PLC的基本控制原理

輸入部分：它收集并保存被控對象實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)和信息。例如，它收集來自被控制對象上的各種開關(guān)信息或操作臺上的操作命令等。

邏輯部分：處理輸入部分所取得的信息，并按照被控對象實(shí)際的動作要求作出反映。

輸出部分：提供正在被控制的許多裝置中，哪幾個(gè)設(shè)備需要實(shí)時(shí)操作處理。

1．PLC工作過程

PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這種工作方式與其他微機(jī)工作方式有很大區(qū)別。微機(jī)控制采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，有鍵按下或I/O動作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無輸入則繼續(xù)掃描。

1.1PLC的掃描周期

可編程控制器的工作過程包括兩部分：自診斷及通信響應(yīng)的固定過程和用戶程序執(zhí)行過程，如圖5-1所示。PLC在每次執(zhí)行用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序、復(fù)位、監(jiān)視、定時(shí)等內(nèi)部固定程序，若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描，然后PLC檢查是否有與編程器、計(jì)算機(jī)等的通信請求。如果有與計(jì)算機(jī)等的通信請求，則進(jìn)行相應(yīng)處理。當(dāng)PLC處于停止（STOP）狀態(tài)時(shí)，只循環(huán)進(jìn)行前兩個(gè)過程。而在PLC處于運(yùn)行（RUN）狀態(tài)時(shí)，PLC從內(nèi)部處理、通信操作、輸入掃描、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新五個(gè)工作階段循環(huán)工作。每完成一次以上五個(gè)階段所需要的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。

掃描周期是PLC的一個(gè)重要指標(biāo)，小型PLC的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。PLC的掃描周期長短取決于掃描速度和用戶程序的長短。毫秒級的掃描時(shí)間對于一般工業(yè)設(shè)備通常是允許的，PLC對輸入的短暫滯后也是允許的。但對某些I/O快速響應(yīng)的設(shè)備，則應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施。如選擇高速CPU，提高掃描速度；選擇快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時(shí)間。對于用戶來說，要提高編程能力，盡可能優(yōu)化程序；而在編寫大型設(shè)備的控制程序時(shí)，盡量減少程序長度，選擇分支或跳步程序等，都可以減少用戶程序執(zhí)行時(shí)間。

1.2PLC的用戶程序執(zhí)行過程

對于用戶來說，在編寫用戶程序或選擇設(shè)備時(shí)，必須清楚下面介紹的三個(gè)階段，即用戶程序執(zhí)行過程的原理。

PLC采用集中處理的方法，即對輸入掃描信號、執(zhí)行用戶程序和輸出刷新都采用集中分批處理的工作方式。

（1）輸入掃描 在這一階段中，PLC以掃描方式讀入所有輸入端子上的輸入信號，并將輸入信號存入輸入映像區(qū)，輸入映像存儲器被刷新。在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段中，輸入映像存儲器與外界隔離，其內(nèi)容保持不變，直至下一個(gè)掃描周期的輸入掃描階段，才被重新讀入的輸入信號刷新?？梢?，PLC在執(zhí)行程序和處理數(shù)據(jù)時(shí)，不直接使用現(xiàn)場當(dāng)時(shí)的輸入信號，而使用本次采樣時(shí)輸入到映像區(qū)中的數(shù)據(jù)。如果輸入設(shè)備能使PLC輸入端形成閉合回路，對應(yīng)輸入端編號的內(nèi)部輸入繼電器內(nèi)保存為”1”，即相當(dāng)于繼電器線圈導(dǎo)通。在程序執(zhí)行過程中，該編號對應(yīng)的觸點(diǎn)動作；如果輸入設(shè)備能使輸入開路，則對應(yīng)輸入端編號的內(nèi)部輸入繼電器內(nèi)保存為”0”，即相當(dāng)于繼電器線圈沒導(dǎo)通，在程序執(zhí)行過程中，該編號對應(yīng)的觸點(diǎn)不動作。如果在PLC處于非輸入掃描的階段，PLC外的輸入設(shè)備狀態(tài)發(fā)生了變化，內(nèi)部輸入繼電器也不會發(fā)生變化，要等到下一個(gè)輸入掃描階段才能根據(jù)此時(shí)的輸入狀態(tài)來刷新。所以，對于少于十幾毫秒的輸入信號，經(jīng)常采集不到。

