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PLC控制系统的硬件设计，并非像某些人主观想象的那样：由于PLC具有灵活、通用的特点，全部控制要求均可以通过软件解决，因此设计时只要进行PLC与输入/输出信号间的简单连接即可。而是直接关系到控制系统的安全性、**性与生产制造成本等诸多重要问题。而且，硬件设计一旦完成，它不可以像软件设计那样可以随时随地进行修改，因此，它是决定控制系统设计成败的关键问题，**引起设计者的高度重视。

虽然，PLC是专门为工业环境设计的控制装置，其本身的安全性、**性已经得到了良好的*，但如果外部条件不能满足PLC的基本要求，同样可能影响系统的正常运行，造成设备运行的不稳定，甚至危及设备与人身安全。因此，在系统硬件设计阶段，就**考虑到系统的安全性与**性，并始终将其放在较为重要的位置。

硬件设计是对系统进行的原理、安装、施工、调试、维修等方面的具体技术设计，设计**认真、仔细确保全部图样与技术文件的完整、准确、齐全、系统、统一、并贯彻*、国内有关标准。

(2) 硬件设计的基本内容。一般来说，PLC系统硬件设计应包括如下内容：

1) 控制系统主回路设计、控制回路设计、安全电路、PLC输入/输出回路等方面的设计。

2) 控制拒、操纵台的机械结构设计。

3) 控制柜、操纵台的电器元件安装设计。

4) 电气连接设计。

以上内容中的主回路、控制回路、PLC输入/输出回路的设计是硬件设计的主要内容，属于电气控制原理设计的范畴，统一以"电气原理图"的形式体现设计思想与要求。

电气原理图是系统软件设计、安装与连接设计、系统调试与维修的基础，它完整地体现了系统的设计思想与要求，系统中所使用的任何电器元件及它们之间的连接要求、主要规格参数等，均在电气原理图上得到了全面、准确、系统的反映，因此，它是电气控制系统较为重要的技术资料。

电气原理图设计应遵循*、地区或行业的标准与规范。在国外，一般来说，除涉及安全性、**性的准则决不可违背外，对其他方面的要求(如图形符号、元器件代号等的表示方法)通常较灵活，因此，在阅读进口设备图纸时应注意。此外，电气原理图的具体绘制要求、读图方法等虽然是PLC系统设计中需要掌握的内容，但它们不属于这里要介绍的范畴，需要时可参考有关标准与其他参考书。

PLC电气原理图设计中，PLC的I/O连接设计相对来说是系统中较为简单的部分，只需要根据PLC输入/输出的类型，按照PLC的连接要求进行连接即可。然而，控制系统的PLC外围电路设计，往往是影响系统运行安全性、**性，决定系统成败的关键，尤其应该引起设计者的重视。

控制柜、操纵台的机械结构设计，控制柜、操纵台的电器元件安装设计，电气连接设计等属于安装与连接设计的范畴。设计的目的是用于指导、规范现场生产与施工，为系统安装、调试、维修提供帮助，并提高系统的**性与标准化程度。

2. 系统主回路设计

(1) 主回路设计的内容。在电气控制系统中，习惯上将高电压、大电流的回路称为主回路。在常见的PLC控制系统中，主回路通常包括如下部分：

1) 电动机主回路，包括用于电动机通断控制的接触器、电动机保护的断路器等。

2) 各种动力驱动装置的电源回路与动力回路，如驱动器电源输入回路及其通断控制的接触器、保护断路器、伺服电动机的电枢回路、直流电动机的励磁回路等。

3) 各种控制变压器的一次侧输入回路，包括通断控制的接触器、保护断路器等.

4) 用于供给控制系统各部分主电源的电源输入与控制回路，包括用于电源变压器、稳压器件以及用于电源回路控制的接触器、保护断路器等。

PLC控制系统的主回路设计与其他电气控制系统无原则性区别。但**符合有关标准的规定，并结合PLC控制系统的自身特点，充分考虑系统的**性与安全性。

(2) 电源总开关。根据EN60204-1(VDE0113*1部分)标准规定，为了使整个控制系统与电网隔离机械设备的电气控制装置**安装电源总开关。

1. 安全电路设计准则

(1) 安全性标准。电气设备的安全性，在所**电设备中占有至高无上的地位，**引起设计人员的高度重视。为了统一设备的安全性标准，1995年欧洲共同体颁布了"89/392/EWG有关成员国设备标准倾向统一的法令"，即*的"设备法令"。该法令从1995年1月1日起，开始对欧洲共同体流通的所有设备具有约束力，它是所有生产制造商**执行的基本安全要求，以法律形式进行强制。所有生产制造商**声明其产品符合"设备法令"中相关标准的规定，并对此负法律责任。此外，设备**配有"CE"标志，表明设备已经符合标准的要求。

