题，在设计时都要予以详细的考虑。
4 I/O模块原理图设计
I/O模块原理图是传感器、执行器与I/O模块连接原理图。在设计时，应多查阅相关的I/O模块以及传感器和执行器的手册资料，对其连接的方式应予以充分的了解。这样在设计时才不会出现问题。同时还应考虑到裕量问题，即留出一部分I/O端口作备用，以便以后维修或者扩展之用。
1.5 PLC控制系统软件设计
1控制软件设计
控制软件是整个控制系统的“思想”。经过工程师们漫长的摸索，总结出许多有用的开发方法。下面就其设计原则和流程进行探讨。
1. 设计原则
控制软件的设计应该遵循以下几个原则：
（1）正确性。首先要保证能够完成用户所要求的各项功能，确保程序不会出现人为的错误。
（2）可靠性。在满足正确性的同时，也不可忽视。在设计时要设置事故报警、联锁保护等。还要对不同的工作设备和不同的工作状态做互锁设计，以防止用户的误操作；在有信号干扰的系统中，程序设计还应考虑滤波和校正功能，以消除干扰的影响。
（3）可调整性。程序设计应采用模块化设计方式。要借鉴软件工程中的“高内聚，低耦合”的思想。这样，即便是程序出现了问题，或用户想另增加功能时，能够很容易的对其进行调整。
（4）可读性强。在系统维护和技术改造时，一般都要在原始程序的基础上改造。所以要求在编写程序时，应力求语句简单、条件清楚、可读性强，以便系统的改进和移植。
2. 设计流程
控制软件设计流程可大体上遵照图1-3。
2监控软件设计
一个很好的监控系统能够使操作员更加轻松、方便和安全。监控软件的发展也非常迅速，不仅功能强大，而且开发周期明显缩短，节省了开发的成本。一般来说，监控软件在设计时，应该包括以下几个方面：
（1）工艺流程界面。针对系统的总体流程，给操作员一个直观的操作环境，同时对系统的各项运行数据也能实时的显示。
（2）操作控制界面。操作员可能对系统进行开车、停车、手动/自动等一系列的操作，通过此界面可以很容易的操作。
（3）趋势曲线界面。在过程控制中，许多过程变量的变化趋势对系统的运行起着重要的影响，因此趋势曲线在过程控制中尤为重要。
（4）历史数据归档。为了方便用户查找以往的系统运行数据，需要将系统运行状态进行归档保存。
（5）报警信息提示。当出现报警时，系统会以非常明显的方式来告诉操作员，同时对报警的信息也进行归档。
（6）相关参数设置。有些系统随着时间的运行，会一些参数会发生改变，操作员可根据自己的经验对相应的参数进行一些调整。
本书特色：
★西门子S7-300/400 PLC工程应用技术宝典
★南京理工大学姜建芳老师倾心力作
★本书集成了写作团队多年对PLC工程应用技术学习、应用、教学的心得及工程实践的经验和体会
★本书力求把对西门子S7-300/400 PLC产品技术的理解、PLC控制系统设计和应用技术的理解融合为一体展现给读者和学习者；
★本书想通过该书内容告诉读者学习应用好PLC工程应用技术，应该从PLC控制系统角度学习、理解、掌握好控制系统基础知识、PLC技术、控制系统设计和维护技术，三者是不可分割的一体，学习、理解和掌握好以上三方面内容是打下坚实的自动化技术基础和提高自动化技术水平所必需的
★本书力求体现“系统化”、“规范化”、“工程化”，因此书中给出大量知识点与工程应用技术相结合的教学实例、实验；应用点与控制系统类型相结合的控制系统工程实例；
★为了读者学习和使用方便，本书附录和随书光盘给出了丰富的作者整理分类好的应用软件、选型技术资料、产品技术规范、产品连接原理图、软件库资料和书中涉及到的程序。