（2）執(zhí)行程序 在執(zhí)行用戶程序過程中，PLC按梯形圖程序順序自上而下、從左至右逐個(gè)掃描執(zhí)行，即按助記符指令表的先后順序執(zhí)行。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序跳轉(zhuǎn)地址。程序執(zhí)行過程中，PLC從輸入映像區(qū)中取出輸入變量的當(dāng)前狀態(tài)，然后進(jìn)行由程序確定的邏輯運(yùn)算或其他運(yùn)算，根據(jù)程序指令將運(yùn)算結(jié)果存入相應(yīng)的內(nèi)部繼電器中，包括輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。輸出繼電器的信號存放在輸出映像區(qū)，即輸出繼電器與PLC外部的同編號的輸出點(diǎn)對應(yīng)。

在程序執(zhí)行過程中，同一周期內(nèi)，前面的邏輯結(jié)果影響后面的觸點(diǎn)，即后執(zhí)行的程序可能用到前面的最新中間運(yùn)算結(jié)果；但同一周期內(nèi)，后面的運(yùn)算結(jié)果不影響前面的邏輯關(guān)系。該掃描周期內(nèi)除輸入繼電器以外的所有內(nèi)部繼電器的最終狀態(tài)（導(dǎo)通與否），將影響下一個(gè)掃描周期各觸點(diǎn)的開與閉。

（3）輸出刷新 程序執(zhí)行階段的運(yùn)算結(jié)果被存入輸出映像區(qū)，而不送到輸出端口上。在輸出刷新階段，PLC將輸出映像區(qū)中的輸出變量送入輸出鎖存器，然后由鎖存器通過輸出模塊產(chǎn)生本周期的控制輸出。如果內(nèi)部輸出繼電器的狀態(tài)為”1”，則輸出繼電器觸點(diǎn)閉合。全部輸出設(shè)備的狀態(tài)要保持一個(gè)掃描周期。

2．PLC工作過程舉例

下面以具體實(shí)例分析PLC控制過程。

【例1】指示燈控制

圖5-2為PLC接線圖，圖5-3為控制梯形圖。圖5-4描述了每個(gè)掃描周期程序的執(zhí)行過程。按鈕SB2雖然在程序中沒有使用，但其狀態(tài)仍影響其對應(yīng)編號的內(nèi)部輸入繼電器的狀態(tài)。圖（a）中，①輸入掃描過程，將兩個(gè)按鈕的狀態(tài)掃描后，存入其映像區(qū)，由于SB2是停止按鈕，所以，即使沒有按下，其輸入回路也是閉合的，因此，X1存“1”（ON狀態(tài)），而其它位存“0”（OFF狀態(tài)）。②執(zhí)行程序過程，程序根據(jù)所用到觸點(diǎn)的編號對應(yīng)的內(nèi)部繼電器狀態(tài)來運(yùn)算。由于X0處于OFF狀態(tài)，因此，對應(yīng)的動合觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，運(yùn)算結(jié)果是Y0、Y1處于OFF狀態(tài)，其結(jié)果存入輸出映像區(qū)，即Y0、Y1存“0”。③輸出刷新過程，根據(jù)映像區(qū)各位的狀態(tài)驅(qū)動輸出設(shè)備，由于輸出映像區(qū)均為OFF狀態(tài)，所以，輸出指示燈不能形成閉合回路，燈不亮。如果輸入不發(fā)生變化，內(nèi)部繼電器的狀態(tài)均不發(fā)生變化。圖（b）中，按下SB1按鈕后，X0輸入回路閉合。①輸入掃描將輸入狀態(tài)存入其映像區(qū)，X0、X1均存“1”。②執(zhí)行程序過程，按照從左到右，從上到下的原則，逐條執(zhí)行。（http://www.diangon.com/版權(quán)所有）第一行，X0觸點(diǎn)閉合，但此時(shí)，Y1的狀態(tài)為“0”，因此，Y1觸點(diǎn)為斷開狀態(tài)，Y0沒能導(dǎo)通，其狀態(tài)為“0”。第二行，X0觸點(diǎn)閉合，所以，Y1的狀態(tài)為“1”。③輸出刷新過程，由于Y1呈導(dǎo)通狀態(tài)，燈2亮。

圖（c）為按下SB1按鈕后的第二個(gè)掃描周期。①輸入掃描，由于輸入狀態(tài)不變，輸入映像區(qū)不變。②執(zhí)行程序過程，第一行，X0觸點(diǎn)閉合，由于上一個(gè)周期中，Y1為ON狀態(tài)，因此，Y1觸點(diǎn)也閉合，Y0也呈導(dǎo)通狀態(tài)；第二行，Y1還呈導(dǎo)通狀態(tài)。Y0、Y1的狀態(tài)均為”1”。③輸出刷新過程，兩個(gè)燈都亮。注意：由于PLC的掃描周期很短，我們用肉眼見到的現(xiàn)象可能是兩燈同時(shí)亮。如果按鈕沒有變化，內(nèi)部繼電器、輸出設(shè)備狀態(tài)均無變化。