5．1 PLC软件设计的内容
从应用角度来看，运用PLC技术进行PLC应用系统的软件设计与开发，不外乎需要两个方面的知识和技能，第一是学会PLC硬件系统的配置，第二是掌握编写程序技术。在熟悉PLC的指令系统后，就可以进行简单的PLC编程，但这还很不够，对于一个较为复杂的控制系统，设计者还需具备一定的软件设计知识，这
样才能开发出有实际应用价值的PLC应用系统。为此在熟悉PLC指令的基础上，对PLC应用软件的设计内容、方法、步骤以及编程工具软件进行比较全面的介绍。
PLC应用软件的设计是一项十分复杂的工作，它要求设计人员既要有PLC、计算机程序设计基础，又要有制动控制的技术，还要有一定的现场实习经验。
首先，设计人员必须深入现场，了解并熟悉被控对象（机电设备或生产过程）的控制要求，明确PLC必须具备的的功能，为应用软件的编制提出明确的要求和技术指标，并形成软件需求说明书。在此基础上进行总体设计，将整个软件根据功能的要求分成若干个相对独立的部分，分析它们在逻辑上、时间上的相互关系，使设计出的软件在总体上结构清晰、简洁、流程合理，保证后继的各个开发阶段及其软件设计规格说明书的完整性和一致性。然后在软件规格说明书的基础上，选择适当的编辑语言进行程序设计。所以，一个适用的PLC软件工程的设计通常要涉及以下几个方面的内容：
(1)PLC软件功能的分析与设计
(2)I/O信号及数据结构分析与设计；
(3)程序结构的分析与设计；
(4)程序设计规格说明书编制；
(5)用编程语言、PLC指令进行程序设计；
(6)软件测试；
(7)程序使用书编制
5．2 PLC系统的软件设计步骤
根据可编程控制器系统硬件结构和生产工艺要求，在软件规格说明书的基础上，用相应编程语言指令，编制实际应用程序并形成程序说明书的过程就是应用系统软件设计。可编程控制器应用系统的软件设计过程如图5-1所示。
1）.制定设备运行方案
制定方案就是根据生产工艺的要求分析各输入输出与 各种操作的逻辑关系，确定需要检测的量和控制方法，并设计出系统中各设备的操作内容和操作顺序。据此可得流程图。
2）.画出控制流程图
对于复杂的应用系统，需要绘制控制流程图，用以清晰的表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统，可省去这一步。
3）.制定系统的抗干扰措施
根据现场工作环境、干扰源的性质等因素，综合制定系统的硬件和软件抗干扰措施，如硬件上的电源隔离、信号滤波、软件上的平均值滤波等。
4）.I/O地址分配
将8个输入信号9个输出信号，按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O端一一对应，编排好地址。列出外部I/O信号与PLC I/O端地址编号对照表，如图5.4所示。
表5.1 I/O地址分配表
地址号 信号名称 说明
I0.0 启动按钮 按钮
I0.1 停止按钮 按钮
I0.2 操作方式选择 按钮
I0.3 开模限位开关 限位开关
I0.4 关模限位开关 限位开关
I0.5 射出限位开关 限位开关
I0.6 喷嘴归位限位开关 限位开关
I0.7 喷嘴下限限位开关 限位开关
Q0.0 PLC运行指示 灯
Q0.1 机器工作指示 灯
Q0.2 关模电磁阀 电磁阀
Q0.3 开模电磁阀 电磁阀
Q0.4 喷嘴下移电磁阀 电磁阀
Q0.5 洗模液电磁阀 电磁阀
Q0.6 喷嘴上移电磁阀 电磁阀
Q0.7 冷却水电磁阀 电磁阀
Q0.8 射出电磁阀 电磁阀
Plc在压铸机中的软件图表示为
图5.2.4 PLC应用系统的软件设计图
5.3 PLC应用系统设计
1工艺过程及控制要求
1）.工艺过程
图 5.2所示为一简易压铸机工艺流程图。该压铸机是一水平/垂直位移的机械设备，其操作是将金属液体通过右边液压推进模腔，待冷却后开模然后取出工件。
图5.2 压铸机工艺流程图
2）.控制要求
压铸机整个压铸过程要求能自动控制。在启动过程中能切换到手动控制及自动控制或半自动控制，以便对设备进行调整和检修。图5、3是压铸机控制系统逻辑流程图。
图5.3压铸机控制系统逻辑流程图
2、控制系统硬件设计
1）.PLC的选型
从控制流程中可以看出，在控制方式上需要3个按钮，分别完成自动方式、单动方式和手动方式启动，还需要一个停止按钮用来处理在任何情况下的停止运行。压铸机的限位开关有5个：喷嘴归位限位开关、喷嘴下限限位开关、开模确认限位开关 、关模确认限位开关、射出确认限位开关，共有8个数字量输入信号。输出信号有压铸机的PLC运行指示驱动信号、机器工作指示驱动信号、开模/关模驱动信号、喷嘴下移驱动信号、洗模液驱动信号、喷嘴上移驱动信号、冷却水驱动信号、射出驱动信号，共有9个数字量输出信号。
系统需要数字量输入信号8点，数字量输出9点，不需模拟量模块。选择S7-300 CPU313，加上数字量输入模块SM321及输出模块SM322就可以满足要求，而且还有30%的裕量。
2）、程序设计
根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还包括以下内容：
1.初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动做必要的准备，避免系统发生误动作。初始化的程序主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位与复位，对某些初始状态进行显示等等。
2.检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时在添加。
3.保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。
3）.编写程序
根据被控对象的输入输出信号及所定的plc型号分配plc的硬件资源，为梯形图的各种继电器或接点进行编号，再按照软件规格说明书（技术要求、编制依据、测试），用梯形图程序表示：
图 5.2.1-停止开关启动对所有启动开关进行置位
图 5.2.2-铸件冷却后开模电磁阀打开置位到喷嘴下移电磁阀
