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 将机床中原有的"继电器-接触器"控制电路的功能置换用PLC梯形图来实现可有两种思路。一种思路是套用继电器控制电路的结构设计梯形图，采用这种方式时，先进行电器元件的代换。具体代换方法为：按钮、传感器等主令传感设备用输入继电器代替，接触器等执行器件用输出继电器代替，原图中的中间继电器、计数器、定时器则用PLC机内的同类功能的编程元件代替：这种方式转换的问题是转换出来的梯形图大多不符合梯形图的结构原则，还需要进行调整。另一种思路是根据“继电器-接触器”控制电路图上反映出来的电气元件的控制逻辑要求重新进行柳形图的设计；这种方法可以利用PLC中有许多辅助继电器的特点，将继电器控制电路图中的复杂结构化解为简单结构。

  识读和分析机床PLC控制梯形图和语句表程序的方法和步骤

  在进行了机床设备控制的PLC技术改造之后，特别是对于较为复杂的机床设备，为了今后自己识读或为其他用户的工程技术人员识读提供方便，通常还应特别给出PLC控制电路的工作过程分析等技术文件。这就需要熟练掌握识读和分析PLC梯形图和语句表程序的方法和步骤。

  对于一般的PLC控制系统，都给出PLC控制电路与梯形图。PLC控制电路包括PLC控制电路主电路与PLC的I/O接线。这就是识读和分析PLC梯形图和语句表程序的原始资料。识读和分析机床PLC控制梯形图和语句表程序的方法和步骤如下：

  1. 总体分析

  (1) 系统分析。依据控制系统所需完成的控制任务，对被控对象—机床的工艺过程、工作特点以及控制系统的控制过程、控制规律、功能和特征进行详细分析。明确输入、输出的物理量是开关量还是模拟量，明确划分控制的各个阶段及其特点，阶段之间的转换条件，画出完整的工作流程图和各执行元件的动作节拍表。

  (2) 看PLC控制电路主电路。通过看PLC控制电路主电路进一步了解工艺流程和对应的执行装置和元器件。

  (3) 看PLC控制系统的I/O配置表和PLC的I/O接线图。通过看PLC控制系统的I/O配置表和PLC的I/O接线图，了解输入信号和对应输入继电器编号、输出继电器的分配及其所连接对应的负载。

  在没有给出输入/输出设备定义和I/O配置的情况下，应根据PLC的I/O接线图或梯形图和语句表，定义输入/输出设备和配置I/O。

  (4) 通过PLC的I/O接线图了解梯形图和语句表。PLC的I/O接线是连接PLC控制电路主电路和PLC梯形图的纽带。“继电器-接触器”电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构用PLC的输出继电器来控制，它们的线圈接在PLC的I/O接线的输出端。按钮、控制开关、限位开关、接近开关、传感测量元器件等用来价PLC提供控制命令和反馈信号，它们的触点接在PLC的I/O接线的输入端。

  1) 根据所用电器(如电动机、电磁阀、电加热器等)主电路的控制电器(接触器、继电器)主触点的文字符号，在PLC的I/O接线图中找出相应控制电器的线圈，并可得知控制该控制电器的输出继电器，再在梯形图或语句表中找到该输出继电器的梯级或程序段，并将相应输出设备的文字代号标注在梯形图中输出继电器的线圈及其触点旁。

  2) 根据PLC I/O接线的输入设备及其相应的输入继电器。在梯形图(或语句表)中找出输入继电器的动合触点、动断触点，并将相应输入设备的文字代号标注在梯形图中输入继电器的触点旁。值得注意的是，在梯形图和语句表中，没有输入继电器的线圈。

  2. 梯形图和语句表的结构分析

  看其结构是采用一般编程方法还是采用顺序功能图编程方法：采用顺序功能图编程时是单序列结构还是选择序列结构、并行序列结构；是使用了"启-保-停"电路、步进顺控指令进行编程还是用置位复位指令进行编程。

