一、plc控製係統設計的基本原則
任何一種電器控製係統都是為了實現被控製對象（生產設備或生產過程）的工藝要求，以提高生產效率和產品質量，因此，在設計PLC控製係統時，應遵循以下基本原則：
1、最大限度地滿足工藝流程和控製要求。工藝流程的特點和要求是開發PLC控製係統的主要依據。設計前，應深入現場進行調查研究，收集資料，明確控製任務，並與機械設計人員與實際操作人員密切配合，共同擬定電器控製方案，協同解決設計中出現的各種問題。
2、監控參數、精度要求以滿足實際需要為準，不宜過多、過高，力求使控製係統簡單、經濟，使用及維修方便，並降低係統的複雜性和開發成本。
3、保證控製係統的運行安全、穩定、可靠。正確進行程序調試、充分考慮環境條件、選用可靠性高的PLC、定期對PLC進行維護和檢查等都是很重要和必不可少的。
4、考慮到生產的發展和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應適當留有餘量。
二、選用PLC控製係統的依據
隨著PLC技術的不斷發展，PLC的應用範圍日益廣泛，使得當今的電氣工程技術人員在設計電氣控製係統時，會有更多的機會考慮選用PLC控製。在傳統的繼電器-接觸器控製係統和PLC控製係統、微機控製係統這三種控製方式中，究竟選取哪一種更合適，這需要從技術上的適用性、經濟上的合理性進行各方麵的比較論證。這裏提供以下幾點依據，以供在考慮是否選用PLC控製時參考：
（1）輸入、輸出量以開關量為主，也可有少量模擬量。
（2）I/O點數較多。這是一個相對的概念。在70年代，人們普遍認為I/O點數應在70點以上選用PLC才合算；到了80年代，降為40點左右；現在，隨著PLC性能價格比的不斷提高，當總點數達10點以上就可以考慮選用PLC了。
（3）控製對象工藝流程比較複雜，邏輯設計部分用繼電器控製難度較大。
（4）有較大的工藝變化或控製係統擴充的可能性。
（5）現場處於工業環境，而又要求控製係統具有較高的工作可靠性。
（6）係統的調試比較方便，能在現場進行。
（7）現場人員有條件掌握PLC技術。
三、PLC控製係統設計的一般步驟
PLC控製係統設計與傳統的繼電器——接觸器控製係統的設計相比較，組件的選擇代替了原來的器件選擇，程序設計代替了原來的邏輯電路設計。
（1）根據工藝流程分析控製要求，明確控製任務，擬定控製係統設計的技術條件。技術條件一般以設計任務書的形式來確定，它是整個設計的依據。工藝流程的特點和要求是開發PLC控製係統的主要依據，所以必須詳細分析、認真研究，從而明確控製任務和範圍。如需要完成的動作（動作時順、動作條件，相關的保護和聯鎖等）和應具備的操作方式（手動、自動、連續、單周期，單步等）。
（2）確定所需的用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等）、輸出設備（繼電器、接觸器、信號燈等執行元件）以及由輸出設備驅動的控製對象（電動機、電磁閥等），估算PLC的I/O點數；分析控製對象與PLC之間的信號關係，信號性質，根據控製要求的複雜程度，控製精度估算PLC的用戶存儲器容量。
（3）選擇PLC。PLC是控製係統的核心部件，正確選擇PLC對於保證整個控製係統的各項技術、經濟指標起著重要的作用，PLC的選擇包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。選擇PLC的依據是輸入輸出形式與點數，控製方式與速度、控製精度與分辨率，用戶程序容量。