图5.2.3-开模延时5s后洗模液电磁阀打开
3.软件测试
刚编号的程序难免会有缺陷或错误。为了及时发现和消除程序中的缺陷和错误，减少系统现场调试的工作量，确保系统在各种正常和异常情况时都能做出正确的响应，需要对程序的离线测试。经调试、排错、修改及模拟运行后，才能正式投入运行。程序测试时重点应注意下列问题：
（1） 程序能否按正常要求运行；
（2） 各种必要功能是否具备；
（3） 发生意外事故时能否做出正确的响应；
（4） 对现场干扰等环境因素适应能力如何。
经过测试、排错和修改后，程序基本正确，下一步就可到控制现场试运行，进一步查看系统整体效果，还有哪些地方需要进一步完善。经过一段时间试运行，证明系统性能稳定，工作可靠，已达到设计要求，就可把程序固化到EPROM或EEPROM芯片中，正式投入运行。
4.编制程序使用说明书
当一项软件工程完成后，为了便于用户和现场调试人员的使用，应对所编制的程序进行说明，通常程序使用说明书应包括程序设计的依据、结构、功能、流程图，各项功能单元的分析，PLC的I/O信号，软件程序操作使用的步骤、注意事项，对程序中需要测试的必要环节可进行注释
系统调试
6.1 硬件调试
硬件实施方面主要是进行控制柜等硬件设计及现场施工。主要内容：
1. 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。
2. 设计系统各部分之间的电气互联图。
3. 根据施工图纸进行现场接线，并进行具体检查。
由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。
6.2 软件调试
将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通／断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。
6.3 系统联调
联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。
全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，假如工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
完成上述的工作后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际的运行了。
设计总结
经过这一个来月的文档设计和对相关资料的收集让我清楚的感到随着科技的不断发展和PLC的广泛应用，已经使我们的生活离不开它了。PLC它以自己的独特的优点征服了我们。在机械越来越受重视的21世纪，随着产品类型的不断增加及产品要求的不断提高，机械的工作量将会越来越大，并且其工作将是一件十分烦琐和非常容易出错的事情。在这样的情况下要实现机械网络系统是有其必然性的。如果能做出一个完善的机械网络系统就能把人工的工作量减少很多，
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个项目开发过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次文档设计的最大收获和财富，使我终身受益。
总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了，有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。文档设计是在三年学习过程的最后阶段采用的一种总结性的实践环节。通过文档设计，能使我综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的训练。
文档设计是在三年学习过程的最后阶段采用的一种总结性的实践环节。通过文档设计，能使我综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的训练。
在这次的文档设计中虽然时间紧迫但我学会了很多，也感到自身知识的贫乏，希望在日后的努力中能做出更完善的系统来。
致谢词：
经过一个来月的忙碌，本次文档设计已经接近尾声，作为一个专科生的文档设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里，首先我要感谢我的各位指导老师。他们平日里工作繁多，但在我做文档设计的每个阶段，在查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是老师仍然细心地纠正设计中的错误。除了敬佩他们的专业水平外，他们的治学严谨和科学研究的精神，也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次，我还要感谢大学三年来所有的老师，为我打下机电一体化专业知识的基础；同时我还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次文档设计才会得以顺利完成。 最后，我要感谢学院三年来对我的大力栽培。
【参考文献】
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2汪志锋主编·可编程控制器原理与应用·西安电子科技大学出版社·2004
3王炳实主编·机床电气控制·机械工艺出版社·2007
4 许发樾主编·压铸模设计应用实例·机械工艺出版社·2005
5 张训文主编·机电一体化系统设计与应用·北京理工大学出版社·2006
6 黄 坚主编·自动控制原理与应用·高等教育出版社·2005
7张万中 主编 可编程控制器应用技术 . 北京 ：化学工业出版社 2002年1月
8黄净 主编 电器及PLC控制技术 北京 ：机械工业出版社 2002年6月
9邹金慧 主编 可编程控制器及其系统 重庆 ： 重庆大学粗版社 2002年11月
10张万忠 孙晋 编著 可编程控制器入门与应用实例 北京：中国电力出版社 2005年7月