PLC控制系统是机电一体化系统或机电一体化产品中的控制器。首先，要了解系统的概念。所谓系统，是由相互制约的各个部分组成的具有一定功能的整体。机电一体化系统存在于各个领域，可以说是无处不在，种类繁多，千差万别，但归纳起来，它们都是由五大要素组成的，即由计算机、传感器、机械装置、动力及执行器组成，如图1所示。与五要素相对应的控制、检测、结构、驱动和运转五大功能如图2所示。
图1 机电一体化的五大要素
图2 机电一体化的五大功能
机电一体化系统是由相互制约的五大要素组成的具有一定功能的整体，不但要求每个要素高性能和高功能，更强调它们之间的协调与配合，以便更好地实现预期的功能，达到系统整体最佳目标。
早期的机电一体化系统设计法往往是一种“取代法”，即用PLC取代原继电器-接触器控制盘，将原来的电气控制电路图转换为梯形图。这种方法简单易行，但通常达不到工艺、机械、控制三者的最佳匹配。
系统整体设计法是以优化的工艺为主线、控制理论为指导、计算机应用为手段、系统整体最佳为目标的一种综合设计方法。要求工程技术人员能够将微电子、电力电子、计算机、信息处理、通信、传感检测、过程控制、伺服传动、精密机械及自动控制等多种技术相互交叉、相互渗透、有机结合，做到融会贯通和综合运用。设计机电一体化的奥秘就在于“融会贯通”和“综合运用”。
这种系统整体设计思想将在精通篇中分层次地进行介绍。
下面，仅就PLC的编程方面介绍几种设计方法。
1、图解法编程
图解法是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。
1)、梯形图法
梯形图法是用梯形图语言去编制PLC程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易把原继电器控制电路移植成PLC的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是最方便的一种编程方法。
2)、逻辑流程图法
逻辑流程图法是用逻辑框图表示PLC程序的执行过程，反映输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，是逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的PLC控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及连锁条件明确。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，以便查找故障点，便于调试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语言表和用梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程 图的各个部分用语言表和梯形图编制PLC应用程序。
3)、时序流程图法
时序流程图法是首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，最后把程序框图写成PLC程序。时序流程法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。
4)、步进顺控法
步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从这个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由若干步组成的。系统控制的任务，实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少PLC生产厂家在自己的PLC中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。
2、经验法编程
经验法是在掌握了一定量的控制环节设计的基础上，熟悉PLC各种指令功能，凭借经验比较准确地选择使用PLC指令而进行相应的程序设计。经验法没有固定的模式可循，设计出的程序质量与编者的经验有很大关系。
经验法对设计人员的素质要求比较高，特别是一些实践要求，要求设计者对控制系统以及工业中常用的各种典型环节熟悉。但对于结构复杂、不易掌握的系统，经验法花费时间较长，且系统维护困难。所以，经验法在一些结构简单的控制系统设计中比较合适。
3、计算机辅助设计编程
计算机辅助设计是通过plc编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE运行文件。
在了解了程序结构和编程方法的基础上，就要实际地编写PLC程序了。编写PLC程序和编写其他计算机程序一样，都需要经历如下过程。
1、对系统任务分块
分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的问题化为多个简单的小问题，便于编制程序。
2．编制控制系统的逻辑关系图
从逻辑关系图上，可以反映出某一逻辑关系的结果，这一结果又应该导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可以是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反映了输入与输出的关系。
3．绘制各种电路图
绘制各种电路的目的，是把系统的输入/输出所设计的地址和名称联系起来，这是很关键的一步。在绘制PLC输入电路时不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的可靠性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到PLC的输入端，因为这样会对PLC造成比较大的伤害。在绘制PLC的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到PLC输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和极性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则，努力提高其稳定性和可靠性。虽然用PLC进行控制方便、灵活，但是在电路的设计上仍需要谨慎、全面。因此，在绘制电路时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。
4．编制PLC程序并进行模拟调试
在绘制完电路图之后，就可以着手编制PLC程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、可靠外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，最好不要整个程序完成后一起调试。
5．制作控制台与控制柜
在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧迫的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量，规格必须满足要求。设备的安装必须注意安全、可靠。比如，屏蔽问题、接地问题、高压隔离等必须妥善处理。
6．现场调试
现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能最后实地测试和最后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。
7．编写技术文件
经过现场调试以后，控制电路和控制程序基本被确定了，这个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要全面整理技术文件，包括整理电路图、PLC程序、使用说明及帮助文件，到这工作就基本结束了。
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