用戶程序的設(shè)計(jì)是PLC應(yīng)用中最關(guān)鍵的問(wèn)題。對(duì)于控制規(guī)模比較大的系統(tǒng)，可根據(jù)工藝流程圖，將整個(gè)流程分解為若干步，確定每步的轉(zhuǎn)換條件，配合分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)及某些特殊功能，以便很容易地轉(zhuǎn)換為梯形圖設(shè)計(jì)。對(duì)于傳統(tǒng)的繼電器控制電路的改造，可根據(jù)原系統(tǒng)的控制電路，將某些橋式電路按照梯形圖的編程規(guī)則進(jìn)行改造后，直接轉(zhuǎn)換為梯形圖。這種方法設(shè)計(jì)周期短，修改、調(diào)試程序簡(jiǎn)單方便。程序設(shè)計(jì)可以與現(xiàn)場(chǎng)施工同步進(jìn)行，以縮短設(shè)計(jì)周期。

在掌握PLC的指令以及操作方法的同時(shí)，還要掌握正確的程序設(shè)計(jì)方法，才能有效地利用可編程序控制器，使它在工業(yè)控制中發(fā)揮巨大作用。PLC程序設(shè)計(jì)常用的方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法、邏輯設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法等。

這種方法沿用了繼電器控制電路來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖。它是在基本控制單元和典型控制環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求，進(jìn)行選擇組合，并經(jīng)過(guò)多次反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，有時(shí)還需要增加一些輔助觸點(diǎn)和中間編程環(huán)節(jié)，才能達(dá)到所需的控制要求。這種方法沒有規(guī)律可遵循，設(shè)計(jì)所需時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，所以稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法適用于較簡(jiǎn)單的梯形圖設(shè)計(jì)。應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法時(shí)必須熟記一些典型的控制電路，如起-保-停電路，脈沖發(fā)生電路等。

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的步驟如下:

1.在準(zhǔn)確了解控制要求后，合理地為控制系統(tǒng)中的事件分配輸人、輸出口。選擇必要的軟元件，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，輔助繼電器等。

2.對(duì)于一些控制要求較簡(jiǎn)單的輸出，可直接寫出它們的工作條件，以起-保-停電路模式完成相關(guān)的梯形圖支路。工作條件稍復(fù)雜的可借助輔助繼電器。對(duì)于控制較復(fù)雜的系統(tǒng)，應(yīng)正確分析控制要求，并確定組成控制要求的關(guān)鍵點(diǎn)。在以邏輯為主的控制中( 如搶答器)關(guān)鍵點(diǎn)為影響控制狀態(tài)的點(diǎn)。在以時(shí)序?yàn)橹鞯目刂浦? 如交通燈)關(guān)鍵點(diǎn)為控制狀態(tài)轉(zhuǎn)化的時(shí)間。

3.將關(guān)鍵點(diǎn)用梯形圖表達(dá)出來(lái)。關(guān)鍵點(diǎn)總是要用軟元件來(lái)代表的，在安排軟元件時(shí)需考慮并安排好。繪制關(guān)鍵點(diǎn)的梯形圖時(shí)，可使用常見的基本環(huán)節(jié)，如定時(shí)器計(jì)時(shí)環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)、分頻環(huán)節(jié)等。在完成關(guān)鍵點(diǎn)梯形圖的基礎(chǔ)上，針對(duì)系統(tǒng)最終的輸出進(jìn)行梯形圖的繪制。使用關(guān)鍵點(diǎn)綜合出最終輸出的控制要求。

4.審查以上草繪圖樣，在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充遺漏的功能，更正錯(cuò)誤，進(jìn)行最后的完善。依靠經(jīng)驗(yàn)直接設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，有時(shí)需要多次反復(fù)的調(diào)整和修改梯形圖，最后才能達(dá)到一個(gè)較為滿意的結(jié)果。因此，這種方法具有很大的隨意性，最終結(jié)果也不唯一。由于過(guò)多依賴經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，因此要求設(shè)計(jì)者具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，要能熟悉掌握控制系的大量實(shí)例和典型環(huán)節(jié)。

繼電器-接觸器控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，已有一套能完成系統(tǒng)要求的控制功能并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的控制電路，而PLC控制的梯形圖和繼電器-接觸器控制電路很相似，因此可以直接將經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的繼電器-接觸器控制電路轉(zhuǎn)換成梯形圖。主要步驟如下:

1.熟悉現(xiàn)有的繼電器-接觸器控制電路。

2.對(duì)照PLC的I/O端子接線圖，將繼電器-接觸器控制電路上的被控器件(如接觸器線圈、指示燈、電磁閥等)換成接線圖上對(duì)應(yīng)的輸出點(diǎn)的編號(hào)，將電路上的輸人裝置(如傳感器、按鈕行、程開關(guān)等)觸點(diǎn)都換成對(duì)應(yīng)的輸人點(diǎn)的編號(hào)。

3.將繼電器接觸器控制電路中的中間維電器、定時(shí)器，用PLC的輔助繼電器、定時(shí)器來(lái)代替。

4.畫出全部梯形圖，并子以簡(jiǎn)化和修改。

這種方法對(duì)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)是可行的，比較方便，但較復(fù)雜的控制電路，就不適用了。

