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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。

  当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。

    用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。

PLC的扫描工作方式与电器控制的工作原理明显不同。电器控制装置采用硬逻辑的并行工作方式，如果某个继电器的线圈通电或断电，那么该继电器的所有常开和常闭触点不论处在控制线路的哪个位置上，都会立即同时动作；而PLC采用扫描工作方式（串行工作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其所有的触点不会立即动作，等扫描到该时才会动作。但由于PLC的扫描速度快，通常PLC与电器控制装置在I/O的处理结果上并没有什么差别。