September 11, 2017
プログラマブルコントローラ制御システムの設計方法
まず問題を提起する
プログラマブル コントローラー技術は主に自動制御工学で使用され、プロジェクトの実際の要件に応じて知識の前にある知識を使用して、合理的な制御システムを構築し、一般的な制御システムを制御するためにこのシステムに導入されます。
第二に、プログラマブル コントローラ制御システムの基本的な設計手順
1.システムの主要コンテンツを設計する
(1) 制御システムの設計のための技術的条件を開発する。技術条件は通常、設計タスクブックの形で決定され、設計全体の基礎となります。
(2) 送電、モーター、ソレノイドバルブ、その他の実施機関の形式を選択します。
(3) 選択された PLC モデル。
(4) PLC 入出力割り当て表の作成または入出力端子配線図の作成。
(5) システム設計ソフトウェア仕様の要件に従って、プログラム設計に適切なプログラミング言語 (一般的に使用されるラダー) を使用します。
(6) ユーザーの認知心理を理解し、従うこと、ヒューマンマシンインターフェイスのデザインに注意を払い、人とマシンの間の友好的な関係を強化する。
(7) コンソール、電気キャビネット、および非標準の電気部品を設計する。
(8) 設計仕様書および指示書の作成。
特定のタスクに応じて、上記の内容を調整できます。
２．システムの基本的なステップを設計する
図 1 に示すように、プログラマブル コントローラー アプリケーション システムの設計と主要な手順のデバッグ。
図1 プログラマブルコントローラアプリケーションのシステム設計とデバッグの主な手順の場合
(1) プロセス条件と制御要件の制御対象の深い理解と分析
ａ．制御対象は、制御される機械、電気機器、生産ライン、生産プロセスなどです。
b.制御要件は主に、制御の基本的な方法、完了するアクション、自動作業サイクルの構成、必要な保護とインターロックを指します。より複雑な制御システムの場合、制御タスクをいくつかの独立した部分に分割することで簡素化でき、プログラミングとデバッグに役立ちます。
(2) I/Oデバイスを決定する
PLC制御システムの機能要件に対する制御対象に応じて、システムに必要なユーザー入力、出力デバイスを決定します。一般的に使用される入力デバイスにはボタン、セレクター スイッチ、リミット スイッチ、センサーなどがあり、一般的に使用される出力デバイスにはリレー、コンタクタ、ライト、ソレノイド バルブなどがあります。
(3) 適切な PLC タイプを選択します
決定したユーザーI/Oデバイス、必要な入力信号、出力信号数に応じて、機種の選択、容量の選択、I/Oモジュールの選択、パワーモジュールの選択など、適切なPLCタイプを選択してください。の
(4) I/O 点数の割り当て
PLCの入出力点を割り当てて入出力割付表を作成したり、入出力端子の配線図を作成します。次に、9 つは PLC プログラミング、制御盤またはコンソールの設計と現場の構築です。
(5) アプリケーションシステムのラダープログラムを設計する
作業関数図や状態フローチャートに従って、プログラミングであるラダー図を設計します。このステップはアプリケーション システム設計作業全体の中核ですが、より難しいステップでもあります。ラダー図を設計するには、まず制御要件に精通している必要がありますが、ある程度の電気設計の経験も必要です。
(6) PLCにプログラムを入力
簡易プログラマを使用してPLCにプログラムを入力する場合、まずラダー図を命令ニーモニックに変換して入力する必要があります。プログラマブルコントローラのプログラマブルロジックプログラムを使用して、パソコン上でプログラマブルなプログラムを作成する場合、上下のパソコンの接続ケーブルを介してPLCにプログラムをダウンロードできます。
(7) ソフトウェアテスト用
プログラムを PLC に入力したら、まず動作をテストする必要があります。プログラミングの過程では、どうしても抜けが生じてしまうからです。したがって、PLC をフィールドデバイスに接続する前に、プログラム内のエラーを排除するだけでなく、全体的なデバッグの基礎を築き、全体的なデバッグサイクルを短縮するためにソフトウェアテストを実行する必要があります。