（4）分配、定義PLC的I/O點，繪製I/O連接圖。根據選用的PLC所給定的元件地址範圍（如輸入、輸出、輔助繼電器、定時器、計數器。數據區等），對控製係統使用的每一個輸入、輸出信號及內部元件定義專用的信號名和地址，在程序設計中使用哪些內部元件，執行什麽功能格都要做到清晰，無誤。
（5）PLC控製程序設計。包括設計梯形圖、編寫語句表、繪製控製係統流程圖。控製程序是控製整個係統工作的軟件，是保證係統工作正常，安全。可靠的關鍵，因此，控製程序的設計必須經過反複測試。修改，直到滿足要求為止。
（6）控製櫃（台）設計和現場施工。在進行控製程序設計的同時，可進行硬件配備工作，主要包括強電設備的安裝、控製櫃（台）的設計與製作、可編程序控製器的安裝、輸入輸出的連接等。在設計繼電器控製係統時，必須在控製線路設計完成後，才能進行控製櫃（台）設計和現場施工。可見，采用PLC控製係統，可以使軟件設計與硬件配備工作平行進行，縮短工程周期。如果需要的話，尚需設計操作台、電氣櫃、模擬顯示盤和非標準電器元部件。
（7）試運行、驗收、交付使用，並編製控製係統的技術文件。編製控製係統的技術文件包括說明書、設計說明書和使用說明書、電器圖及電器元件明細表等。
傳統的電器圖，一般包括電器原理圖、電器布置圖及電器安裝圖。在PLC控製係統中，這一部分圖可以統稱為“硬件圖”。它在傳統電器圖的基礎上增加了PLC部分，因此在電器原理圖中應增加PLC的I/O連接圖。此外，在PLC控製係統的電器圖中還應包括程序圖（梯形圖），可以稱它為“軟件圖”。向用戶提供“軟件圖”，可便於用戶發生發展或工藝進時修改程序，並有利於用戶在維修時分析和排除故障。根據具體任務，上述內容可適當調整。
四、係統設計的主要任務
係統設計的主要任務包括分析工藝流程，明確控製要求、確定控製方案、選擇機型和輸入輸出設備選擇及輸入輸出點分配，施工設計、總裝調試等。
（一）分析工藝流程，明確控製要求，確定控製方案
首先要詳細分析實際生產的工藝流程，工作特點及控製係統的控製任務、控製過程、控製特點，控製功能，明確輸入，輸出量的性質，充分了解被控對象的控製要求。
在分析被控對象的基礎上，根據PLC的特點，與繼電器控製係統和計算機控製係統進行控製方案的分析與比較，如果被控係統的應用環境較差，而安全性，可靠性要求較高，輸入輸出多為開關量，而用常規的繼電器接觸器實現，係統較複雜或難以實現，工藝流程經常改變，那麽，用可編程序控製器進行控製將是合適的。
（二）選擇機型
隨著PLC的推廣普及，PLC產品的種類和型號越來越多，功能日趨完善。從美國，日本、德國等國家引進的PLC產品及國內廠商組裝或自行開發的PLC產品已有幾十個係列。上百種型號。其結構形式、性能、容量、指令係統，編程方法、價格等各有不同，適用的場合也各有側重。因此，合理選擇PLC產品，對於提高PLC控製係統的技術經濟指標起著重要作用。一般來說，各個廠家生產的產品在可靠性上都是過關的，機型的選擇主要是指在功能上如何滿足自己需要，而不浪費機器容量。PLC的選擇主要包括機型選擇，容量選擇，輸入輸出模塊選擇、電源模塊選擇等幾個方麵。
1、可編程控製器控製係統I/O點數估算
I/O點數是衡量可編程控製器規模大小的重要指標。根據被控對象的輸入信號與輸出信號的總點數，選擇相應規模的可編程控製器並留有10%～15%的I/O裕量。估算出被控對象上I/O點數後，就可選擇點數相當的可編程控製器。如果是為了單機自動化或機電一體化產品，可選用小型機，如果控製係統較大，輸入輸出點數較多，被控製設備分散，就可選用大、中型可編程控製器。
2、內存估計
用戶程序所需內存容量要受到下麵幾個因素的影響：內存利用率；開關量輸入輸出點數；模擬量輸入輸出點數；用戶的編程水平。
