在了解了PLC的硬件、指令係統及簡單的編程方法後，就可以進行PLC控製係統的設計工作了。將PLC用於實際控製係統的工作稱為PLC的係統設計，它包括硬件設計和軟件設計兩部分。硬件設計是根據電氣控製係統的控製要求、工藝要求和技術要求等，對PLC進行選型和硬件配置，它包括PLC選型、係統硬件設計方案、PLC輸入/輸出電路設計、係統供電及接地設計等。軟件設計是PLC的應用程序設計。硬件和軟件的設計一般可以同時進行。如何綜合運用前麵所學的知識點，根據實際工程要求合理的組成控製係統是本章需要解決的問題。通過本章的學習和實踐，讀者可以掌握PLC控製係統設計的一般方法。
第一節PLC控製係統的設計步驟
在改造老設備或設計新控製係統時，設計一個以可編程控製器為核心的控製係統，必須要考慮四個問題：一是保證設備的正常運行；二是合理、有效的資金投入；三是在滿足可靠性和經濟性的前提下，應具有一定的先進性，能根據生產工藝的變化擴展部分功能；四是聯網通信功能。
一、控製係統的設計步驟
控製係統的設計，一般按下述幾個步驟進行。
1.分析被控對象，明確控製（工藝）要求
工藝要求是係統設計的主要依據，也是控製係統所要實現的最終目的。所以在設計之前，首先向有關工藝、機械設計人員和操作維修人員詳細了解被控設備的工作原理、工藝流程、機械結構和操作方法，要了解工藝過程和機械運動與電氣執行元件之間的關係和對控製係統的要求，了解設備的運動要求、運動方式和步驟；在此基礎上畫出被控對象的工作流程圖，歸納出電氣執行元件的動作節拍表；並送各部門會審、認可。
該步驟所得到的圖、表，概括地反映了被控對象的全部功能和對控製係統的基本要求，是設計控製係統的依據，也是設計的目標和任務，必須仔細地分析和掌握。
2.製定電氣控製（功能）方案
根據生產工藝和機械運動的控製要求，確定控製係統應實現的控製功能和工作方式，例如全自動、半自動、手動、單機運行、多機聯合運行等。還要確定係統應有的其它功能，例如故障檢測、診斷與顯示報警、緊急情況的處理、管理功能、聯網通信功能等。隻有掌握了要實現的控製功能，才能據此設計係統的類型、規模、機型、模塊、軟件等內容。
3.確定輸入/輸出（I/O）點數和種類
根據係統的控製要求，確定係統的輸入設備的數量及種類，如按鈕、開關、傳感器等；明確各輸入信號的特點，如是開關量還是模擬量，直流還是交流，電壓等級，信號幅度等。確定係統的輸出設備的數量及種類，如接觸器、電磁閥、信號燈等；明確這些設備對控製信號的要求，如：電壓電流的大小、直流還是交流、電壓等級、開關量還是模擬量等。據此確定PLC的I/O設備的類型及數量，分類統計出各輸入/輸出量的性質及數量。
4.選擇可編程控製器
選擇合適的PLC型號並確定各種硬件配置，具體見後麵實例介紹。
5.分配輸入/輸出點地址
根據已確定的輸入/輸出設備和選定的可編程控製器，列出輸入/輸出設備與PLC的I/O點的地址對照表，以便於編製控製程序、設計接線圖及硬件安裝。所有的輸入點和輸出點分配時要有規律，並考慮信號特點及PLC公共端（COM端）的電流容量。
6.設計電氣線路
電氣線路包括：被控設備的主電路及PLC外部的其它控製電路圖，PLC輸入/輸出接線圖，PLC主機、擴展單元及輸入/輸出設備供電係統圖，電氣控製櫃結構及電器設備安裝圖等。
7.設計控製程序
控製程序的設計包括狀態表、狀態轉換圖、梯形圖、指令表等。控製程序設計是PLC係統應用中最關鍵的問題，也是整個控製係統設計的核心。
8.調試
調試包括模擬調試和聯機調試。
模擬調試是根據輸入/輸出模塊的指示燈的顯示，不帶輸出設備進行調試。首先要逐條進行檢查和驗證，改正程序設計中的邏輯、語法、數據錯誤或輸入過程中的按鍵及傳輸錯誤，觀察在可能的情況下各個輸入量、輸出量之間的變化關係是否符合設計要求。發現問題及時修改設計，直到完全滿足工作循環圈或狀態流程圖的要求。
