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3 PLC系统设计
3.1控制系统设计原则
任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
(1)大限度地满足被控对象的控制对象。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。
(2) 在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。
（3）保证控制系统的安全、可靠。
（4）考虑到生产的发展和工艺和改进，在选择PLC容量时，应适当留有裕量。
3.2 控制系统设计的基本内容
PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的，PLC控制系统设计的基本内容应包括：
（1）用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。
（2）PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择PLC，应包括机型选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。
（3）分配I/O点，绘制I/O连接图。
（4）设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。控制系统程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的关键。控制程序饿设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。
（5）必要时还需设计控制台
（6）编制控制系统的技术文件。
3.3 控制系统设计的一般步骤
（1）根据生产的工艺过程分析控制要求。
（2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。
（3）选择PLC系统。
（4）分配PLC饿I/O点，设计I/O连接图。
（5）进行PLC程序设计，可进行控制太的设计和现场施工。
3.4 编写梯形图的注意事项
（1）输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、记数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。
（2）梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都被执行的程序段，可以通过特殊内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接。
（3）在程序中，不允许同一编号的线圈两次输出。
（4）不允许出现桥式电路。
程序的编写顺序应按自上而下、从左止右的方式编写。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大右小”。
3.5程序设计的步骤
（1）对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程土，用以清楚地表明动作的顺序和条件。
（2）设计梯形图。这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。
（3）根据梯形图编制程序清单。
（4）用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。
（5）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。
（6）待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再从新修改程序或检查接线，直到满足为止。
（7）编写技术文件。
（8）交付使用。
4 密码锁PLC程序设计
4.1 密码门的外形
图表 1键盘图
密码锁的外形结构如图所示，将PLC镶嵌与门中，门上L1，L2为指示，键盘上有14个按钮，分别为密码输入键10个，确定键，修改键，密码1，密码2启动按钮，
图表 2门框整体图
4.2设计任务的确定
密码锁的外形结构如图所示，将PLC镶嵌与门中，门上L1，L2为指示，键盘上有14个按钮，分别为密码输入键10个，确定键，修改键，密码1，密码2启动按钮，
4.3 程序设计部分
这部分内容是整个系统设计的主体部分。所要完成的任务是仿真系统的上位机与下位机的程序设计，即在上述功能分析的基础上，有针对性地进行设计。
4.3.1 程序设计说明
下位机程序的编制则是利三菱PLC专用编程软件FPWIN-GR完成的。
在设计的过程中，就像上面所叙述的那样，并非孤立地分别进行上位机和下位机的设计工作，而是互相配合的。在以下的详细设计过程中，并没有将上位机的设计与下位机的设计整体分开来写，而是相互交替，尽量清晰地叙述，在相应的设计部分中注明是上位机的设计还是下位机的设计。
4.3.2 PLC程序设计（梯形图）
图14 自动售货机梯形图
4.3.3 梯形图原理说明
程序梯形图如图所示，c1,c2c3分别为记数器，x11，x12为密码选择按钮，正常情况下是密码1启动，密码为48012453，如果密码泄露，当正确输入密码1后，可选择启动密码2，密码2启动后，密码1失效，在输入密码2正确时。也可以切换到密码1。
在输入密码时，先按下x4，即键盘上的数字4，这时，线圈M4通电，形成自锁，M4常开触头闭合，再按下X8时，线圈M8通电，自锁，M8常开触头闭合，再按下X0时，线圈m0通电，按正确密码，依次按键，当再按下X4时，计数器C0两次通电，C0常开触头闭合，M20通电，M20常开触头闭合