在89/392/EWG"设备法令"中，对安全性的定义是"……在实现设备功能的过程中，不引起伤害或有利于健康……”。设备安全性标准分以下3类：

1) A类标准：安全基础标准。它涉及设备安全性、基本概念等，是适用于所有设备的通用设计导则。主要标准有EN292-1、EN292-2、EN1050等。

2) B类标准：安全类组标准。标准分类、分组规定了安全性设计的具体要求，分为B1和B2两类。B1类主要是特殊成套装置的安全性标准，如EN60204-1"设备的安全，电气配套装置"等；B2类主要是安全操作装置及设计方面的具体要求，如EN547"双手操作的电路"，EN418"紧急分断装置"等。

3) C类标准：安全产品标准。它针对特殊产品的安全性标准，如prEN616~620“手动操作装置与系统”的安全性；prEN692"机械式压力机"的安全性；prEN693"液压式压力机"的安全性等。

"设备法令"强调"设备设计人员的职责是：从一开始就应选择合适的结构特征来避免设备的危害性，或者降低这种危害性"；"控制系统在结构设计上应做到：不允许个别故障而引起的安全功能的丧失，**识别故障，不允许设备继续运行”。

(2) 安全触点的使用。电气控制系统中用于安全回路的“主令元件”类(如紧急分断按钮、*程保护开关等)触点元件，**满足EN(IEC947-5-1)标准的规定。

应特别注意标准中的"强制释放"要求，即安全触点"**依靠形位配合，不能用弹簧零件"使其动作。就是说用于紧急分断、*程保护的按钮、开关，**使用由操作件或手动直接作用的“动断”触点，而不可以使用动合触点信号。

采用“动断”触点的优点是：即使触点发生“熔焊”，通过直接作用力产生的机械变位，仍然可以有效断开"熔焊"，*安全回路的正常动作。

  具有安全功能的行程开关

标准还规定"用于紧急分断的操作件，**能保持在操作(紧急分断)的位置上；只允许使用手或者工具直接作用于紧急分断操作电器上，才能解除操作"，也就是说，不允许使用自动"复位"的普通按钮和限位开关。

简言之，用于设备紧急停止的按钮、*程保护的开关等，只能使用"动断"触点；而且紧急停止的按钮、*程保护的开关**具有“自锁”功能，即应采用具有安全功能的行程开关(如Siemens SIRD 3SE2/3SE3系列行程开关，见图5-6)和旋转复位或拉/压复位的"急停"按钮(见图5-7)。

(3) 双手操作电器的使用。机械设备中有可能对人体产生伤害与危险的部件(如夹具等)，在电气控制系统设计中，**采用“双手操作”的电器与控制电路，以确保操作人员能将自己的双手远离危险区域(相关标准：EN547，DIN24980，VDI0113，EN/97，IEC204-11/98)。

“双手操作”的电路设计应达到以下要求；只有通过“双手”同时操作，使得两个按钮的触点同时接通并保持0.5s以上，才能使得信号输出动作；释放任意一个(或者两个)按钮，即可使输出中断。同时，只有在释放了两个按钮后，才允许进行再次输出。从而使得操作者使用“单手”或“单臂”操作不仅不允许，而且不可能。

  双手操作按钮组合件

“双手操作”一般都需要特殊的控制继电器，按钮可以根据标准要求进行布置，或采用图5-7所示的Siemens公司的SIRD3SB38系列双手操作按钮与“急停”按钮的组合产品。用于“双手操作”控制的继电器典型产品有Siemens公司的3TK2811/3TK2834“双手”接触器安全组合装置，PLC公司的P2HZX系列“双手操作”控制继电器等。

(4) 控制线路的“互锁”。当两个电器执行元件(如电动机正/反转控制接触器)同时动作、可能引起串源短路、机械部件损坏的，为了*控制系统的工作**性，在继电器-接触器控制系统中，需要通过接触器触点进行**的电气“互锁”。