(8) アプリケーションシステム全体のデバッグ
PLC のハードウェアとソフトウェアの設計と制御キャビネットとサイトの構築が完了したら、システム全体のオンライン デバッグを実行できます。制御システムが複数の部分で構成されている場合は、最初にローカル デバッグをいくつか実行し、次に全体のデバッグを実行する必要があります。制御プログラムのステップが増えると、最初にサブセクションのデバッグを行ってから、全体の調整に接続できます。デバッグでは、問題が見つかったら 1 つずつ除外し、デバッグが成功するまで行います。
(9) 技術文書の作成
システム技術文書には、説明書、電気回路図、電気レイアウト、電気コンポーネントのスケジュール、PLC ラダー図が含まれます。
第三に、PLC ハードウェア システム設計
1. PLCの機種選定
システム制御計画を決定する前に、制御対象の制御要件を詳しく理解し、制御に PLC を使用するかどうかを決定する必要があります。
制御システムのロジックがより複雑になり（多くの中間リレー、タイムリレー、カウンタなどが必要）、プロセスや製品の変更がより頻繁になり、データ処理と情報管理の必要性（データ操作、アナログ制御、PID調整など）が必要になり、システムはより高い信頼性と安定性を必要とし、ファクトリーオートメーションのネットワーク化などを実現する準備ができているため、PLC制御の使用が必要です。
現在、国内外の多くのメーカーがさまざまな機能のさまざまなシリーズの PLC 製品を提供しているため、ユーザーは困惑し、困惑しています。したがって、経済的かつ実用的な目的を達成するには、長所と短所の包括的なバランス、合理的なモデルの選択が必要です。目的のシステムのニーズを満たすモデルの一般的な選択は、投資と設備リソースの無駄を避けるために、盲目的に全体を貪欲しないでください。モデルの選択は次の観点から検討できます。
(1) 入出力点の選択
やみくもにモデル数を選択すると、ある程度の無駄が生じます。
制御システムの総I/O点数を求め、必要なPLCの数を実際に必要な総点数の15～20％に設定します（システム改造時）。
また、モジュールの一部の高密度入力ポイントでは入力ポイントの数が制限されていることに注意してください。通常、同時に接続される入力ポイントは総入力ポイントの 60% を超えてはなりません。 PLCの各出力点の駆動能力(A/A)にも制限があり、負荷電圧の大きさによってPLCの1点あたりの出力電流が変化することや、周囲温度の上昇などによってPLCの一般的な許容出力電流が変化することなどを考慮して選定を行ってください。
PLC の出力ポイントは、複数の接続の共通ポイント、グループ化、および分離に分類できます。各グループの出力間の絶縁は、異なる電圧タイプと電圧レベル間で使用できますが、この PLC の 1 点あたりの平均価格は高くなります。出力信号間を絶縁する必要がない場合は、最初の 2 つの出力モードを選択する必要があります。
(2) ストレージ容量の選択
ユーザーのストレージ容量は概算にすぎません。スイッチング量のみを制御するシステムの場合、総ポイント数×10ワード/ドット＋総ポイント数×5ワード/ポイントで見積もることができます。カウンタ/タイマーは (3 ~ 5) ワードで推定されます。 (5 ~ 10) 単語/ボリュームの推定。アナログ入出力システムでは、各入力/（または出力）すべてのアナログを押すと、約（80 ～ 100）ワードの記憶容量を見積もることができます。目安として1インターフェースあたり200ワード以上の通信処理があります。最終的には、推定容量の 50 ～ 100% のマージンが確保されます。設計者の経験が浅いため、余裕を持たせた容量を大きめに選択してください。
(3) I/O 応答時間の選択
PLC の I/O 応答時間には、入力回路の遅延、出力回路の遅延、およびスキャン モードによって生じる時間遅延 (通常は 2 ～ 3 スキャン サイクル) が含まれます。スイッチ制御システムでは、PLC および I/O 応答時間は通常、実際のエンジニアリング要件を満たしているため、I/O 応答問題を考慮する必要がない場合があります。しかし、アナログ制御システム、特に閉ループ システムではこの問題が考慮されます。