聯機調試分兩步進行，首先連接電氣櫃，不帶負載（如電動機、電磁閥等）檢查各輸出設備的工作情況；待各部分調試正常後，再帶上負載運行調試，直到完全滿足設計要求為止。
全部調試完成後，還要經過一段時間的試運行，以檢驗係統的可靠性。
9.技術文件整理
技術文件包括設計說明書、電器元件明細表、電氣原理圖和安裝圖、狀態表、梯形圖及軟件資料、使用說明書等。
在設計過程中，第6步設計電氣線路圖和第7步設計控製程序，若事先有明確的約定，可同時進行。
二、PLC控製係統的硬件設計內容
PLC控製係統的硬件內容一般包括PLC選型、輸入輸出電路設計、控製櫃圖紙設計等內容。在硬件設計時，主要應考慮以下基本原則和一般步驟。
（一）硬件設計的基本原則
1.可靠性
可靠性是PLC係統的生命，若PLC係統設計不可靠，即使功能再完善，經濟性再好也沒有用。因此，在設計中，除了盡可能選擇高可靠性的元件和產品之外，還要考慮係統的主要性能指標和使用場所。在連續工作的場合，應選擇雙CPU機型PLC或采用冗餘技術(如冗餘單元)；對於使用條件惡劣的地方，應選用相適應的PLC以及采取相應的保護設施。提高可靠性措施，雖然前期係統的投資成本高了，但從設備的長期運行和維修費用看，特別是對於高可靠性要求的場合，還是值得。
2.功能完善
在保證完成控製功能的基礎上，應盡可能將自檢、報警以及安全保護等功能納入設計方案，使其係統的功能更加完善，符合實際需要。
3.經濟性
在保證可靠性和控製功能的基礎上，還應盡可能地降低成本。除此之外，控製係統的先進性、可擴展性和整體的美觀性，也是硬件設計應綜合考慮的因素。
（二）PLC機型的選擇
1.選擇適合的PLC機型
PLC機型的選擇一般從基本性能、特殊功能和通信聯網三個方麵考慮。選擇的基本原則是在滿足控製要求的前提下力爭最好的性能價格比，並有一定的先進性和良好的售後服務。PLC的選用首先要進行功能選擇，根據控製設備所需要的控製功能，主要解決是單機控製，還是要通信聯網；是一般開關量控製、模擬量控製，還是要增加特殊單元；PLC的CPU單元是否應具有特殊功能；是否需要遠程控製；采用小型機、中型機，還是大型機等問題。然後，根據控製設備的多少選擇I/O的點數和通道數；根據I/O信號選擇I/O模塊，根據控製程序的大小選擇程序存儲器容量。具體選擇時，以下幾點可供參考。
（1）CPU單元的選擇首先應考慮的主要有：
1）響應速度PLC輸入信號與相應的輸出信號間有一時間延遲，稱響應延遲時間。它包括輸入濾波器的延遲時間，掃描工作方式引起的延遲時間，以及輸出電路的延遲時間。響應速度主要是從兩個方麵來考慮：一是可編程控製器程序的語句處理時間；二是可編程控製器的掃描周期。一般手冊上都給出語句處理時間，而且是以處理1k語句所需時間計算的。在可編程控製器手冊中給出的掃描周期都是最大的掃描周期時間，而係統中實際運行的掃描周期則與係統所連接設備的多少和應用軟件的多少及複雜程度有關。對於以開關量控製為主的係統，可編程控製器的響應速度一般都可滿足實際需要，不必給予特殊的考慮；對於模擬量控製的係統，特別是具有較多閉環控製的係統，則必須考慮可編程控製器的響應速度。
2）存儲容量估算對用戶存儲容量隻能作粗略的估算。PLC的用戶程序存儲器容量通常的計算方法是：對於開關量進行控製的係統中，輸入總點數×10字/點+輸出總點數×5字/點來估算；計算定時器、計數器按3～5字/個估算；有運算處理時按5～10字/量估算；在有模擬量輸入、輸出的係統中，可以按每一路模擬量通道×100字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口200字以上的數量估算。最後，一般按照估算容量的50%～100%留裕量。
