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PLC控制系統設計與控制任務分解

??一般情況下,在設計系統前,應該把控制任務和控制過程分解一下,使其成為獨立或相對獨立的部分,這樣既可以決定控制單元之間的界限,也可以提高項目設計人員的工作效率。在分解任務的同時，要把各部分操作的功能描述、邏輯關系、接口條件等詳細羅列出來,為后面的系統設計做好準備工作。

??系統設計

??系統設計包括硬件系統設計和軟件系統設計。硬件系統設計主要包括PLC及外圍線路的設計、電氣線路的設計、安全電路的設計和擾干擾措施的設計等。軟件系統設計主要指編制P1C控制程序和HMI的組態畫面。

??S7-200提供了兒種方法來保存用戶程序、程序數據和CPU的組態數據,以確保它們不會,丟失。

??(1)CPU月用EEPROM來水久保存用戶程序和用戶選擇的數據區,以及CPU的組態數據。

??(2)CPU提供一個超級電容器,在掉電時可在幾天內完整地保存RAM存儲器中的信息，保存的時間與CPU模塊的型號有關。

??(3)CPU模塊可安裝一個可選的電池卡，CPU掉電后,可延長RAM存儲器保持信息的時間,只是在超級電容器電能耗盡后電池卡才提供電源。

??項日(Project)包括用戶程序、數據塊(可選)和系統塊中的組態信息(可選)。下載的項目存儲在CPU模塊的RAM區內。為了水久保持這些信息，CPU同時會自動地把它們拷貝到EEPROM。

??從CPU模塊中上裝一個項目時，CPU的配置從RAM上傳到計算機,用戶程序和水久保持的V存儲區內的數據塊(DB1)從EEPROM上傳到計算機。

??2.CPU模塊掉電時自動保持位存儲器(M)區的數據

??如果設置為保持,M存儲區的前14個字節(MBOMB13)在CPU模塊掉電時,會自動地被**性地保存在EEPROM中。

??3.上電后恢復RAM中的存儲區

??上電后,CPU會自動地將EEPROM中的用戶程序和CPU組態信息傳送到RAM中。開機后CPU檢查RAM,確認超級電容器是否成功地保存了RAM中的數據。如果保存是成功的,RAM的保持區將保持不變。在EEPROM中的**V存儲區被復制到RAM巾的非保存區,其他所有RAM的非保存區域被骨為零。

??如果RAM存儲器中的數據沒有保持下來(如在意外掉電后),CPU會清除RAM存儲器(包括保持區和非保持區),并在通電后的第一次掃描置“保持數據丟失"標志(SM0.2)為1。開機后存于EEPROM**區城中的數據會復制到RAM中。

??4.設置存儲器的保持范圍

??當電源掉電時,*多可定義六個要保持的存儲區范圍，可設置保存的存儲區有VM、G和T。對于定時器,只能保存保持定時器TONR,而且只有定時器和計數器的當前值可保持，定時器位和計數器位不能保持,上電時定時器位與計數器位被清除。

??選定PLC及其擴展模塊(如需耍的話),分配好I/O地址后,硬件設計的主要內容就是電氣控制系統原理圖的設計,電氣控制元器件的選擇和控制柜的設計。電氣控制系統原理圖包括主電路和控制電路。控制電路中包括PLC的I/O接線和自動部分、手動部分的詳細連接等,有時還要在電氣原理圖中標上器件代號或另外配上安裝圖、端子接線圖等,以方便控制柜的安裝。電氣元器件的選擇主要是根據控制要求選擇按鈕、開關、傳感器、保護電器、接觸器、指示燈和電磁閥等。

??在硬件系統設計中,*主要的任務是繪制控制系統原理圖、安裝接線圖：如果需要，則不須會制元器件布置圖。這部分的內容請參考第2章2.1節的講解。選擇設備和器件、編制元器件清單也是硬件系統設計的重要組成部分。

??控制系統軟件設計的難易程度因控制任務而異，也因人而異，對經驗豐富的工程技術人員來說,在長時間的專業工作中,受到過各種各樣的磨練，積累了許多經驗,除了一般的編程方法外,更有自己的編程技巧和方法。但不管怎么說,平時多注意積累和總結是很重要的。

??HMI組態畫面設計取決于需要實現的功能。這些功能主要包括實時畫面和數據顯示,參數設置、報警處理等。除要具備一定的美術方面的特長以保證畫面美觀外，正確配置HMI和PLC之間交換數據所使用的變量就顯得非常重要。

