在工業自動化控制系統中，PLC（可編程邏輯控制器）控制柜起著至關重要的作用。它的設計涉及到諸多方面，包括電裝布局、接線圖和原理圖等。下面我們將詳細介紹 PLC 控制柜的設計原理以及相關的布局接線要點。
- 按圖接線：在接線之前，必須仔細閱讀圖紙，充分領會設計者的意圖。不能僅憑個人所謂的豐富經驗進行接線。如果發現圖紙中有不明之處或者矛盾之處，應該時間與設計師聯系確認，確保無誤后再進行接線施工。這是保證 PLC 控制柜正常運行的基礎，因為圖紙是經過精心設計的，每一個連接點和線路都有其特定的功能和意義。
- 清晰的接線順序：接線順序要清晰明了，流程應簡單且具有可檢查性。然而在實際操作中，很多人往往只是簡單地將線頭一接，盒子一蓋就完事了，這種做法可能會導致后期維護困難，也難以排查故障。合理的接線順序可以提高工作效率，減少錯誤的發生。
- 靈活運用接線技巧和工具
- 單芯線和多芯線的處理：在處理接線板和接線端子時，單芯線剝皮后可直接壓入，多芯線則建議使用冷壓端子，不建議搪錫。這是因為搪錫可能會導致線芯變硬，影響連接的可靠性。
- PLC 擴展模塊的接線：對于 PLC 的擴展模塊，當公共端和供電端的接線處理時，現場維護設備通常希望供電電源在端子上分配短接后分別引入用戶點，并使用線號管或在端子上做好標記指明去處，這樣直觀明了，相互之間影響小。不希望從一點并到另一點，也不希望一個端子下接兩根以上的線。對于電源端子排，使用帶保險的端子或端子上下之間可以斷開連接的那種，在查找短路故障時會非常方便。
- 外部電路接線
- 電氣控制線路：以電動機全壓起動控制的接觸器電氣控制線路為例，控制邏輯由交流接觸器 KM 、指示燈 HL1、HL2、熱繼電器常閉觸頭 FR、停止按鈕 SB2、起動按鈕 SB1 及接觸器常開輔助觸頭 KM 通過導線連接實現。合上 QS 后按下起動按鈕 SB1，線圈 KM 通電并自鎖，接通指示燈 HL1 所在支路的輔助觸頭 KM 及主電路中的主觸頭，HL1 亮、電動機 M 起動；按下停止按鈕 SB2，線圈 KM 斷電，指示燈 HL1 滅，M 停轉。
- PLC 控制接線：采用 SIEMENS 的一款 S7 系列 PLC 實現電動機全壓起動控制時，主電路保持不變，熱繼電器常閉觸頭 FR、停止按鈕 SB2、起動按鈕 SB1 等作為 PLC 的輸入設備接在 PLC 的輸入接口上，而交流接觸器 KM 線圈、指示燈 HL1、HL2 等作為 PLC 的輸出設備接在 PLC 的輸出接口上。控制邏輯通過執行按照電動機全壓控制要求編寫并存入程序內的用戶程序實現。
- 建立內部 I/O 映像區：在 PLC 存儲器內開辟了 I/O 映像存儲區，用于存放 I/O 信號的狀態，分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。此外，PLC 其它編程元件也有相對應的映像存儲器，稱為元件映像寄存器。I/O 映像區的大小由 PLC 的系統程序確定，系統的輸入輸出點的編址號與 I/O 映像區的映像寄存器地址號相對應。PLC 工作時，將采集到的輸入信號狀態存放在輸入映像區對應的位上，運算結果存放到輸出映像區對應的位上，執行用戶程序時所需描述輸入繼電器的等效觸頭或輸出繼電器的等效觸頭、等效線圈狀態的數據取用于 I/O 映像區，而不直接與外部設備發生關系。這樣不僅加快了程序執行速度，而且使控制系統與外界隔開，提高了系統的抗干擾能力。
- 內部等效電路：以起動按鈕 SB1 為例，其接入接口 I0.0 與輸入映像區的一個觸發器 I0.0 相連接。當 SB1 接通時，觸發器 I0.0 被觸發為 “1” 狀態，這個 “1” 狀態可被用戶程序直接引用為 I0.0 觸頭的狀態，此時 I0.0 觸頭與 SB1 的通斷狀態相同；反之，SB1 斷開，I0.0 觸頭狀態為 “0”。由于 I0.0 觸發器功能與繼電器線圈相同且不用硬，所以 I0.0 觸發器等效為 PLC 內部的一個 I0.0 軟繼電器線圈，直接引用 I0.0 線圈狀態的 I0.0 觸頭就等效為一個受 I0.0 線圈控制的常開觸頭。同理，停止按鈕 SB2 與 PLC 內部的一個軟繼電器線圈 I0.1 相連接，SB2 閉合，I0.1 線圈的狀態為 “1”，反之為 “0”，而繼電器線圈 I0.1 的狀態被用戶程序取反后引用為 I0.1 觸頭的狀態，所以 I0.1 等效為一個受 I0.1 線圈控制的常閉觸頭。而輸出觸頭 Q0.0、Q0.1 則是 PLC 內部繼電器的物理常開觸頭，一旦閉合，外部相應的 KM 線圈、指示燈 HL1 就會接通。PLC 輸出端有輸出電源用的公共接口 COM。