（2）I/O模塊的選擇I/O模塊的選擇主要是根據輸入信號的類型（開關量、數字量、模擬量、電壓類型、等級和變化頻率），選擇與之相匹配的輸入輸出模塊。開關量輸入模塊的選擇主要考慮：輸入電壓等級、門坎電平、輸入信號的最小持續時間、抗幹擾能力等；開關量輸出模塊的選擇主要考慮：開關方式（繼電器、晶體管、晶閘管）、開關頻率、輸出功率、電壓形式、電壓等級、保護形式等。模擬量輸入模塊的選擇主要考慮：模擬量值的輸入範圍、轉換精度、采樣時間、輸入信號的連接方式、抗幹擾能力等；模擬量輸出模塊的選擇主要考慮：模擬量輸出範圍、輸出形式（電流、電壓）、對負載的要求等。
對於隻接受開關量信號的負載，可以選擇繼電器輸出、晶體管輸出或雙向晶閘管輸出的PLC。繼電器輸出電路可驅動交流負載，也可驅動直流負載，承受瞬間過電流、過電壓的能力較強，但響應速度較慢，其開通與關斷延遲時間約為10ms，對於動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的PLC；雙向晶閘管輸出電路的開通與關斷時間約為1ms和10ms，它隻能帶交流負載；晶體管輸出電路的開通與關斷時間均小於1ms，但它隻能帶直流負載。對於接收具有高速計數功能的控製係統，隻能選擇晶體管輸出型的；對於頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。對於需要模擬量驅動的負載，則應選用合適的D/A模塊。
（3）通信模塊的選擇通信模塊的選擇主要考慮：通信協議、通信速率、通信模塊所能連接的設備、係統的自診斷能力、應用軟件編製方法等。
其它各模塊可根據係統需要，翻閱手冊，查找相應的參數和要求。
2.專用功能單元的配置
除了開關信號之外，工業控製中還要對溫度、壓力、物位(或液位)、流量等過程變量以及運動控製變量等進行檢測和控製。在這些專用場合，輸入和輸出容量已經不是關鍵參數，更重要的是考慮它們的控製功能。目前各PLC廠家都提供了許多專用功能單元，其中模擬量的輸入/輸出單元、溫度單元等使用很廣泛，這些單元具有A/D和D/A變換功能，可以適合現場控製的需要。此外，還有一些專用單元，如位置控製、脈衝計數以及網絡通信等，這些單元需要采用專用接口連接。如果要求將該台PLC掛入工業控製網絡，或連接其它智能化設備，則應考慮選擇有相應的通信接口的PLC，同時要注意通信協議。有不少廠家也開發了相應的專用功能單元，用於對專用任務的處理。但目前這些專用單元的價格都比較高，隻有在較複雜的控製係統中才予以配置。有關專用功能單元的應用，可參見PLC的產品手冊。
選用專用功能單元時，隻要能滿足控製功能的要求就可以了，要避免大材小用。在有些專用場所，特別是驅動大功率負載時，還需要根據實際需要自己設計相應的驅動電路；對於過程控製係統，通常需要各設備之間有互鎖控製。對於實時控製的高速係統，原先由於PLC的速度慢，很難滿足要求，現在如果采用OMRON公司的CJ1或CS1係列PLC是比較適宜的。
3.指令係統的選擇
由於可編程控製器應用的廣泛性，各種機型所具備的指令係統也不完全相同。從應用角度看，有些場合僅需要邏輯運算，有些場合需要複雜的算術運算，而有一些特殊場合還需要專用指令功能。從可編程控製器本身來看，各個廠家的指令差異較大，其差異主要表現在指令的表達方式和指令的完整性上。在選擇機型時，從指令係統方麵注意下述內容：
（1）總指令數指令係統的總語句數反映了指令係統所包括的全部功能。
（2）指令種類指令種類主要應包括基本指令、運算指令和應用指令，具體的需求應與實際要完成的控製功能相適應。
（3）表達方式指令係統表達方式有多種，包括梯形圖、語句表、控製係統流程圖、高級語言等多種表達方式。表達方式的多樣性給程序的編寫帶來了方便，並且也表示了該PLC的成熟性。
