系统硬件设计主要包含基本模块、驱动器模块、传感器模块、通信模块等。

(1) 基本模块：提供运动过程中的输入/输出信号，包括各位置点的限位信号、汽缸控制信号、对电动机控制的脉冲信号、复位信号以及特殊情况下的控制信号等。

(2) 驱动模块：主要为电动机控制驱动器。PLC 脉冲输出到驱动器，驱动器将其转换为控制信号控制伺服电动机带动换挡器工作，同时通过脉冲编码器提供脉冲数反馈信号，确保脉冲信号的正确动作。

(3) 传感器模块：提供运动过程中的位置信号，并通过感应开关对伺服运动极限位置进行限制。

(4) 通信模块：与上位机通信，主要为串口通信，波特率 9600 bit/s。上位机提供的参数经通信模块被 PLC 接收，PLC 每次测试都按上位机设定要求进行。

1. 基本模块

根据系统分析要求，选择 S7-200 系列型号 6ES7 216-2AD23-0XB0，选用 CPU 226，数字量输入 24 路、输出 16 路。由于采用脉冲输出信号，该型号具备高速计数器模块，有 6 个高速计数器，最多允许 6 路脉冲输入、2 路脉冲输出，脉冲输出最高频率 20 kHz，完全满足系统要求。系统设计的 I/O 分配见表 10-1。

表 10-1 I/O 分配表

2. 其他硬件配置

1. 驱动模块设计：驱动器 X5 插槽为控制端子共 50 个引脚，系统设计用到的引脚如图 10-3 所示，各控制端子功能见表 10-2。

图 10-3 驱动器接线图

表 10-2 Y 轴引脚功能说明

2. 传感器模块设计：伺服运动极限位置通过感应开关限制，选用 OMRON E2E 系列，感应距离可达 8 mm。X011 和 X013 分别为 X 轴反转限位和 Y 轴反转限位输出，采用常闭，有效解决开关故障时的误动作问题；采用 PLC 输出的 24 V 电源，保证与 PLC 同电位、提高开关稳定性。

3. 抗干扰设计：由于存在高速脉冲输出，伺服控制系统会对系统产生一定干扰，尤其是对 4 个位置感应开关，处理不好干扰会耦合进去。通过以下方法可较好控制干扰：伺服驱动器到控制电动机的控制线用包塑软管包好，减小高次谐波向外耦合；对驱动器和伺服电动机做好接地；S7-200 系统做好接地并与驱动器和电动机分开接地；PLC 输出的脉冲信号线 Y0、Y1 尽量与其他输入分开走线，防止串扰。