plc控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法包括：
◆ 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
◆ 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)
◆ 機(jī)型及i/o模塊的選擇
◆ 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)文件
◆ 系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)
◆ i/o模塊供電電源設(shè)計(jì)
◆ 系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)
◆ 電纜設(shè)計(jì)和敷設(shè)
（一）控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
明確對(duì)控制對(duì)象的要求，然后根據(jù)實(shí)際需要確定控制系統(tǒng)類型和系統(tǒng)工作時(shí)的運(yùn)行方式，即總體方案的實(shí)際內(nèi)容。
1、plc控制系統(tǒng)類型
由plc構(gòu)成的單機(jī)控制系統(tǒng)可分為下列四種類型。
（1）由plc構(gòu)成的單機(jī)控制系統(tǒng)
（2）由plc構(gòu)成的集中控制系統(tǒng)
（3）由plc構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)
（4）由plc構(gòu)成遠(yuǎn)程i/o控制系統(tǒng)
圖1plc控制系統(tǒng)
圖2 plc控制系統(tǒng)
2、系統(tǒng)的運(yùn)行方式
用plc構(gòu)成的控制系統(tǒng)有三種運(yùn)行方式，即自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)。
（1）自動(dòng)運(yùn)行方式。自動(dòng)運(yùn)行方式是控制系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式的主要特點(diǎn)是在系統(tǒng)工作過(guò)程中，系統(tǒng)按給定的程序自動(dòng)完成被控對(duì)象的動(dòng)作，不需要人工干預(yù)，系統(tǒng)的啟動(dòng)可由plc本身的啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行，也可由plc發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，由操作人員確認(rèn)并按下啟動(dòng)響應(yīng)按鈕后，plc自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)。
（2）半自動(dòng)運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式的特點(diǎn)是系統(tǒng)在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中的某些步驟需要人工干預(yù)才能進(jìn)行下去。半自動(dòng)方式多用于檢測(cè)手段不完善，需要人工判斷或某些設(shè)備不具備自控條件，需要人工干涉的場(chǎng)合。
（3）手動(dòng)運(yùn)行方式。手動(dòng)運(yùn)行方式不是控制系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式，而是用于設(shè)備調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)整和特殊情況下的運(yùn)行方式，因此它是自動(dòng)運(yùn)行方式的輔助方式。
3、plc的停運(yùn)方式
有正常停運(yùn)、暫時(shí)停運(yùn)和緊急停運(yùn)三種。
（1）正常停運(yùn)。 由plc的程序執(zhí)行，當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行步驟執(zhí)行完且不需要重新啟動(dòng)執(zhí)行程序時(shí)，或plc接收到操作人員的停運(yùn)指令后，plc按規(guī)定的停運(yùn)步驟停止系統(tǒng)運(yùn)行。
（2）暫停方式。用于程序控制方式時(shí)暫停執(zhí)行當(dāng)前程序，使所有輸出都設(shè)置成off狀態(tài)，待暫停解除時(shí)將繼續(xù)執(zhí)行被暫停的程序。另外也可用暫停開關(guān)直接切斷負(fù)荷電源，同時(shí)將此信息傳給plc，以停止執(zhí)行程序，或者把cpu的run切換成stop，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的暫停運(yùn)行。