  另外，还要注意在程序中使用了哪些功能指令，对程序中不太熟悉的指令，还要查阅相关资料。

  3. 梯形图和语句表的分解

  由操作主令电路(如按钮)开始，查找追踪到主电路控制电器(如接触器)动作，中间要经过许多编程元件及电路，查找起来比较困难。

  无论多么复杂的梯形图和语句表，都是由一些基本单元构成的。按照主电路的构成情况，可首先利用逆读溯源法，把梯形图和语句表分解成与主电路所用电器(如电动机)相对应的若干个基本单元(基本环节)；然后再利用顺读跟踪法，逐个环节加以分析；Zui后再利用顺读跟踪法把各环节串接起来。

  将梯形图分解成若干个基本单元，每一个基本单元可以是梯形图的一个梯级(包含一个输出元件)或几个梯级(包含几个输出元件)，而每个基本单元相当于"继电器-接触器"控制电路的一个分支电路。

  (1)按钮、行程开关、转换开关的配置情况及其作用。在PLC的I/O接线图中有许多行程开关和转换开关，以及压力继电器、温度继电器等。这些电器元件没有吸引线圈，它们触点的动作是依靠外力或其他因素实现的，因此必须先找到引起这些触点动作的外力或因素。其中行程开关由机械联动机构来触压或松开，而转换开关一般由手工操作。这样，使这些行程开关、转换开关的触点，在设备运行过程中便处于不同的工作状态，即触点的闭合、断开情况不同，以满足不同的控制要求，这是看图过程中的一个关键。

  这些行程开关、转换开关触点的不同工作状态，单凭看电路图有时难以描清楚，必须结合设备说明书、电器元件明细表，明确该行程开关、转换开关的用途；操纵行程开关的机械联动机构；触点在不同的闭合或断开状态下，电路的工作状态等。

  (2) 采用逆读溯源法将多负载(如多电动机电路)分解为单负载(如单电动机)电路。根据主电路中控制负载的电器主触点文字符号，在PLC的L/O接线图中找出控制该负载的接触器线圈的输出继电器，再在梯形图和语句表中找出控制该输出继电器的线圈及其相关电路，这就是控制该负载的局部电路。

  在梯形图和语句表中，很容易找到该输出继电器的线圈电路及其得电、失电条件，但引起该线圈得电、失电的电路及其相关电路有时就不太容易找到，可采用逆读溯源法去寻找。

  1) 在输出继电器线圈电路中串、并联的其他编程元件触点，这些触点的闭合、断开就是该输出继电器得电、失电的条件。

  2) 由这些触点再找出它们的线圈电路及其相关电路，在这些线圈电路中还会有其他接触器、继电器的触点。

  3) 如此找下去，直到找到输入继电器(主令电器)为止。

  值得注意的是，当某编程元件得电吸合或失电释放后，应该把该编程元件的所有触点所带动的前后级编程元件的作用状态全部找出，不得遗漏。

  找出某编程元件在其他电路中的动合触点、动断触点，这些触点为其他编程元件的得电、失电提供条件或者为互锁、连锁提供条件、引起其他电器元件动作，驱动执行电器。

  (3) 将单负载电路的进一步分解。控制单负载的局部电路可能仍然很复杂，还需要进一步分解，直至分解为基本单元电路。

  (4) 分解电路的注意事项。

  1) 电动机主轴连接有速度继电器，则表明该电动机按速度控制原则组成反接制动电路。

  2) 若电动机主电路中接有整流器，表明该电动机采用能耗制动停车电路。

  4. 集零为整，综合分析

  把基本单元电路串起来，采用顺读跟踪法分析整个电路。综合分析时应注意以下几个方面：

  1) 分析PLC梯形图和语句表的过程与PLC扫描用户程序的过程一样，从左到右、自上而下，按梯级或程序段的顺序逐级分析。

  2) 值得指出的是，在程序的执行过程中，在同一周期内，前面的逻辑运算结果影响后面的触点，即执行的程序用到前面的Zui新中间运算结果；但在同一周期内，后面的逻辑运算结果不影响前面的逻辑关系。该扫描周期内除输入继电器以外的所有内部继电器的Zui终状态(线圈导通与否、触点通断与否)，将影响下一个扫描周期各触点的通与断。