(4) 出力負荷の特性に応じて選択
PLC の出力方法の負荷が異なると、対応する要件があります。たとえば、誘導負荷のオンオフが頻繁に行われる場合には、リレー出力タイプは使用せず、トランジスタ出力タイプやサイリスタ出力タイプを選択してください。しかし、リレー出力タイプのPLCは、導通電圧降下が小さい、絶縁性がある、価格が比較的安い、過渡過電圧や過電流に耐えられる、負荷電圧（AC、DC）および電圧範囲が柔軟であるなど、多くの利点があります。動作が頻繁ではないため、DC負荷にはリレー出力タイプのPLCを選択できます。
(5) オンラインとオフラインのプログラミングの選択
オフラインプログラミングとは、ホストとプログラマがCPUを共有し、プログラマがスイッチを選択してPLCプログラミング、動作状態の監視および操作を選択することを意味します。プログラミング時、CPU はプログラマーにのみ機能し、現場の制御は行いません。特殊なプログラマによるプログラミングがこれに該当します。オンライン プログラミングとは、ホストとプログラマがそれぞれ CPU を持ち、ホスト CPU がシーンの制御を完了し、プログラマとの各スキャン サイクルの終了時に、プログラマがホストに合わせてプログラムを変更し、次のスキャン サイクルでホストが新しいプログラムでサイトを制御することを意味します。コンピュータ支援プログラミングでは、オンライン プログラミングとオンライン プログラミングの両方が可能になります。オンライン プログラミングには、コンピューターの購入とプログラミング ソフトウェアの構成が必要です。必要に応じてどのプログラミング方法を使用するか。
(6) ネットワーク通信の選択に応じて
PLC制御システムをファクトリーオートメーションネットワークに接続する必要がある場合、PLCは通信ネットワーク機能を備えている必要があります。つまり、PLCが他のPLC、上位コンピュータ、CRTなどのインターフェイスに接続できるようにする必要があります。大型、中型機には通信機能があり、ミニコンピュータにも通信機能が付いているものがほとんどです。
(7) PLC 構造の形式の選択
同一機能、同一I/O点数データの場合、モジュール価格より全体的に安くなります。しかし、このモジュールは、PLC の形式を選択する実際のニーズに応じて、柔軟な機能拡張、（モジュールの）メンテナンスの容易さ、故障時の利点の判断が容易です。
２．入出力点の割り当て
一般的な入力点数と入力信号、出力点数と出力制御は1対1に対応します。
割り当て後、チャンネルと接点番号のシステム構成に応じて、各入力信号と出力信号に割り当てられ、番号が付けられます。
場合によっては、入力ポイントを持つ信号が 2 つあり、正常な回線 (直列または並列の 2 つの接点など) 間の論理関係に従って、入力の前にアクセス ポイントに存在し、入力ポイントを受信する必要があります。
(1) I/O チャネル範囲の決定
PLC の種類が異なると、入力/出力チャネル範囲が同じではありません。選択した PLC モデルに基づいて、対応するプログラミング マニュアルにアクセスし、「Zhang Guan Li Dai」を使用しないでください。関連する操作マニュアルを参照する必要があります。
(2)補助リレー
内部補助リレーは外部出力ではないため、外部デバイスを直接接続できませんが、他のリレー、データ保存またはデータ処理用のタイマー/カウンターの制御に使用されます。
機能的に言えば、内部補助リレーはリレーの中央にある従来の電気制御キャビネットと同等です。
未割付モジュールの入出力リレー領域と、1:1リンク未使用時のリンクリレー領域を内部補助リレーとして使用できます。プログラム設計のニーズに応じて、PLC 内部補助リレーを合理的に配置する必要があります。再利用を避けるために、設計仕様書にプログラム内の内部補助リレーの詳細を記載する必要があります。関連する操作マニュアルを参照してください。
(3) タイマー/カウンターの割り当て
PLC のタイマー / カウンタ数は、関連する取扱説明書に記載されています。
7.3 PLC ソフトウェアシステムの設計方法と手順
7.3.1 PLCソフトウェアシステムの設計方法