（3）緊急停運(yùn)方式。是在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備出現(xiàn)異常情況或故障時(shí)，若不中斷系統(tǒng)運(yùn)行，將導(dǎo)致重大事故或有可能損壞設(shè)備，此時(shí)必須使用緊急停運(yùn)按鈕使整個(gè)系統(tǒng)立即停運(yùn)。它是既沒(méi)有連鎖條件也沒(méi)有延遲時(shí)間的停運(yùn)方式，緊急停運(yùn)時(shí)，所有設(shè)備都必須停運(yùn)，且程序控制被解除，控制內(nèi)容復(fù)位到原始狀態(tài)。
（二）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)必須根據(jù)控制對(duì)象而定，應(yīng)包括控制對(duì)象的工藝要求、設(shè)備狀況、控制功能、i／o點(diǎn)數(shù)，并據(jù)此構(gòu)成比較先進(jìn)的控制系統(tǒng)。
1、工藝要求
機(jī)械手的控制系統(tǒng)為例，討論工藝要求所包含的內(nèi)容和對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。所要了解的工藝過(guò)程如下圖所示。
圖3 機(jī)械手動(dòng)作示意圖
2、設(shè)備狀況
設(shè)備狀況應(yīng)滿足整個(gè)工藝要求。
3、控制功能
根據(jù)工藝要求和設(shè)備狀況就可提出控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的控制功能。只有掌握了要實(shí)現(xiàn)的控制功能，才能據(jù)此設(shè)計(jì)系統(tǒng)的類型、規(guī)模、機(jī)型、模塊、軟件等內(nèi)容。
4、i/o點(diǎn)數(shù)和種類
在統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)i/o時(shí)，要分清輸入和輸出、數(shù)字量和模擬量、各種電壓電流等級(jí)、智能模板要求。
5、系統(tǒng)的先進(jìn)性
◆ 初級(jí)的單體設(shè)備控制系統(tǒng)
◆ 集中控制系統(tǒng)
◆ eic綜合化控制系統(tǒng)
eic綜合化系統(tǒng)就是將電氣控制（electric）、儀表控制（instrumentation）、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（computer system）集于一體形成綜合化控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)功能強(qiáng)、層次清楚、可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、應(yīng)用開發(fā)容易。鑒于控制思想的不斷更新，在設(shè)計(jì)可編程序控制器所組成的控制系統(tǒng)時(shí)，也要考慮到所組成的控制方案的先進(jìn)性。
（三）plc的機(jī)型選擇
選擇機(jī)型所依據(jù)的性能指標(biāo)如下：
1、cpu的能力（存儲(chǔ)容量、擴(kuò)展能力、驅(qū)動(dòng)能力等）
2、i/o點(diǎn)數(shù)：為保證所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，建議根據(jù)實(shí)際i／0點(diǎn)數(shù)留有10% ～15%的余量。
3、響應(yīng)速度
4、指令系統(tǒng)
5、機(jī)型選擇的其它考慮
◆ 性能價(jià)格比
◆ 備品備件的統(tǒng)一考慮
◆ 技術(shù)支持等
6、是否在線編程：在線編程要求主機(jī)和編程器各有一個(gè)cpu。
（四）輸入/輸出模塊的選擇
1、 數(shù)字量輸入模塊的選擇
（1）選擇電壓等級(jí)：按電壓分有直流5v、12v、24v、 48v、60v和交流110v、220v；
（2）按保護(hù)形式分：有隔離和不隔離兩種
（3）選擇模塊密度：按點(diǎn)數(shù)分有8點(diǎn)、16點(diǎn)、32點(diǎn)、64點(diǎn)。
高密度模塊，如 32點(diǎn)或64點(diǎn)，同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般來(lái)講，同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)最好不超過(guò)模塊總點(diǎn)數(shù)的70％。
（4）備用輸入點(diǎn)的設(shè)計(jì)考慮
在設(shè)計(jì)總輸入點(diǎn)數(shù)時(shí)都留有了一定的余量，這些備用點(diǎn)的分配應(yīng)分別考慮到每塊輸入模塊上，最好分配到每組輸入點(diǎn)上。例如一塊輸入模塊具有32點(diǎn)輸入，它們每8點(diǎn)為一組，在設(shè)計(jì)時(shí)每8點(diǎn)留一個(gè)備用點(diǎn)，一旦其余7點(diǎn)發(fā)生故障，只有把接線從故障點(diǎn)改接到備用點(diǎn)，再修改相應(yīng)地址，系統(tǒng)就可恢復(fù)正常。這樣考慮，則有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的修改和故障的處理。
2、數(shù)字量輸出模塊的選擇
（l）輸出方式的選擇
（2）輸出功率的選擇