4.3.4 I/O接线图
智能型低压配电系统是采用先进的计算机技术、电力电子控制技术、微电子技术以及网络通信等技术设计制造的具有运行状态和电量参数自动检测、自动控制和自动故障应急处理能力，并具有网络通信能力的高性能、高可靠性的低压配电系统。智能型低压配电系统一般由若干面通过通信网络联接的智能型低压开关柜或非智能型低压开关柜组成。现代科技的发展对低压配电系统运行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而计算机技术、通信技术、微电子技术的飞速发展，促使了智能化低压电气管理系统应运而生，并成为未来低压配电系统的发展趋势。把PLC应用在低压配电监控系统中，为低压配电控制系统的遥控、遥测、遥信提供了可靠的平台，提高了低压配电监控系统的智能化水平。
2、PLC概述
PLC（可编程序控制器）是近几十年来发展起来的，专为在工业环境应用而设计的一种新型工业控制器，它由于编程灵活，功能齐全而得到广泛应用。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程[1]。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。在运行时PLC以循环扫描方式来执行内部程序，每一次循环时间极短，近似于同步执行，能够及时响应外部变化，提高系统准确性与稳定性。现代的PLC产品集数据处理、程序控制、参数调节和数据通信为一体，可以满足对工业生产绝大多数应用场合进行监视和控制的需要。
用PLC实现中低压配电网自动化的远程终端设备（RTU）功能，能够很好地满足RTU的特有的要求：使用PLC的离散输出点来实现遥控、用PLC的模拟采样输入来实现遥测、用PLC的离散输入点来实现遥信、用PLC的通信功能来实现和主机的通信。完成这些功能，只需相应的模块再根据开关量的实际情况，对PLC进行编程即可。这种基于PLC的中低压配电网自动化的RTU实现方案具有硬件结构简单、维护方便的特点，如果将PLC的扩展模块连接在一起，就可以实现遥控点、遥测点、遥信点的增加。下面本文将以某工厂的低压配电监控系统为例，论述PLC在低压配电柜中的应用。
3、PLC应用
3.1、设计配电主回路
某工厂通过低压电缆将低压侧的380/220V市电，经隔离开关和断路器后引至开关柜的低压铜母线，由低压断路器分成若干支路，每个分支回路配置普通三相交流接触器和电流互感器，后到单相或三相用电负载。每个配电柜共计14个三相配电回路，单个配电柜的容量约150KVA，各分支三相回路约10KW，其配电柜的配电系统图如图1所示。
3.2、选择PLC
目前国内应用的PLC品种繁多，选择合适的PLC非常关键。选择的原则是：在功能满足要求的前提下，保证使用可靠、维修方便，性价比好。即需要了解配电网的基本情况、自动化的具体要求，以确定系统需要进行遥控、遥信、遥测、甚至遥调的设备，统计各处配电房需要这4种信
图1 配电柜的配电系统图
号的具体点数；接着根据配电网的规模和分布状况，确定通信方案的设计和选择；后根据各处各种操作的点数以及所确定的通信方案，选择恰当型号的PLC来实现RTU功能。该项目选用了GEFanuc推出的新一代控制系统Versa MaxPLC，该产品为模块化结构，构成的系统可大可小，使用简单。在应用时，不但节约了设备的安装空间，也节省了用户的时间和费用。VersaMax既可以作为单独的PLC，又可以作为I/O组站，通过现场总线受控于其它主控设备；还可以由多台PLC组成的分布式大型控制系统，支持Modbus，DeviceNet，Profibus-DP，Ethernet，ASI，Genius总线等通信协议。
图2 接线原理框图
3.3、应用PLC
该项目每两台配电柜选用一台PLC的CPU单元，2个32路I/0模块，分别控制28个接触器的吸合，并采集接触器的吸合状态，剩余的I/O可以作为手动转换开关的状态检测、配电柜门开的检测、总电源停电或总开关跳闸的检测等。每个PLC可以通过RS-485与两个配电柜的30个EDA9033连接。PLC的接线原理框图如图2所示，当接触器的触点因故障而动作时PLC就会马上监测到输入触点的变化，从而根据程序来确定输出触点的动作。
该项目在中央控制室设计两台工业级PC机，分别作为数据库服务器和操作监控服务器，并选用GE公司的iFix Plus UnlimitedVer3.0版本作为监控软件。iFix工控组态软件是一套具有远程监控、现场数据采集、数据分析、过程可视化等功能的高性能自动化软件，它的优越性能为实现低压配电系统监控提供了可能。利用软件全真模拟PLC控制对象可以监测所编程序的正确与否和执行结果。该项目把整个厂区的低压配电系统的日常操作、管理及维护的主要工作集中在控制中心站。PLC将采集到的数据传递给计算机并通过组态软件实时显示出来，可以直接通过软件对PLC进行远程控制。调度系统部分的各种画面及功能模块按照显示和使用的处所驻留在本地的计算机上，在网络上流动的主要是实时生产数据和各种报警和消息。整个系统通过企业局域网的TCP/IP协议实现中央控制室与现场控制站PLC的交换数据，2台计算机和组成在逻辑意义上独立的一个功能子网。
4、结束语
结果表明采用微型计算机PLC实现继电保护和控制系统的操作，大大提高系统的自动化水平和可靠性，更加便于系统的集中控制和监测，方便了系统的信息化管理，大大降低成本，提高了工作的效率，具有一定的推广意义。
随着社会对自动化程度要求的不断提高，各种智能型的系统设备也不断出现，而供配电系统是一切自动化和智能型系统设备的基础。通过实际的项目案例分析，把PLC应用在低压配电监控系统，为低压配电控制系统遥控、遥测、遥信提供了可靠的平台，符合未来智能型低压配电系统的发展方向。