PLCのプログラム構造を理解した上で、具体的にプログラムを作成する必要があります。 PLC の制御手順にはさまざまな方法がありますが、ここでは主にいくつかの代表的なプログラミング方法について説明します。
1. グラフィックプログラミング
グラフィック方式はPLCのプログラム設計を描画する方式です。一般的にはラダー図方式、ロジックフローチャート方式、タイミングフローチャート方式、ステップ制御方式などがあります。
(1) ラダー方式: ラダー方式は、ラダー言語を使用して PLC プログラムをコンパイルします。これはリレー制御システムを模倣したプログラミング方法です。そのグラフィックやコンポーネント名もリレー制御回路と非常に似ています。この方法は、オリジナルのリレー制御回路をPLCのラダー言語に簡単に移植することができます。これは、リレーの制御、つまりプログラミング方法に慣れている人にとって最も便利です。
(2) ロジック フローチャート方式: ロジック フローチャート方式は、PLC プログラムの実行プロセス、入力と出力の関係を示す論理ブロック図です。論理フローチャート方式は、システムのプロセス フローであり、論理ブロック図を使用してシステム ロジック フローチャートを形成します。この PLC 制御プログラムの作成方法は、論理的思考が明確で、入力と出力の因果関係と連動条件が明確です。論理フローチャートにより、プロセス全体が明確になり、制御プログラムの分析が容易になり、障害点の発見が容易になり、デバッグ手順やメンテナンス手順が容易になります。複雑なプログラムの場合、ステートメント テーブルを直接使用したり、ラダー プログラミングを使用したりするのは難しい場合があります。最初に論理フローチャートを描画し、次に PLC アプリケーションを準備して論理フローチャートとラダーのさまざまな部分を描画することができます。
(3) タイミング フローチャート方式: タイミング フローチャート方式では、最初に制御システムのタイミング図を描画します (つまり、タイミング チャートを制御する特定の時間に制御する必要があります)。次に、タイミング関係に従って、プログラムのブロック図の対応する制御タスクを描画し、最後に PLC プログラムで記述されたプログラム ブロック図を描画します。タイミングフローチャート手法は、時間ベースの制御システムプログラミング手法に非常に適しています。
(4) ステップバイステップ制御方式: ステップバイステップ制御方式は、複雑な制御手順を設計したシーケンスコマンドにあります。一般に、より複雑な手順は、プログラムの比較的単純な機能の数に分割でき、ブロックは制御プロセスのステップ全体として見ることができます。全体の観点から見ると、複雑なシステム制御プロセスはいくつかのステップで構成されています。システム制御のタスクは、実際には、各ステップの制御を完了するために、異なる時間または異なるプロセスで考慮することができます。この目的を達成するために、多くの PLC メーカーは自社の PLC でステップ シーケンス制御命令を増やしています。各ステップのステータスフローチャートを描いた後は、ステップシーケンスコマンドを使用することで簡単に制御プログラムを書くことができます。
2. 体験型プログラミング
経験とは、自分や他人の経験をデザインに利用することです。ほとんどの設計は、手順と同様の独自のプロセス要件を備えた最初の選択であり、これらの手順は独自の「テスト手順」として行われます。独自のエンジニアリング状況と組み合わせて、これらの「テスト手順」を 1 つずつ実行して、独自のエンジニアリング要件に適したものにします。ここでの経験は、自分自身の経験もあれば、他の人のデザイン経験もあり、蓄積する必要があり、要約するのが得意です。
3. コンピュータ支援設計プログラミング
コンピュータ支援設計は、コンピュータ上の PLC プログラミング ソフトウェアを使用して、プログラミング、オフラインまたはオンライン プログラミング、オフライン シミュレーション、オンライン デバッグなどを行います。プログラミング ソフトウェアの使用は、コンピュータのオフラインまたはオンラインでのプログラミング、オンライン デバッグに非常に便利です。プログラミング ソフトウェアの使用は、コンピュータ プログラムへのアクセス、暗号化、および EXE オペレーティング ファイルの形成に非常に便利です。