（4）編程工具PLC的簡易編程器價格最低，但功能有限；手持式液晶顯示圖形編程器價格較高，可直接顯示梯形圖。與簡易編程器相比，采用計算機配以廠家提供的專用的編程軟件，能適用於不同的PLC，可明顯提高程序的調試速度。一般情況下，采用這種專用軟件編程。專用軟件編程又分在線編程和離線編程方式，一般采用離線編程在線調試的方式編程。現在不少的PLC生產廠家都提供了離線編程、離線仿真的軟件，可以不需連接PLC進行調試程序，從而為用戶帶來方便。
4.其它選擇
（1）性價比根據不同的控製要求，選擇不同的PLC，不要片麵追求高性能、多功能。對控製要求低的係統，提出過高的技術指標，隻會增加開發成本。
（2）係列產品考察該PLC廠家的其它係列產品，從長遠和整體觀點出發，一個企業最好優選一個PLC廠家的係列化產品，這樣可以減少PLC的備件，以後建立自動化網絡也較方便，而且隻需購置一台編程器或一套編程軟件，並可實現資源共享。
（3）售後服務選擇機型時還要考慮有可靠的技術支持。這些支持包括必要的技術培訓，幫助安裝、調試，提供備件、備品，保證維修等，以減少後顧之憂。
（三）係統方案設計
在完成了控製係統硬件選型設計之後，就可以進行係統設計了。係統設計內容包括總體方案設計、PLC控製係統類型、控製係統運行方式、控製係統主回路、係統供電和接地設計等，也是工程應用中的重要一環。
1. PLC控製係統類型
由PLC構成的控製係統可分為集中控製係統和分布式控製係統。
（1）集中控製係統
典型的單台控製，由一台PLC控製單台被控對象。這種係統對PLC的I/O點數要求較少，對存儲器的容量要求較小，對控製係統的構成簡單明了。雖然該係統一般不需要與其它控製器或計算機進行通訊，但設計者還應考慮將來是否有通信聯網的需要，如果有的話，則應選擇具有通信功能的PLC，以備今後係統功能的增加。
用一台PLC控製多台被控設備，每個被控對象與PLC的指定I/O相連接。該控製係統多用於控製對象所處的地理位置比較接近，且相互之間的動作有一定聯係的場合。由於采用一台PLC控製，因此各被控對象之間的數據狀態的變換不需要另設專門的通信線路。如果各控製對象的地理位置比較遠，而且大多數的輸入、輸出線都要引入控製器，這時需要的電纜線、施工量和係統成本增加，在這種情況下，建議使用遠程I/O控製係統。集中控製係統的最大缺點是當某一控製對象的控製程序需要改變或PLC出現故障時，必須停止整個係統工作。因此，對於大型的集中控製係統，可以采用冗餘係統克服上述缺點。
用一台PLC構成遠程I/O控製係統，PLC通過通信模塊控製遠程I/O模塊。係統中使用了三個遠程I/O單元（A、B、C），分別控製被控對象1、2、3，被控對象4由PLC所帶的I/O直接控製。遠程I/O控製係統適用於被控製對象遠離集中控製室的場合。一個控製係統需要設置多少個遠程I/O通道，視被控對象的分散程度和距離而定，同時還受所選PLC能驅動I/O通道數的限製。
（2）分布式控製係統 這類係統的被控對象比較多，它們分布在一個較大區域內，相互之間的距離較遠，而且各被控對象之間要求經常地交換數據和信息。這種係統的控製由若幹個相互之間具有通信聯網功能的PLC構成，係統的上位機可以采用PLC，也可以采用計算機。在分布式控製係統中，每一台PLC控製一個被控對象，各控製器之間可以通過信號傳遞進行內部連鎖、響應或發令等，或由上位機通過數據總線進行通信。分布式控製係統多用於多台機械生產線的控製，各生產線間有數據連接。由於各控製對象都有自己的PLC，當某一台PLC停止時，不需要停止其它的PLC。當此係統與集中控製係統具有相同的I/O點時，雖然多用了一台或幾台PLC，導致係統總構成價格偏高，但從維護、試運轉或增設控製對象等方麵看，其靈活性要大得多。
