西门子PLC工控机代理控制模块

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PLC的组成与工作原理

 PLC的组成

  PLC种类很多，但结构大同小异，典型的PLC控制系统组成方框图如图11-4所示。在组建PLC控制系统时，需要给PLC的输人端子接有关的输入设备(如按钮、触头和行程开关等)，给输出端子接有关的输出设备(如指示灯、电磁线圈和电磁阀等)。另外，还需要将编好的程序通过通信接口输人PLC内部存储器，如果希望增强PLC的功能，可以将扩展单元通过扩展接口与PLC连接。

  PLC是一种由程序控制运行的设备，其工作方式与微型计算机不同，微型计算机运行到结束指令END时，程序运行结束;PLC运行程序时，会按顺序逐条执行存储器中的程序指令，当执行完后的指令后，并不会马上停止，而是又重新开始再次执行存储器中的程序，如此周而复始，PLC的这种工作方式称为循环扫描方式。

  PLC的工作过程如图11-5所示。PLC通电后，首行系统初始化，将内部电路恢复到起始状态，然后进行自我诊断，检测内部电路是否正常，以确保系统能正常运行，诊断结束后对通信接口进行扫描，若接有外设则与其通信。通信接口无外设或通信完成后，系统开始进行输入采样，检测输人设备(如开关、按钮等)的状态，然后根据输人采样结果依次执行用户程序，程序运行结束后对输出进行刷新，即输出程序运行时产生的控制信号。上机户出己石编过6同欢士过元口，水元人贮中，重新开始自我诊断，并不断重新上述过程。

  PLC有两个工作状态:RUN(运行)状态和STOP(停止)状态。当PLC工作于RUN状态时，系统会完整执行图11-5所示过程;当 PLC工作在STOP状态时，系统不执行用户程序。PLC正常工作时应处于RUN状态，而在编制和修改程序时，应让PLC处于STOP状态。PLC的两种工作状态可通过开关进行切换。

  PLC工作在RUN 状态时，完整执行图11-5过程所需的时间称为扫描周期，一般为1~100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。

  图 11-5 PLC的工作过程

  PLC用户程序的执行过程

  PLC的用户程序执行过程很复杂，下面以PLC正转控制线路为例进行说明。图11-6是PLC正转控制线路，为了便于说明，图中画出了PLC内部等效图。

  图11-6中PLC内部等效图中的X0、X1、X2称为输入继电器它由线圈和触头两部分组成，由于线圈与触头都是等效而来，故又称为软线圈和软触头;Y0称为输出继电器，它也包括线圈和触头。PLC内部中间部分为用户程序(梯形图程序)，程序形式与继电器控制电路相似，两端相当于电源线，中间为触头和线圈。

  用户程序执行过程说明如下:

  当按下起动按钮SB1时，输入继电器X0线圈得电，使得用户程序中的X0常开触头闭合，输出继电器Y0线圈得电。它一方面使用户程序中的Y0常开触头闭合，对Y0线圈供电锁定外;另一方面使输出端的Y0常开触头闭合，接触器KM线圈得电，主电路中的KM主触头闭合，电动机得电运转。

  当按下停止按钮SB2时，输人继电器X1线圈得电，它使用户程序中的X1常闭触头断开，输出继电器Y0线圈失电，用户程序中的Y0常开触头断开，解除自锁。另外，输出端的Y0常开触头断开，接触器KM线圈失电，KM主触头断开，电动机失电停转。

  若电动机在运行过程中电流过大，热继电器FR动作，FR触头闭合，输入继电器X2线圈得电，它使用户程序中的X2常闭触头断开，输出继电器Y0线圈失电，输出端的Y0常开触头断开，接触器KM线圈失电，KM主触头闭合，电动机失电停转，从而避免电动机长时间过流运行。

 PLC以微处理器为核心，具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。
   微机一般采用等待命令的工作方式工作。
   PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次循环扫描所用的时间称为一个扫描周期。
   对每个程序，CPU从条指令开始执行，按顺序逐条地执行指令做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至结束又返回条指令，如此周而复始不断循环。
   PLC在每次扫描工作过程中除了执行用户程序外，还要完成内部处理、输入采样、通信服务、程序执行、自诊断、输出刷新等工作。PLC工作的全过程包括三个部分，即上电处理、扫描过程和出错处理。PLC工作的全过程可用图4所示的运行框图来表示。
   PLC通电后，CPU在系统程序的控制下行内部处理，包括硬件初始化、I/O模块配置检查、停电保持范围设定及其他初始化处理等工作。
    PLC有很强的自诊断功能，PLC每扫描一次执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如电源检测、内部硬件是否正常、程序语法是否有错等。如检查出异常时，CPU面板的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码；CPU能根据错误类型和程度发出信号，甚至进行相应的出错处理，使PLC停止扫描或强制变成STOP状态。
   PLC运行正常时，扫描周期的长短与用户应用程序的长短、CPU的运算速度、I/O点的情况等有关。通常用PLC执行1KB指令所需时间来说明其扫描速度（一般1-10ms/KB）。值得注意的是，不同指令执行时间是不同的，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。若用于高速系统要缩短扫描周期时，可从软硬件上同时考虑。PLC周期性循环扫描工作方式的显著特点是：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度慢。