- PLC 控制系統構成
- 輸入電路：輸入電路的作用是將輸入控制信號送入 PLC，輸入設備為按鈕 SB1、SB2 及 FR 常閉觸頭。外部輸入的控制信號經 PLC 輸入到對應的一個輸入繼電器，輸入繼電器可提供任意多個常開觸頭和常閉觸頭，供 PLC 內部控制電路編程使用。
- 輸出電路：輸出電路的作用是將 PLC 的輸出控制信號轉換為能夠驅動 KM 線圈和 HL1 指示燈的信號。PLC 內部控制電路中有許多輸出繼電器，每個輸出繼電器除了為 PLC 內部控制電路提供編程用的常開觸頭和常閉觸頭外，還為輸出電路提供一個常開觸頭與輸出端口相連，該觸頭稱為內部硬觸頭，是一個內部物理常開觸頭。通過該觸頭驅動外部的 KM 線圈和 HL1 指示燈等負載，而 KM 線圈再通過主電路中 KM 主觸頭去控制電動機 M 的起動與停止。驅動負載的電源由外部電源提供，PLC 的輸出端口中還有輸出電源用的 COM 公共端。
- 內部控制電路：內部控制電路由按照被控電動機實際控制要求編寫的用戶程序形成，其作用是按照用戶程序規定的邏輯關系，對輸入、輸出信號的狀態進行計算、處理和判斷，然后得到相應的輸出控制信號，通過控制信號驅動輸出設備，如電動機 M、指示燈 HL1 等。用戶程序通過個人計算機通信或輸入等方式，把程序語句全部寫到 PLC 的用戶程序存儲器中。用戶程序的修改只需通過編程器等設備改變存儲器中的某些語句，不會改變控制器內部接線，實現了控制的靈活性。
- PLC 控制梯形圖
- 梯形圖的構成：梯形圖是一種將 PLC 內部等效成由許多內部繼電器的線圈、常開觸頭、常閉觸頭或功能程序塊等組成的等效控制線路。電動機全壓起動的 PLC 控制梯形圖由 FR 常閉觸頭、SB2 常閉按鈕、KM 常開輔助觸頭與 SB1 常開按鈕的并聯單元、KM 線圈等零件對應的等效控制元件符號串聯而成。它在形式上類似于接觸器電氣控制線路圖，但也與電氣控制線路圖存在許多差異。
- 與電氣元件的差異
- 物理結構不同：PLC 梯形圖中的線圈、觸頭只是功能上與電氣元件的線圈、觸頭等效。梯形圖中的線圈、觸頭在物理意義上只是輸入、輸出存儲器中的一個存儲位，與電氣元件的物理結構不同。
- 通斷狀態不同：梯形圖中繼電器元件的通斷狀態與相應存儲位上的保存的數據相關，如果該存儲位的數據為 “1”，則該元件處于 “通” 狀態，如果該位數據為 “0”，則表示處于 “斷” 狀態。與電氣元件實際的通斷狀態不同。
- 狀態切換過程不同：梯形圖中繼電器元件的狀態切換只是 PLC 對存儲位的狀態數據的操作，如果 PLC 對常開觸頭等效的存儲位數據賦值為 “1”，就完成動合操作過程，同樣如對常閉觸頭等效的存儲位數據賦值為 “0”，就可完成動斷操作過程，切換操作過程沒有時間延時。而電氣元件線圈、觸頭進行動合或動斷切換時，必定有時間延時，且一般要經過先斷開后閉合的操作過程。
- 所屬觸頭數量不同：只要 PLC 內部存儲器足夠多，位數據轉移操作就可無限次進行，每進行操作，就可產生一個梯形圖中的繼電器觸頭，由此可見，梯形圖中繼電器觸頭原則上可以無限次反復使用。但是 PLC 內部的線圈通常只能引用，如需重復使用同一地址編號的線圈應慎之又慎。與 PLC 不同的是電氣元件中觸頭數量是有限的。
- 梯形圖畫法規則：梯形圖每一行畫法規則為從左母線開始，經過觸頭和線圈（或功能方框），終止于右母線。一般并聯單元畫在每行的左側、輸出線圈則畫在右側，其余串聯元件畫在中間。