2.控製係統的運行方式
用PLC構成的控製係統有自動、半自動、單步和手動四種運行方式。
（1）自動運行方式自動運行方式是控製係統的主要運行方式。這種運行方式的主要特點是在係統工作過程中，係統按給定的程序自動完成被控對象的動作，不需要人工幹預。係統的啟動可由PLC本身的啟動係統進行；也可由PLC發出啟動預告，由操作人員確認並按下啟動響應按鈕後，PLC自動啟動係統。
（2）半自動運行方式半自動運行方式的特點是係統在啟動和運行過程中的某些步驟需要人工幹預才能進行下去。半自動方式多用於檢測手段不完善，需要人工判斷或某些設備不具備自控條件、需要人工幹涉的場合。
（3）單步運行方式單步運行方式的特點是係統運行中的每一步都需要人工的幹預才能進行下去。單步運行方式都用於調試，調試完成後，可將其撤除。
（4）手動運行方式手動運行方式不是控製係統的主要運行方式，而是用於設備調試、係統調整和故障情況下的運行方式，因此它是自動運行方式的輔助方式。
3.控製係統的停止方式
與係統運行方式的設計相對應，還必須考慮停止方式的設計。PLC的停止方式有正常停止、暫時停止和緊急停止三種。
（1）正常停止正常停止由PLC的程序執行。當係統的運行步驟執行完畢、且不需要重新啟動執行程序時，或PLC接收到操作人員的停止指令後，PLC按規定的停止步驟停止係統運行。
（2）暫時停止暫停方式用於程序控製方式時暫停執行當前程序，使所有輸出都設置成OFF狀態，待暫停解除時將繼續執行被暫停的程序。另外，也可用暫停開關直接切斷負荷電源，同時將此信息傳給PLC，以停止執行程序；或者把CPU的RUN切換成STOP，以實現對係統的暫停。
（3）緊急停止緊急停止方式是在係統運行過程中設備出現異常情況或故障，若不中斷係統運行，將導致重大事故或有可能損壞設備時，必須使用緊急停止按鈕使整個係統立即停止。緊急停止時，所有設備都必須停止，且程序控製被解除，控製內容複位到原始狀態。
（四）硬件係統設計文件
在對係統硬件設計形成一個初步的設計方案，並對所配置的PLC也基本確定後，應完成以下的係統硬件設計文件。一般硬件係統的設計文件應包括係統硬件配置圖、器件（模塊）統計表、I/O地址分配表和I/O接線圖。
1.係統硬件配置圖
係統硬件配置圖應完整地給出整個係統硬件組成，它應包括係統構成級別、係統聯網情況、網上可編程控製器的站數、每個可編程控製器站上的CPU單元和擴展單元構成情況、每個可編程控製器中的各種模塊構成情況。對於一個簡單的控製對象，也可能隻有一個設備控製站，不包括圖中的其它部分。但無論怎樣，都要根據實際係統設計出係統硬件配置圖。
2.器件（模塊）明細表
由係統硬件配置圖就可得知係統所需各種模塊數量。為了便於了解整個係統硬件設備狀況和硬件設備投資計算，應做出器件（模塊）明細表。明細表應包括模塊名稱、模塊類型、模塊型號、所需模塊個數等內容。
3. I/O地址分配表
在係統設計中還要把輸入/輸出列成表，給出相應的地址和名稱，以備軟件編程和係統調試時使用。
4. I/O硬件接線圖
I/O硬件接線圖是係統設計的一部分，它反映的是可編程控製器輸入/輸出模塊與現場設備的連接。I/O硬件接線的詳細介紹見後麵實例。
第二節PLC輸入/輸出電路設計
一、PLC輸入電路的設計
（一）根據輸入信號類型合理選擇輸入模塊
在生產過程控製係統中，常用的輸入信號有開關量、數字量和模擬量等。若為開關量輸入信號，應注意開關信號的頻率；當頻率較高時，應選用高速計數模塊。若為數字量輸入信號，應合理選擇電壓等級；電壓等級一般可分為交、直流24V，交、直流120V和交、直流230V或使用TTL或與TTL兼容的電平。若為模擬量輸入信號，應首先將非標準模擬量信號轉換為標準範圍的模擬量信號，如1～5V、4～20mA，然後選擇合適的A/D轉換模塊；當信號長距離傳送時，使用4～20mA的電流信號為佳。
