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PLC控制系统的设计与其他任何工作一样，首先得知道“干什么”，才能考虑“怎么干”与如何“干得好”的问题。因此，不管控制系统终采用何种类型，其根本目的都是为了满足对象的控制要求，为此，而向终控制对象的控制要求必须在设计前得到明确。

设计人员通过对控制对象的现场了解或对机械、气动、液压工作原理的研究，明确了控制对象的控制要求后，为了便于设计，需要对要求的动作进一步分析与分解处理。如对液压、气动控制的机械，应该将其控制要求转化为动作循环图、液/气压控制系统组成简图、电磁元件动作表；对于单纯电气控制的动作，应转化为动作时序图或控制要求表等。根据循环图、液/气压系统简图、时序图、控制要求表的动作需要，就可以规划必要的指令元件(如按钮、触摸屏开关)、行程检测开关、执行元件、功能部件等。这些简洁、清晰的图形资料，可以为PLC的选型、用户程序的设计提供依据。

(1) 动作循环图。动作循环图(包括电磁元件动作表)是一种通过生产设备或生产过程的“动作”，以及实现这些动作所需的执行元件、检测元件的状态，来描述控制要求的一种方法。

动作循环图的特点是控制要求明确，动作过程清晰；执行元件与检测元件间的相互关系具体。在机(械)、电(气)、液(压)、气(动)联合控制的设备或生产线(如组合机床、自动线)上多采用这种方法来表达控制要求。

图5-2(a)为某进口机床的工作台“夹紧/松开”液压控制简图，根据机床实际动作要求转化成的动作循环图、电磁元件动作表如图5-2(b)所示。

动作循环图一般由机械、液压系统的设计提供，但电气设计人员必须对此进行具体了解(机电一体化设计人员自行解决)。特别是图中所使用的执行元件性能与参数(如电磁阀的额定电压、电流等)，检测元件的性质(有触点开关、接近开关等)，设计人员必须掌握，以便确定驱动方式与设计必要的驱动线路。

图5-2 某进口机床的工作台“夹紧/松开”控制

(a)液压控制简图;(b)动作循环图

(2) 时序图。时序图是根据输入信号与输出信号的时序关系，通过“波形”的形式描述控制要求的一种方法。对于单纯的电气控制动作要求，通过时序图可以明确各输入信号与输出信号间的相互关系与动作的次序，为PLC程序设计提供依据。

图5-3是某机床冷却电动机的手动“启动/停止”控制方案图。机床冷却控制的要求是：按下按钮，如果原来冷却电动机处在停止状态，则启动；如果原来冷却电动机处在工作状态，则停止。

图5-3 某机床冷却电动机控制方案图

在冷却控制方案中，图5-3(a)所示为主回路。根据控制要求，可以达到指令信号Sl与Kl的控制时序关系如图5-3(b)所示。其中的Sl为根据控制要求设计、安装在操作面板上的冷却"启动/停止"按钮；K1是控制冷却电动机主回路需要的接触器。

(3) 控制要求表。

控制要求表是利用表格形式表达控制条件与控制输出间相互关系的一种方法。通常适用于控制条件较多，信号间相互关系复杂，无法通过简单的图形、时序关系描述控制要求的场合。

表5-1是机械主轴"启动/停止"控制方案表。如主轴启动条件不具备，主轴不能进行旋转。当启动条件具备时，机床主轴控制的动作如下：

1) 在手动操作方式下，按下操作面板上的“主轴启动”按钮可以使主轴启动；按下操作面板上的“主轴停止”按钮可以使主轴停止。

2) 在自动操作方式下，通过来自PLC定位控制模块的MO3代码指令，可以使主轴启动；通过M05代码指令，可以使主轴停止。

3) 如操作方式不为手动或自动，或主轴启动条件不具备，主轴不能旋转；而且，操作面板上的"主轴启动"按钮无效。

4) 当主轴在自动方式下旋转时，通过“主轴停止”按钮，仍然可以停止主轴。

5) 当主轴在自动方式下停止时，不可以通过"主轴启动"按钮启动主轴。

6) 在其他操作方式下，不可以启动主轴。

机床主轴正转输出信号为中间继电器，利用中间继电器的动合触点控制主轴驱动器“位能”。以上控制要求对应的操作方式见表5-1。

表5-1 主轴电机启动/停止控制要求表

根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。

1.整体式PLC

整体式又叫做单元式或机箱式，它的体积小、价格低，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。

2.模块式PLC

大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成，模块插在模块插座上，后者焊接在机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和电缆相连。

用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能块，对硬件配置的选择余地较大，维修时换模块也很方便。

3.CPU模块中的存储器

存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，系统程序相当于个人计算机中的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC设计者的规定的各种工作。系统程序由PLC的生厂家设计并固定化在ROM（只读存储器）中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要球的特定功能，用户程序存储器的容量以字节（B）为单位。

（1）.随机存取存储器（RAM）

用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读/写存储器。RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。

（2）.只读存储器（ROM）

ROM的内容只能读出，不能写入。

（3）.可以电檫出可编程的只读存储器（EEPROM）

S7-200用EEPROM来存储用户程序和长期保存的重要数据。

4.I/O模块

各I/O点的通/断状态用发光二管（LED）显示，PLC与外部接线的连接一般用接线端子，某些模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需断开端子板上的连接线，就可以迅速的换模块。

输入模块：PLC通过输入模块来接收和采集输入信号，通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行器，PLC控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报置等。输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。

输出模块：输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动交流负载）和小型继电器，继电器可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为0.5—2A,负载电源由外部现场提供。