（1）內存利用率  用戶編的程序通過編程器鍵入主機內，最後是以機器語言的形式存放在內存中，同樣的程序，不同廠家的產品，在把程序變成機器語言存放時所需要的內存數不同，我們把一個程序段中的接點數與存放該程序段所代表的機器語言所需的內存字數的比值稱為內存利用率。高的利用率給用戶帶來好處。同樣的程序可以減少內存量，從而降低內存投資。另外同樣程序可縮短掃描周期時間，從而提高係統的響應。
（2）開關量輸入輸出的點數  可編程控製器開關量輸入輸出總點數是計算所需內存儲器容量的重要根據。一般係統中，開關量輸入和開關量輸出的比為6：4。這方麵的經驗公式是根據開關量輸入、開關量輸出的總點數給出的。
所需內存字數=開關量（輸入+輸出）總點數*10  
（3）模擬量輸入輸出總點數  具有模擬量控製的係統就要用到數字傳送和運算的功能指令，這些功能指令內存利用率較低，因此所占內存數要增加。
在隻有模擬量輸入的係統中，一般要對模擬量進行讀入、數字濾波、傳送和比較運算。在模擬量輸入輸出同時存在的情況下，就要進行較複雜的運算，一般是閉環控製，內存要比隻有模擬量輸入的情況需要量大。在模擬量處理中。常常把模擬量讀入、濾波及模擬量輸出編成子程序使用，這使所占內存大大減少，特別是在模擬量路數比較多時。每一路模擬量所需的內存數會明顯減少。下麵給出一般情況下的經驗公式：
隻有模擬量輸入時：
內存字數=模擬量點數*l00
模擬量輸入輸出同時存在時：
內存字數＝模擬量點數*200
這些經驗公式的算法是在10點模擬量左右，當點數小於10時，內存字數要適當加大，點數多時，可適當減小。
（4）程序編寫質量  用戶編寫的程序優劣對程序長短和運行時間都有較大影響。對於同樣係統不同用戶編寫程序可能會使程序長度和執行時間差距很大。一般來說對初編者應為內存多留一些餘量，而有經驗的編程者可少留一些餘量。
綜上所述，推薦下麵的經驗計算公式：
總存儲器字數＝（開關量輸人點數+開關量輸出點數）*l0+模擬量點數*150。然後按計算存儲器字數的25%考慮裕量。
3、響應時間
對過程控製，掃描周期和響應時間必須認真考慮。可編程控製器順序掃描的工作方式使它不能可靠地接收持續時間小於掃描周期的輸入信號。例如某產品有效檢測寬度為5cm，產品傳送速度每分鍾50m，為了確保不會漏檢經過的產品，要求可編程控製器的掃描周期不能大於產品通過檢測點的時間間隔60ms（T＝5cm ／50m／60s）。
係統響應時間是指輸入信號產生時刻與由此而使輸出信號狀態發生變化時刻的時間間隔。係統響應時間＝輸入濾波時間+輸出濾波時間+掃描周期.
4、功能、結構要合理
單機控製往往是用一台可編程控製器控製一台設備，或者一台可編程控製器控製幾台小設備，例如對原有係統的改造、完善其功能等。單機控製沒有可編程控製器間的通信問題；但功能要求全麵。選擇箱體式結構的可編程控製器為好。若隻有開關量控製，可選擇F1、F2、FX、GE-1、C-20、S5-101、TI100、EX-40等品種。另外，國產化CKY-40H、D-40、CF-40、PCZ-40、ACMY-S256品種也可與進口貨相媲美。
若被控對象是開關量和模擬量共有，就要選擇有相應功能可編程序控製器。模塊式結構的產品構成係統靈活，易於擴充，但造價高，適於大型複雜的工業現場。
5、輸入輸出模塊的選擇
可編程控製器輸入模塊是檢測並轉換來自現場設備（按鈕、限位開關；接近開關等）的高電平信號為機器內部電平信號，模塊類型分直流5、12、24、48、60V幾種；交流115V和220V兩種。由現場設備與模塊之間的遠近程度選擇電壓的大小。一般5、12、24V屬低電平，傳輸距離不宜太遠，例如5V的輸入模塊最遠不能超過10m，也就是說，距離較遠的設備選用較高電壓的模塊比較可靠。另外高密度的輸入模塊如32點、64點，同時接通點數取決於輸入電壓和環境溫度。一般講，同時接通點數不得超過60%。為了提高係統的穩定性，必須考慮門檻（接通電平與關斷電平之差）電平的大小。門檻電平值越大，抗幹擾能力越強，傳輸距離也就越遠。