（二）輸入元件的接線方式
一般要求所有開關、按鈕均為常開狀態。它的常閉觸點可在程序中反映，從而使閱讀程序清晰明了。
（三）減少輸入點的方法
減少係統所需的PLC輸入點是降低硬件成本的常用措施，具體的方法有：
（1）某些具有相同性能和功能的輸入觸點可串聯或並聯後再輸入PLC，這樣它們隻占PLC的一個輸入點。
（2）某些功能比較簡單、與係統控製部分關係不大的輸入信號可放在PLC之外。某些負載的手動按鈕就可設置在PLC之外，直接驅動負載，這樣，不但減少了輸入點的使用，而且在PLC發生故障時，用PLC外的手動按鈕直接控製負載，不至於使生產停止。又如電動機過載保護用的熱繼電器常閉觸點提供的信號，既可以從PLC的輸入端輸入，用程序對電動機實行過載保護；也可以在PLC之外，將熱繼電器的常閉觸點與PLC的負載串聯。後一種方法節省了一個輸入點，而且更簡單實用。
（3）若係統具有兩種不同的工作方式，這兩種工作方式不會同時出現，一種方式工作時使用的輸入點，在另一種方式時不會被使用，那麼，這個輸入點也可以使用於另一種工作方式。
（4）利用軟件，使一個按鈕具有開關的功能。如前麵已講過的用一個按鈕兼有啟動、停止兩種功能的梯形圖。
二、PLC輸出電路的設計
（一）根據負載類型確定輸出方法
對於隻接受開關量信號的負載，根據其電源類型，根據對輸出開關信號的頻率要求，選擇繼電器輸出、晶體管輸出或雙向晶閘管輸出模塊。繼電器輸出電路可驅動交流負載，也可驅動直流負載，承受瞬間過電流、過電壓的能力較強，但響應速度較慢，其開通與關斷延遲時間約為10ms；雙向晶閘管輸出電路的開通與關斷時間約為1ms和10ms，它隻能帶交流負載；晶體管輸出電路的開通與關斷時間均小於1ms，但它隻能帶直流負載。
對於需要模擬量驅動的負載，則應選用合適的D/A模塊。
（二）輸出負載的接線方式
不同電壓等級的負載，應分組連接，共用一個公共點的輸出端隻能驅動同一電壓等級的負載。
（三）選擇輸出電流電壓
輸出模塊的額定輸出電流、電壓必須大於負載所需求的電流和電壓。如果負載實際電流較大，輸出模塊無法直接驅動，可以加中間驅動環節。在安排負載的接線時，還應考慮在同一公共端所屬輸出點的數量，必須確保同時接通輸出負載的電流之和小於公共端所允許通過的電流值。
（四）輸出電路的保護
在輸出電路中，當負載短路時，為避免PLC內部輸出元件的損壞，應在輸出負載回路中加裝熔斷器，進行短路保護。
對於輸出端接有直流電感性負載，應在電感性負載兩端並聯續流二極管，續流二極管的額定工作電壓應大於電源電壓的2～3倍；若是交流電感性負載，則應在其兩端並聯阻容吸收回路，阻容吸收回路的RC值根據經驗可選（120Ω，0.1μF）、（47Ω，0.47μF）、（50Ω，0.5μF）等。
實際使用中，也常將所有的開關量輸出都通過中間繼電器驅動負載，以保證PLC輸出模塊的安全。
（五）減少輸出點的方法
1.分組輸出
若兩組負載不同時工作，可通過外部轉換開關或通過受PLC控製的繼電器觸點進行切換，當轉換開關在“1”的位置時，接觸器線圈KM11、KM12、KM13、KM14受控；當轉換開關在“2”的位置時，接觸器線圈KM21、KM22、KM23、KM24受控。
2.並聯輸出
當兩負載處於相同的受控狀態時，可將兩負載並聯，接在同一個輸出端上。如某一接觸器線圈和指示該接觸器得電的指示燈，就可采用並聯輸出的方法。
3.直接控製
某些相對獨立的受控設備也可用普通繼電器直接控製。
（六）留有餘量
在設計中對輸入/輸出點的安排，應有一定的餘量。當現場生產過程需要修改控製方案時，可使用備用的輸入/輸出點。當輸入/輸出模塊中某一點損壞時，也可使用備用點，並在程序中作相應修改。