  3) 某编程元件得电，其所有动合触点均闭合、动断触点均断开。某编程元件失电，其所有已闭合的动合触点均断开(复位)，所有已断开的动断触点均闭合(复位)；因此编程元件得电、失电后，要找出其所有的动合触点、动断触点，分析其对相应编程元件的影响。

  4) 按钮、行程开关、转换开关闭合后，其相对应的输入继电器得电，该输入继电器的所有动合触点均闭合，动断触点均断开。

  再找出受该输入继电器动合触点闭合、动断触点断开影响的编程元件，并分析使这些编程元件产生什么动作，进而确定这些编程元件的功能。值得注意的是，这些编程元件有的可能立即得电动作，有的并不立即动作而只是为其得电动作做好准备。

  在“继电器-接触器”控制电路中，停止按钮和热继电器均用动断触点，为了与“继电器-接触器”控制的控制关系相一致，在PLC梯形图中，同样也用动断触点，这样一来，与输入端相接的停止按钮和热继电器触点就必须用动合触点。在识读程序时必须注意这一点。

  5) “继电器-接触器”电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的辅助继电器和定时器来完成，它们与PLC的输入继电器和输出继电器无关。

  6) 设置中间单元，在梯形图中，若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，为了简化电路，在梯形图中可设置用该电路控制的辅助继电器，辅助继电器类似于“继电器-接触器”电路中的中间继电器。

  7) 时间继电器瞬动触点的处理。除了延时动作的触点外，时间继电器还有在线圈得电或失电时马上动作的瞬动触点。对于有瞬动触点的时间继电器，可以在梯形图中对应的定时器线圈两端并联辅助继电器，后者的触点相当于时间继电器的瞬动触点。

  8) 外部连锁电路的设立。为了防止控制电动机正反转的两个接触器同时动作、造成三相电源短路，除了在梯形图中设置与它们对应的输出继电器线圈串联的动断触点组成的软互锁电路外，还应在PLC外部设置硬互锁电路。

  下面对现实生产中常用的几种典型机床设备进行PLC技术改造的示范设计。

S7-200PLC属于S7-200/300/400/1200家族中的功能精简、I/O点数少、扩展性能低的PLC系列产品，可以称为微型PLC系列产品。产品可以用于输入/输出点数较少的小型机械与设备的单机控制。但是，由于其通信与网络功能较强，因此也可以作为复杂系统的“子站”使用，构成PLC网络。

  (1)S7-200 PLC简介

  与早期的产品相比较，新系列S7-200的性能有了如下提高∶

  a. GPU的运算速度提高了40%

  b. 增加了在线编程功能;

  c. 增加了存储器卡扩展功能

  d. 增加了CPU诊断状态指示(LED)

  e. 提高了PID调节、参数自动整定功能

  f. 脉冲输出指令增加了线性(斜坡)给定功能;

  g.增加了数据记录功能，可以实时记录PLC的运行状态信息(本功能需要存储器卡的支持)。

  新系列的S7-200 PLC需要STEP7-Micro/WIN4.0以上的版本文持。

  ①主要特点 S7-200PLC的主要特点如下。

  a.采用整体式固定I/O型(CPU221)与基本单元加扩展的结构，PLC的CPU、电源、输入/输出安装于一体，结构紧凑、安装简单。

  b.运算速度快，基本逻辑控制指令0.22μs/条，可以实现高速控制。

  c. 编程指令、编程元件较丰富，性能价格比高。

  d.系列PLC均带有固数的高速计数输入与高速脉冲输出，输入/输出频率可以达到20～100kHz。

  e. 系列PLC均带有RS-485串行通信接口，可以支持自由口通信(无协议通信)与PPI (点到点通信)、MPI(多点通信)、PROFIBUS现场总线通信。

  对于具有扩展功能的S7-200 PLC，通过扩展模块还可以增加如下功能。

  a.通信功能扩展，通过PROFIBUS-DP(EM227)、AS-i(CP243-2)、调制解调器(EM241)、以太网(CP243-1、CP243-1IT)等通信模块，PLC可以与工业以太网、现场总线网等不同的网络进行连接，组成PLC网络系统。