輸出模塊的任務是將機器內部信號電平轉換為外部過程的控製信號。對於開關頻繁、電感性、低功率因數的負載，推薦使用晶閘管輸出模塊，缺點是模塊價格高；過載能力稍差。繼電器輸出模塊優點是適用電壓範圍寬，導通壓降損失小，價格便宜，缺點是壽命短，響應速度慢。輸出模塊同時接通點數的電流累計值必須小於公共端所允許通過的電流值。輸出模塊的電流值必須大於負載電流的額定值。
6、結構型式的考慮
PLC的結構分為整體式和模塊式兩種。整體式結構把PLC的I/O和CPU放在一塊大印刷電路板上，節省了插接環節，結構緊湊，體積小，每一I/O點的平均價格也比模塊式的便宜，所以小型PLC控製係統多采用整體式結構。模塊式PLC的功能擴展，I/O點數的增減，輸入與輸出點數的比例，都比整體式方便靈活。維修時更換模塊，判斷與處理故障快速方便。因此，對於較複雜的要求較高的係統，一般選用模塊式結構。
7、對用戶存貯器的要求
一般PLC都用CMOS RAM作用戶存貯器，它具有靜態消耗電流小（1／A）的特點。為了在停電時保護用戶程序和現場數據，通常用鋰電池作後備電源。
如果被控係統的工藝要求固定不變，所編程序經調試後己比較完善，不需要經常修改，為了防止他人隨意改動控製程序，可以采用EPROM（選購件）將用戶程序固化。
8、是否需要通訊聯網的功能
大部分小型PLC都是以單機自動化為目的，一般沒有和上位計算機通訊的接口。如果用戶要求將PLC納入工廠自動化控製網絡，就應選用帶有通訊接口的PLC。一般大、中型PLC都具有通訊功能。近年來，一些高性能的小型機（如FX、C40H、S5-100U等）也帶有通訊接口，通過RS-232串行接口，與上位計算機或另一台PLC相連，也可以連接打印機、CRT等外部設備。
以上簡要地介紹了PLC選型的依據和應考慮的幾個問題，用戶應根據生產實際的需要，綜合考慮各種因素，選擇性能價格比合適的產品，使被控對象的控製要求得到完全滿足，也使PLC的功能得到充分發揮。
（三）輸入輸出設備選擇及輸入輸出點分配
在PLC控製係統中，通常用作輸入器件的強電元件是控製按鈕，行程開關、繼電器等的觸點。PLC的執行元件通常有接觸器、電動機、電磁閥，信號燈等。要根據控製係統的需要進行選擇。
（四）施工設計
與一般電氣施工設計相同，  PLC控製係統的施工設計需完成下列工作：畫出完整的電路圖；注明電氣元件清單；畫出電氣櫃內電器位置圖和電器安裝接線互連圖。另外，還需完成下列幾項工作：
1、畫出電動機主回路及不進入PLC的控製回路。為了保證係統的可靠性，手動電路、急停電路一般不進入PLC控製電路。例如，保護開關，熱繼電器，熔斷器和限位保護開關等均不進入PLC控製電路，電源也應相互分開，以備PLC異常時能夠使用。
2、畫出PLC輸入，輸出接線圖。注意要按現場信號和PLC軟繼電器編號對照表的規定，將現場信號線接在對應的端子上。
3、對重要的互鎖，如電動機正反轉、熱繼電器等需在外電路用硬接線再連鎖。凡是有致命危險的場合，設計成與PLC無關的硬線邏輯。
4、畫出PLC的電源進線接線圖和執行動作電器的供電係統圖。
（五）總裝調試
1、程序調試
將設計好的程序用編程器輸入到PLC中，進行編輯和檢查，發現問題，立即修改和調整程序。
2、現場調試
現場安裝完畢後，可對硬件和軟件進行聯調，實現對某些參數的現場確定和調整。
3、安全檢查
最後對係統的所有安全措施作徹底檢查，準確無誤後即可投入試運行，待一切正常後，將程序固化在有長久記憶功能的隻讀存儲器EPROM中長期保存。