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??在PLC程序設計時，除I/O地址列表外,有時還要把在程序中用到的中間繼電器(M),定時器(T)、計數器(C)和存儲單元(V)以及它們的作用或功能列寫出來，以便編寫程序和閱讀程序。在編程語言的選擇上用梯形圖編程還是用語句表編程或使用功能圖編程,這主要取決于以下幾點:

??(1)絕大幸數情況下,建議使用梯形圖來編寫PLC控制程序;

在控制系統的控制要求明確以后，應根據對象的要求，確定系統的總體控制方案。一般來說，以PLC作為主體的控制系統，根據不同的應用場合，可選擇如下四種基本的控制類型。

??①單機控制

??單機控制是指一個控制對象(設備、簡單生產線等)采用一臺PLC進行控制的情況，適用于控制對象單一、設備的各控制部分相對集中、控制對象與其他設備間無協同控制要求的場合。單機控制在PLC應用領域的用量*大，大多數采用中、小規格PLC 的控制系統均屬于此類。

??單機控制系統的硬件構成主要以PLC的I/O模塊、功能模塊以及其他輔助控制裝置(如伺服驅動器、變頻器、外部傳感器)為主;軟件設計時著重于PLC基本指令與應用指令的編程;通信一般在PLC與人機界面(如觸摸屏等)、PLC與其他輔助控制裝置(如伺服驅動器、變頻器等)之間進行，直接使用PLC的標準RS-232、RS-422、RS-485等接口，不需要進行通信的編程。

??②集中控制系統

??集中控制是指利用一臺PLC控制多個控制對象(如數臺設備、生產線等)的情況，適用于控制對象相對集中，單臺設備的動作較簡單，對象動作間有協同控制要求的多對象控制的場合。

??集中控制系統與單機控制系統一樣，只使用一臺PLC進行控制，從某種意義上說，它只是單機控制系統的擴展，其實質相同，系統的硬件、軟件構成一致。

??(2)有些需要計算或程序較大的特殊情況，如以非邏輯運算為主的PID調節、運動控制、網絡通信等,則可用語句表編程。

??(3)經驗豐富的人員可用語句表語言直接編程,但梯形圖總比語句表直觀。

??(4)如果是清晰的單順序、選擇順序或并發順序的控制任務，則**是用功能圖來設計程序。

??軟件設計和硬件安裝可同時進行,這樣做可以縮短工期。這也是PLC控制系統優于繼電器控制系統的地方。

??安全電路的設計

??在一些較為重要的場合或系統中.突發的或不可預知的安全因素必須重點考慮。這種安全因素主要指當控制系統或控制設備在不安全的條件下或非正常的操作條件下出現故障,造成PLC控制系統不可預料的啟動,或者其輸出操作的改變,從而造成人身傷害和財產損失。為此,就必須考慮采用獨立于PLC的機電冗余來防止不安全的操作。

??在設計安全電路時，主要考慮以下幾點:

??(1)確定可能的非法操作會造成哪些輸出執行機構來產生危險的動作;

??(2)確定不發生危害結果的條件，并確定如何使PLC能夠檢測到這些條件;

??(3)確定在上電和斷電時,PLC控制系統的輸出有沒有產生危害動作的可能,并設計避免危害發生的措施;

??(4)系統中應設計有獨立于CPU的手動或機電冗余措施來阻止危險的操作;

??(5)系統中應設計有各種故障的顯示和提示環節，以便操作員能夠及時得到需要的信息。

I/O中斷包含上升/下降邊緣中斷、高速計數器中斷和脈沖串輸出中斷。S7-200可以在輸入的上升和/或下降邊緣生成中斷(I0.0、I0.1、I0.2或者I0.3)。上升邊緣和下降邊緣事件可以為這些輸入點的每個捕獲，這些上升/下降邊緣事件可以用來表示當事件發生時必須接收立即注意的條件。

??高速計數器中斷允許響應諸如達到預設值的當前值、符合軸旋轉方向反轉的計數方向改變或計數器外部重設的條件。這些高速計數器事件的每個允許實時進行操作，以響應無法以可編程邏輯控制器掃描速度控制的高速事件。

??脈沖串輸出中斷提供完成輸出規定數目的時鐘脈沖的立即通知，脈沖串輸出的典型使用是步進電動機控制，可以通過將中斷程序連接到相應I/O事件啟用以上每一個中斷。

??3.時基中斷

??時基中斷包含定時中斷和定時器T32/T96中斷,可以使用定時中斷指定以周期為基礎進行的操作。周期時間以1ms遞增為1ms~255ms。必須為定時中斷0在SMB34中寫周期時間，為定時中斷1在SMB35中寫周期時間。

??定時中斷事件每次定時器到期時傳送控制到合適的中斷程序。一般地，使用定時中斷控制模擬輸入的采樣或以定期間隔執行PID循環。