三、邏輯設(shè)計(jì)法

邏輯設(shè)計(jì)法是從控制系統(tǒng)中各種物理量的邏輯關(guān)系出發(fā)的一種設(shè)計(jì)方法。它以布爾代數(shù)為理論基礎(chǔ)，根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中各工步之間各檢測(cè)元件(如行程開關(guān)、傳感器等)狀態(tài)的變化，列出檢測(cè)元件的狀態(tài)表，確定所需的中間記憶元件，再列出各執(zhí)行元件的工序表，然后寫出檢測(cè)元件、中間記憶元件和執(zhí)行元件的邏輯表達(dá)式，并轉(zhuǎn)換成梯形圖。這種方法既有嚴(yán)密可循的規(guī)律性和可行的設(shè)計(jì)步驟，又有簡(jiǎn)便、直觀和十分規(guī)范的特點(diǎn)。該方法在單一的條件控制系統(tǒng)中，非常好用，相當(dāng)于組合邏輯電路，但和時(shí)間有關(guān)的控制系統(tǒng)中，就很復(fù)雜。主要步驟如下:

1.通過(guò)結(jié)合控制要求進(jìn)行具體分析，給制控制系統(tǒng)循環(huán)圖和檢測(cè)元件分布圖，取得電氣執(zhí)行元件功能表。

2.繪制控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，通常它由輸出信號(hào)狀態(tài)表、輸人信號(hào)狀態(tài)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換主令表和中間記憶狀態(tài)表四部分組成。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，進(jìn)行控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)，包括寫出中間記憶元件的邏輯表達(dá)式和執(zhí)行元件的表達(dá)式。

3.將邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)化為梯形圖或語(yǔ)句表形式。由于語(yǔ)句表的結(jié)構(gòu)和形式與邏輯函數(shù)非常相似，很容易直接由邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)化。而梯形圖可以通過(guò)語(yǔ)句表過(guò)渡一下，或直接由邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)化。

4.程序的完善和補(bǔ)充。主要包括手動(dòng)工作方式的設(shè)計(jì)、手動(dòng)與自動(dòng)工作方式的選擇、自動(dòng)工作循環(huán)、保護(hù)措施等。

根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步地設(shè)計(jì)下去，直至完成。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。狀態(tài)流程圖又叫功能表圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或狀態(tài)圖。它是完整地描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和狀態(tài)的一種圖形，是分析和設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)順序控制程序的一種重要工具。首先將被控制對(duì)象的工作過(guò)程按輸出狀態(tài)的變化分為若干步，并指出工步之間的轉(zhuǎn)換條件和每個(gè)工步的控制對(duì)象。這種工藝流程圖集中了工作的全部信息。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以用中間繼電器(M)來(lái)記憶工步，一步一步地順序進(jìn)行，也可以用順序控制指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。狀態(tài)流程圖是一種通用的技術(shù)語(yǔ)言， 可以為不同專業(yè)的工程技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)交流服務(wù)。

最后軟件設(shè)計(jì)好后一般先進(jìn)行模擬調(diào)試。 模擬調(diào)試可以通過(guò)仿真軟件來(lái)代替PIC硬件在計(jì)算機(jī)上調(diào)試程序。如果有 PLC硬件，可以用小開關(guān)和按鈕模擬PLC的實(shí)際輸人信號(hào)（如起動(dòng)、停止信號(hào))或反饋信號(hào)(如限位開關(guān)的接通或斷開），再通過(guò)輸出模塊上各輸出位對(duì)應(yīng)的指示燈，觀察輸出信號(hào)是否滿足設(shè)計(jì)的要求。需要模擬量信號(hào) I/O時(shí)，可用電位器和萬(wàn)用表配合進(jìn)行。在編程軟件中可以用狀態(tài)圖或狀態(tài)圖表監(jiān)視程序的運(yùn)行或強(qiáng)制某些編程元件。

在模擬調(diào)試過(guò)程中，應(yīng)充分考慮各種可能出現(xiàn)的情況對(duì)各種不同的工作方式以及運(yùn)行條件都應(yīng)逐一試驗(yàn)，不能遺漏，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)修改。對(duì)于指令較多的程序，需采用設(shè)置斷點(diǎn)的方法，加快程序故障的查找，直到在各種可能的情況下，控制系統(tǒng)完全符合系統(tǒng)控制受求。

完成PLC整個(gè)軟硬件設(shè)計(jì)后，將PIC安裝到控制現(xiàn)場(chǎng)或?qū)⒄{(diào)試好的程序傳送到現(xiàn)場(chǎng)使用的PLC存儲(chǔ)器中，連接好PLC與輸人信號(hào)以及驅(qū)動(dòng)負(fù)載的接線。待確認(rèn)連接無(wú)誤后，就可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。調(diào)試時(shí)主電路一定要斷電，先對(duì)控制電路進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，還會(huì)發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題或?qū)δ承┛刂乒δ艿母倪M(jìn)，應(yīng)及時(shí)解決調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)的軟件和硬件方面的問(wèn)題，直到滿足工藝流程和系統(tǒng)控制要求。

根據(jù)調(diào)試的最終結(jié)果，整理出完整的技術(shù)文件，如電氣接線圖、狀態(tài)流程圖、帶注釋的梯形圖以及必要的文字說(shuō)明等，隨系統(tǒng)一起交付使用。在說(shuō)明書中通常對(duì)程序的控制要求、程序的結(jié)構(gòu)、流程圖等給以必要的說(shuō)明，并且給出程序的安裝操作使用步驟等。