7.3.2 PLC ソフトウェアシステムの設計手順
実際のPLCプログラムの作成に基づいて、プログラムの構造とプログラミング方法を理解します。 PLC プログラムを作成したり、その他のコンピューター プログラムを作成したりするには、次のプロセスを実行する必要があります。
1. システムタスクをブロックする
ブロックの目的は、多数の比較的単純な小さなタスクに分割された複雑なプロジェクトに対するものです。つまり、複雑な大きな問題が、いくつかの単純な小さな問題に分かれます。これにより、プログラミングが容易になります。
2. 制御システムの論理関係図を作成する
論理関係図から、イギリス人がどのような行動をとった結果がどのようになるのか、論理関係の結果を反映させることができます。この論理関係は、各制御アクティビティの順序に基づくことも、アクティビティ全体の時間に基づくこともできます。論理図は、制御プロセスの制御と制御対象のアクティビティを反映するだけでなく、入力と出力の関係も反映します。
3. いろいろな回路図を描く
さまざまな回路を描く目的は、システムの入出力のアドレスと名前を設定することです。これは非常に重要なステップです。 PLCの入力回路を描く際には、信号の接続点が命名と一致しているかだけでなく、入力の電圧と電流が適切であるか、特殊な条件下での動作の信頼性と安定性条件も考慮する必要があります。特に、PLCへの入力を導くための高電圧、PLC入力への高電圧の導入は、PLCに比較的大きなダメージを与える可能性があるかどうかを考慮する必要があります。 PLCの出力回路を描く場合は、出力信号の接続点がネーミング通りであるかだけでなく、PLCロードモジュールの負荷容量や耐電圧性能も考慮する必要があります。さらに、出力電力と電源の極性も考慮されます。回路全体の描画では、回路の安定性と信頼性を向上させるための設計の原則も考慮します。 PLCによる制御は便利で柔軟ですが。ただし、回路の設計には依然として注意が必要で、包括的です。したがって、回路図を描くときは、どこにボタンが取り付けられているか、どこにスイッチが取り付けられているかを完全に考慮して、細心の注意を払う必要があります。
4. PLC プログラムを準備し、シミュレーション デバッグを続行します。
回路図を描いたら、PLCプログラムの作成に進みます。もちろん、上記のメソッドプログラミングを使用することもできます。プログラミングでは、プログラムが正確で信頼性があることに注意を払うだけでなく、プログラムがシンプルで、時間を節約し、読みやすく、修正しやすいことも考慮してください。実験をシミュレートするプログラムをコンパイルしたので、問題を見つけるのが簡単で、時間内に修正するのが簡単なので、総勘定元帳の後にプロセス全体を完了しないのが最善です。
5. 生産コンソールと制御盤
電気配線が完了したら、プログラムが完成したら、コンソールと制御盤を作成します。緊張の時期には、この作業を準備プロセスと並行して実行することもできます。コンソールや制御盤の製造では、スイッチ、ボタン、リレー、その他のデバイスの品質に注意を払い、仕様が要件を満たしている必要があります。機器の設置は安全かつ信頼性が高くなければなりません。たとえば、シールドの問題、接地の問題、高圧絶縁などの問題に適切に対処する必要があります。
6. オンサイトでの試運転
オンサイトでの試運転は、制御システム全体の重要な部分です。どのようなプログラム設計であっても、フィールドデバッグに使用できないとは言い難いです。制御ループと制御手順を見つけるためのフィールド デバッグだけでは、システム要件を満たすことはできません。フィールドデバッグを通じてのみ、制御回路と制御手順の矛盾を見つけることができます。制御システムの要件を満たすために、現場でのデバッグのみから最終フィールドテストまでを行い、最終的には制御回路と制御手順を調整します。
7. 技術文書を準備し、現場で実行する
フィールドデバッグ後、制御回路と制御手順は基本的に決まり、システム全体のハードウェアとソフトウェアは基本的に問題ありません。現時点では、仕上げ回路図、PLC プログラム、説明書、ヘルプ ファイルなどの技術文書を完全に修正する必要があります。この作業は基本的には終了です。