在選擇模塊時(shí)要注意手冊(cè)上給出的輸出功率要大于實(shí)際負(fù)載所需的功率。在實(shí)際應(yīng)用中，如果負(fù)載要求的功率很大，數(shù)字量輸出模塊已不能滿足需要，此時(shí)在設(shè)計(jì)上可有兩種辦法：
● 采用中間繼電器，數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器的線圈。
● 用多個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載，此時(shí)應(yīng)注意多個(gè)輸出點(diǎn)動(dòng)作的一致性。
（3）負(fù)載
針對(duì)負(fù)載情況要注意兩點(diǎn)：
● 對(duì)于像電磁抱閘這類負(fù)載，雖然負(fù)載電流很小，但匝數(shù)多，斷電瞬間其反向電壓很高，有時(shí)會(huì)使輸出三極管反向擊穿，此時(shí)要在負(fù)載兩端并接電容和電阻抑制反向電壓；
● 對(duì)于燈負(fù)載，要注意啟動(dòng)沖擊電流，一般啟動(dòng)電流為負(fù)載額定電流的10倍，驅(qū)動(dòng)燈負(fù)載時(shí)，手冊(cè)上都給出相對(duì)應(yīng)的輸出功率。
3、模擬量輸入模塊的選擇
（1）模擬量值的輸入范圍。
模擬量輸入模塊有各種輸入范圍，它們包括0～10v，士10v，4～20ma等。有的產(chǎn)品用外加輸入量程子模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)各種輸入范圍，使得同一個(gè)模擬量輸入模塊可以適應(yīng)不同的輸入范圍；也有的產(chǎn)品將各種不同輸入范圍的模塊做成各自獨(dú)立的模擬量輸入模塊。
（2）模擬量值的數(shù)字表示方法。
模擬量輸入模塊的功能是進(jìn)行模擬量到二進(jìn)制數(shù)值的轉(zhuǎn)換。在選擇時(shí)要注意轉(zhuǎn)換精度。
（3）采樣循環(huán)時(shí)間。
采樣循環(huán)時(shí)間反映了系統(tǒng)處理模擬量輸入的響應(yīng)時(shí)間。
（4）模擬量輸入模塊的外部連接方式。
外部檢測(cè)元件各種各樣，其信號(hào)范圍和要求的連接也不相同。模擬量輸入模塊為適應(yīng)這些要求可提供各種連接方式，它們包括電阻的連接方式、熱電偶的連接方式、各種傳感器的連接方式；有時(shí)還包括兩線連接和帶補(bǔ)償?shù)乃木€連接，這些都要根據(jù)實(shí)際需要選擇。
4、模擬量輸出模塊的選擇
（1）輸出范圍和輸出類型。
模擬量輸出范圍包括0～10v，士10v，4～20ma。輸出類型有電壓輸出和電流輸出，一般的模擬量模塊都同時(shí)具有這兩種輸出類型，只是在與負(fù)載連接時(shí)接線方式不同。
（2）對(duì)負(fù)載的要求。
對(duì)負(fù)載的要求主要是負(fù)載阻抗，在電流輸出方式下一般給出最大的負(fù)載阻抗。在電壓輸出方式下，則給出最小負(fù)載阻抗。
5、智能i/o模塊的選擇
智能i/0模塊不同于一般的i/0模塊，它自身帶有微處理器芯片、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器。智能接口模塊通過(guò)系統(tǒng)總線與cpu模塊相連，并在cpu模塊的協(xié)調(diào)管理下獨(dú)立進(jìn)行工作，提高廠處理速度，便于應(yīng)用。一般的智能i／0模塊包括通訊處理模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、帶有pid調(diào)節(jié)的模擬量控制模塊、閥門控制模塊等。
（五）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)文件
一般系統(tǒng)的設(shè)計(jì)文件應(yīng)包括系統(tǒng)硬件配置圖、模塊統(tǒng)計(jì)表、plc的i/0接口圖和i/0地址表。
1、系統(tǒng)硬件配置圖
系統(tǒng)硬件配置圖應(yīng)完整地給出整個(gè)系統(tǒng)硬件組成，它應(yīng)包括系統(tǒng)構(gòu)成級(jí)別（設(shè)備控制級(jí)和過(guò)程控制級(jí)）、系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)情況、網(wǎng)上可編程序控制器的站數(shù)、每個(gè)可編程序控制器站上的中心單元和擴(kuò)展單元構(gòu)成情況、每個(gè)可編程序控制器中的各種模塊構(gòu)成情況。下圖給出了一般的二級(jí)控制系統(tǒng)的基本系統(tǒng)硬件配置圖。
圖4 基本的系統(tǒng)硬件配置圖
2、模塊統(tǒng)計(jì)表
模塊統(tǒng)計(jì)表應(yīng)包括模塊名稱、模塊類型、模塊訂貨號(hào)、所需模塊個(gè)數(shù)等內(nèi)容。
3、i/o硬件接口圖
反映了可編程序控制器輸入輸出模塊與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接。如下圖。
圖5 i/o硬件接口圖
4、 i/o地址表
把輸入輸出列成表，給出相應(yīng)的地址和名稱，以備軟件編程和系統(tǒng)調(diào)試時(shí)使用。這種表稱為 i/o地址表，也叫輸入輸出表。下表為i/o地址表的典型格式。
圖6 典型的io地址表