  b.控制功能扩展，通过多点模拟量输入/输出模块、各种温度测量模块、定位脉冲模块等实现场温度、速度、位置等参数的控制、测量、调节等功能。

  但是，相对来说，S7-200 PLC能扩展的功能模块数量较少，其适用的范围受到了一定的限制。

  ②产品结构 2006年新版 S7-200 PLC包括了CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、五种规格。其中，CPU221为整体式固定I/O型结构(见图1-36)，PLC的I/O点数固定为6/4点，处理器、存储器、电源、输入输出接口、通信接口等都安装在模块上，I/O点数个能改变，且无I/O扩展模块接口。其余的规格均为基本单元加扩展的结构，PLC的CPU、存储器、电源、基本输入/输出接口、通信接口等都安装于基本单元上;基本单元还带有集成的I/O点;I/O扩展模块以及网络通信功能模块通过PLC 的扩展电缆与接口与基本单元连接，扩展模块的数量在不同PLC中也有所不同，其外形见图1-38。

  ③性能比较S7-200PLC 的 CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226 五种规格中，性能依次提高，特别是用户程序存储器容量、1/O点(开关量与模拟量)数量、高速计数功能等方面有明显区别。几种规格PLC的基本性能比较见图2-2。

PLC控制系统设计的一般步骤与传统的继电器——接触器控制系统的设计相比较，组件的选择代替了原来的器件选择，程序设计代替了原来的逻辑电路设计。

（1）根据工艺流程分析控制要求，明确控制任务，拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。工艺流程的特点和要求是开发PLC控制系统的主要依据，所以详细分析、认真研究，从而明确控制任务和范围。如需要完成的动作（动作时顺、动作条件，相关的保护和联锁等）和应具备的操作方式（手动、自动、连续、单周期，单步等）。

（2）确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），估算PLC的I/O点数；分析控制对象与PLC之间的信号关系，信号性质，根据控制要求的复杂程度，控制精度估算PLC的用户存储器容量。

（3）选择PLC。PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对于整个控制系统的各项技术、经济指标起着重要的作用，PLC的选择包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。选择PLC的依据是输入输出形式与点数，控制方式与速度、控制精度与分辨率，用户程序容量。

（4）分配、定义PLC的I/O点，绘制I/O连接图。根据选用的PLC所给定的元件地址范围（如输入、输出、辅助继电器、定时器、计数器。数据区等），对控制系统使用的每一个输入、输出信号及内部元件定义的信号名和地址，在程序设计中使用哪些内部元件，执行什么功能格都要做到清晰，无误。

（5）PLC控制程序设计。包括设计梯形图、编写语句表、绘制控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是系统工作正常，安全。可靠的关键，因此，控制程序的设计经过反复测试。修改，直到满足要求为止。

（6）控制柜（台）设计和现场施工。在进行控制程序设计的同时，可进行硬件配备工作，主要包括强电设备的安装、控制柜（台）的设计与制作、可编程序控制器的安装、输入输出的连接等。在设计继电器控制系统时，在控制线路设计完成后，才能进行控制柜（台）设计和现场施工。可见，采用PLC控制系统，可以使软件设计与硬件配备工作平行进行，缩短工程周期。如果需要的话，尚需设计操作台、电气柜、模拟显示盘和非标准电器元部件。

（7）试运行、验收、交付使用，并编制控制系统的技术文件。编制控制系统的技术文件包括说明书、设计说明书和使用说明书、电器图及电器元件明细表等。

传统的电器图，一般包括电器原理图、电器布置图及电器安装图。在PLC控制系统中，这一部分图可以统称为“硬件图”。它在传统电器图的基础上增加了PLC部分，因此在电器原理图中应增加PLC的I/O连接图。此外，在PLC控制系统的电器图中还应包括程序图（梯形图），可以称它为“软件图”。向用户提供“软件图”，可便于用户发展或工艺进时修改程序，并有利于用户在维修时分析和排除故障。根据具体任务，上述内容可适当调整。