第三節係統供電及接地設計
在實際的控製中，設計一個合理的供電與接地係統，是保證控製係統正常運行的重要環節。雖然PLC本身被允許在較為惡劣的供電環境下運行，但是，整個控製係統的供電和接地設計不合理，也是不能投入運行的。
一、係統供電設計
係統供電設計是指可編程控製器所需電源係統的設計。它包括供電係統的一般性保護措施、可編程控製器電源模塊的選擇和典型供電係統的設計。
1.供電係統的保護措施
可編程控製器一般都使用市電（220V，50Hz），電網的衝擊、頻率的波動將直接影響到實時控製係統的精度和可靠性。電網的瞬間變化可產生一定的幹擾傳播到可編程控製器係統中，電網的衝擊甚至會給整個係統帶來毀滅性的破壞。為了提高係統的可靠性和抗幹擾性能，在可編程控製器供電係統中一般可采取隔離變壓器、交流穩壓器、UPS電源、晶體管開關電源等措施。
(1)隔離變壓器隔離變壓器的初級和次級之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或銅等非導磁材料繞成。初、次級間的靜電屏蔽層與初、次級間的零電位線相接，再用電容耦合接地。采用了隔離變壓器後可以隔離掉供電電源中的各種幹擾信號，從而提高係統的抗幹擾性能。
（2）交流穩壓器為了抑製電網電壓的起伏，可編程控製器係統中設置有交流穩壓器。在選擇交流穩壓器時，其容量要留有餘量，餘量一般可按實際最大需求容量的30％計算。這樣一方麵可充分保證穩壓特性，另一方麵有助於交流穩壓器的可靠工作。在實際應用中，有些可編程控製器對電源電壓的波動具有較強的適應性，此時為了減少開支，也可不采用交流穩壓器。
（3）UPS電源在一些實時控製中，係統的突然斷電會造成較嚴重的後果，此時就要在供電係統中加入UPS電源供電，可編程控製器的應用軟件可進行一定的斷電處理。當突然斷電後，可自動切換到UPS電源供電，並按工藝要求進行一定的處理，使生產設備處於安全狀態。在選擇UPS電源時也要注意所需的功率容量。
（4）晶體管開關電源晶體管開關電源用調節脈衝寬度的辦法調整直流電壓。這種開關電源在電網或其它外加電源電壓變化很大時，對其輸出電壓並沒有多大影響，從而提高了係統抗幹擾的能力。
2.電源模塊的選擇
可編程控製器CPU所需的工作電源一般都是5V直流電源，一般的編程接口和通信模塊還需要5V和24V直流電源。這些電源都由可編程控製器本身的電源模塊供給，所以在實際應用中要注意電源模塊的選擇。在選擇電源模塊時一般應考慮以下幾點：
(1)電源模塊的輸入電壓可編程控製器電源模塊可以包括各種各樣的輸入電壓，有220V交流、110V交流和24V直流。在實際應用中要根據具體情況選擇，此時要注意，確定了輸入電壓後，也就確定了係統供電電源的輸出電壓。
（2）電源模塊的輸出功率在選擇電源模塊時，其額定輸出功率必須大於CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊等總的消耗功率之和，並且要留有30％左右的餘量。當同一電源模塊既要為主機單元又要為擴展單元供電時，從主機單元到最遠一個擴展單元的線路壓降必須小於0.25V。
（3）擴展單元中的電源模塊在有的係統中，由於擴展單元中安裝有智能模塊及一些特殊模塊，就要求在擴展單元中安裝相應的電源模塊。這時相應的電源模塊輸出功率可按各自的供電範圍計算。
（4）電源模塊接線選定了電源模塊後，還要確定電源模塊的接線端子和連接方式，以便正確進行係統供電的設計。一般的電源模塊，其輸入電壓是通過接線端子與供電電源相連的，而輸出信號則通過總線插座與可編程控製器CPU的總線相連。
3.供電係統的設計
