一个PLC控制系统的完整设计流程图，其中前期工作包括分析被控对象，提出并论证系统方案以及系统总体设计。被控对象的分析和描述是为了确认被控对象和明确控制任务，熟悉被控对象是设计控制系统的基础。系统方案论证和系统总体设计则是为了确定一个可行的控制系统总体构架，其中的每个细节都必须经过反复斟酌，尽量减少工程实施过程中可能遇到的阻碍。中期的工作则是进行硬件设计和软件设计，包括硬件、软件涉及的选型和编程调试。后期则是需要将软硬件组合成完整的控制系统进行调试，排除出现的故障，完成定型的PLC控制系统

1. CPU一般知识

PLC产品种类繁多，其规格和性能各不相同。其中PLC的中央处理单元（CPU）主要有接收并存储用户程序和数据，诊断电源、内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，接收现场输入设备的状态和数据并存入寄存器中，读取用户程序，按指令产生控制信号，完成规定的逻辑或算术运算；以及更新有关状态和内容，再实现输出控制、制表、打印或数据通信等功能。

CPU一般包括：后备电池、DC 24V连接器、模式选择开关、状态及故障指示器、RS-485编程接口、MPI。

CPU的选择是合理配置系统资源的关键，选择时必须考虑控制系统对CPU的要求，包括系统集成功能、程序块数量限制、各种位资源、MPI接口能力、是否有PROFIBUS-DP主从接口、RAM容量、温度范围等。一般情况下，可以根据设计需求的合理结构类型、合理的安装方式、设计功能要求、响应速度要求以及系统的可靠性来选择PLC的CPU。**在西门子公司的技术支持下进行，以获得合理的、**的选择方案。

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CPU类型

S7-300有多种不同型号的CPU，这些CPU按性能等级划分，几乎涵盖了各种应用范围大致划分为4个系列。

（1）标准型CPU系列。包括CPU313、314、315、315-2 DP、316-2 DP、318-2。型号尾部有后缀“DP”字样的，表明该型号CPU集成有现场总线PROFIBUS-DP通信接口。此外还有几种重新定义型的CPU，包括CPU312、314、317-2 DP等。

（2）集成型CPU系列。主要有CPU 312 IFM和CPU 314 IFM两种。在这两种CPU内部集成了部分I/O点、高速计数器及某些控制功能。

（3）紧凑型CPU系列，型号后缀带有字母C，包括CPU 312C、313C、313C-2 PtP、313-2 DP、314C-2 PtP、314-2 DP。型号尾部后缀带有“PtP”字样的，表明该型号CPU集成有第二个串行口，两个串行口都有点对点（PtP）通信功能。

（4）故障安全型CPU系列。这个系列的CPU是西门子公司*新推出的具有更高可靠性的CPU，主要型号有CPU 315F、317F-2 DP。

S7-400系列的CPU集成有MPI和DP通信接口，有很强的通信功能，有PROFIBUS-DP和工业以太网通信模块，以及点到点通信模块。通过PROFIBUS-DP或AS-i现场总线，可以周期性地自动交换I/O模块的数据。在自动化系统之间，PLC与计算机和HMI站之间，均可以交换数据。数据通信可以周期性地自动进行或基于事件驱动，由用户程序调用。

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S7-400有7种不同型号的CPU，分别适用于不同等级的控制要求。不同型号的CPU面板上的元件不完全相同，CPU内的元件封装在一个牢固而紧凑的塑料机壳内，面板上有状态和故障指示LED，方式选择钥匙开关和通信接口。大多数CPU还有后备电池盒，存储器插槽可插入多达数兆字节的存储器卡。

CPU417工作存储器可以扩展，在CPU模块的存储器卡插槽内插入RAM存储卡，可以增加装载存储器的程序容量。Flash EPROM（快闪存储器）卡用来存储程序和数据，即使在没有后备电池的情况下，其内容也不会丢失。可以在编程器或CPU上编写Flash卡的内容，Flash卡也可以扩展CPU装载存储区的容量。CPU417-4和CPU417-4H还有存储器扩展接口，可以扩展工作存储器。集成式RAM不能扩展，集成装载存储器为256KB（RAM），用存储器卡扩展FEPROM和RAM*大各64KB。电池可以对所有的数据提供后备电源。

2.3.2 PLC扩展模块选型

西门子S7系列的PLC扩展了CPU的能力，提供了各种扩展模块（包括信号模块SM、通信模块CM或通信板CP）和信号板（SB）用于扩展CPU的能力，通过增加的I/O和通信接口，可以极好地满足客户的众多应用需求。S7-300/400有多种拓展方式，实际选用时，可通过控制系统接口模块扩展机架、PROFIBUS-DP现场总线、通信模块、远程I/O及PLC子站等来扩展PLC或预留扩展口。PLC扩展模块使用时，需要同时加载在硬件和软件上在选择扩展模块时，应该注意以下几个问题。

（1）模块的电压等级。可根据现场设备与模块之间的距离来确定。当外部线路较长时，可选用AC 220V电源；当外部线路较短且控制设备相对集中时，可以选用DC 24V电源。

数字量输出模块的输出类型。数字量输出有继电器、晶闸管、晶体管三种形式。在通断不频繁的场合应该选择继电器输出；在通断频繁的场合，应该选用晶闸管或晶体管输出，注意晶闸管只能用于交流负载，晶体管只能用于直流负载。

（3）模拟量信号类型。模拟量信号传输应尽量采用电流型信号传输。因为电压量信号极易引入干扰，一般电压信号仅用于控制设备柜内电位器的设置，或距离较近、电磁环境好的场合。

2.3.3 控制系统传感器选型

传感器相当于整个控制系统的“五官”，它的确定对系统有至关重要的影响。一般来说，选择一个传感器时，应注意以下几个问题。

（1）测量范围；

（2）测量精度；

（3）可靠性；

（4）接口类型。

2.3.4 控制系统执行器及控制器选型1. 执行器选型

执行器相当于整个控制系统的“手”和“脚”，决定了系统的实际工作效果，其重要性不言而喻。与传感器相对应，在选择执行器时，应考虑以下几个问题。

（1）输出范围：

（2）输出精度；

其中，执行器—传感器接口（Actuator Sensor Interface，AS-i）符合EN50295标准，这是是一种开放标准，世界上领先的执行器和传感器制造商都支持AS-i。