典型的動力部分、PLC供電及I/O電源應分別配電，SB1為急停開關，SQ為限位開關，用於現場關鍵處的急停和運行機械的極限位置保護；SB2、SB3分別為停止、啟動按鈕。
二、接地設計
如果接地方式不好就會形成環路，造成噪聲耦合。接地設計有兩個基本目的：消除各電路電流流經公共地線阻抗所產生的噪聲電壓和避免磁場與電位差的影響，使其不形成地環路。在實際控製係統中，接地是抑製幹擾、使係統可靠工作的主要方法。在設計中如能把接地和屏蔽正確地結合起來使用，可以解決大部分幹擾問題。
1.接地的要求
為保證接地質量，接地應達到如下要求：
① 接地電阻在要求的範圍內，對於可編程控製器組成的控製係統，接地電阻一般應小於4Ω。
② 要保證足夠的力學強度。
③ 要采取防腐蝕措施，進行防腐處理。
④ 在整個工廠中，可編程控製器組成的控製係統要單獨設計接地。
2.地線的種類
在可編程控製器組成的控製係統中，大致有以下幾種地線：
① 數字地這種地也叫邏輯地，是各種開關量（數字量）信號的零電位。
② 模擬地這種地是各種模擬量信號的零電位。
③ 信號地這種地通常是指傳感器的地。
④ 交流地交流供電電源的地線。
⑤ 直流地直流供電電源的地線。
⑥ 屏蔽地（也叫機殼地）為防止靜電感應而設。
以上這些地線如何處理是可編程控製器係統設計、安裝、調試中的一個重要問題。
3.接地的處理方法
正確接地是重要而又複雜的問題，理想的情況是一個係統的所有接地點與大地之間阻抗為零，但這是難以做到的。在實際接地中總存在著連接阻抗和分散電容，所以如果地線不佳或接地點不當，都會影響接地質量。
（1）一點接地和多點接地一般情況下，高頻電路應就近多點接地，低頻電路應一點接地。在低頻電路中，布線和元件間的電感並不是什麼大問題，然而接地形成的環路對電路的幹擾影響很大，因此通常以一點作為接地點。但一點接地不適用於高頻，因為高頻時，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時各地線之間又產生電感耦合。一般來說，頻率在1MHz以下，可用一點接地；高於10MHz時，采用多點接地；在1～10MHz之間，可用一點接地，也可多點接地。根據這一原則，可編程控製器組成的控製係統一般都采用一點接地。
（2）交流地與信號地不能共用由於在一般電源地線的兩點間會有數毫伏，甚至幾伏電壓。對低電平信號電路來說，這是一個非常嚴重的幹擾，因此必須加以防止。
（3）浮地與接地的比較浮地即係統各個部分與大地浮置起來，這種方法簡單，具有一定的抗幹擾能力，但要求整個係統與大地的絕緣電阻不能小於50MΩ，一旦絕緣下降就會帶來幹擾。還有一種方法，就是將機殼接地，其餘部分浮空，這種方法抗幹擾能力強，安全可靠，但實現起來比較複雜。一般來說，可編程控製器係統還是以接大地為好。
（4）模擬地模擬地的接法十分重要，為了提高抗共模幹擾能力，對於模擬信號可采用屏蔽浮地技術。對於具體的可編程控製器模擬量信號的處理，要嚴格按照操作手冊上的要求設計。
（5）屏蔽地屏蔽的目的是為了減少信號中的噪聲，以便準確檢測和控製。根據屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一樣。電場屏蔽解決分布電容問題，其屏蔽罩是利用低阻金屬材料製成，可接大地；磁屏蔽以防磁鐵、電機、變壓器、線圈等的磁感應、磁耦合，其屏蔽方法是用高導磁材料使磁路閉合，以接大地為好。當信號電路是一點接地時，低頻電纜的屏蔽層也應一點接地。如果電纜的屏蔽層接地點有一個以上時，產生噪聲電流，形成噪聲幹擾源。當一個電路有一個不接地的信號源與係統中接地的放大器相連時，輸入端的屏蔽應接至放大器的公共端；相反，當接地的信號源與係統中不接地的放大器相連時，放大器的輸入端也應接到信號源的公共端。屏蔽地和保護地應各自獨立地接到接地銅排上。