2.2 PLC的工作原理

2.2.1 PLC的整機控制

PLC是一種以微處理器為核心的可編程序控制裝置，由電源電路提供所需的工作電壓。圖2-40為PLC的整機控制及供電過程。

2.2.2 PLC的工作過程

PLC的工作過程主要可以分為用戶程序的輸入、用戶程序的編譯處理、用戶程序的執行過程。

1 用戶程序的輸入

用戶程序是由工程技術人員通過編程設備（編程器）輸入的，如圖2-41所示。

2 用戶程序的編譯處理

如圖2-42所示，將程序寫入PLC后，CPU會向存儲器發出控制指令，從系統程序存儲器中調用解釋程序，進一步編譯用戶程序，使其成為PLC認可的編譯程序。

3 用戶程序的執行過程

用戶程序的執行過程為PLC整機工作的核心內容，如圖2-43所示。

為了更清晰地了解PLC的執行過程，將這一過程等效為三個功能電路，即輸入電路、運算控制電路、輸出電路，如圖2-44所示。

① 輸入電路

輸入電路根據輸入端電源的類型不同主要有直流輸入電路和交流輸入電路。圖2-45為典型PLC中的直流輸入電路。

圖2-45電路分析

① 按下外接開關部件（按鈕SB1）。

② 光電耦合器導通

③ 發光二極管LED點亮，指示開關部件SB1處于閉合狀態。

④ 光電耦合器輸出端輸出高電平，送至內部電路。

⑤ CPU識別該信號后，將用戶程序中對應的輸入繼電器觸點置1。相反，當按鈕SB1斷開時，光電耦合器不導通，發光二極管不亮，CPU識別該信號時，將用戶程序中對應的輸入繼電器觸點置0。

典型PLC中的直流輸入電路主要由電阻器R1、R2，電容器C，光電耦合器IC，發光二極管LED等構成。其中，R1為限流電阻；R2與C構成濾波電路，用于濾除輸入信號中的高頻干擾；光電耦合器起到光電隔離的作用，防止強電干擾進入PLC；發光二極管LED用于顯示輸入點的狀態。

多說兩句！

圖2-46為典型PLC中的交流輸入電路。PLC的交流輸入電路與直流輸入電路基本相同，外接交流電源根據不同CPU的類型有所不同（可參閱相應的使用手冊）。

多說兩句！

在圖2-46中，電容器C2用于隔離交流強電中的直流分量，防止強電干擾損壞PLC。光電耦合器有兩個方向相反的發光二極管，任意一個發光二極管導通都可以使光電耦合器中的光敏晶體管導通并輸出相應的信號。狀態指示燈LED也采用兩個反向并聯的發光二極管，光電耦合器中任意一個發光二極管導通都能使狀態指示燈LED點亮（直流輸入電路也可以采用此結構，外接直流電源時可不用考慮極性）。

② 輸出電路

根據所用開關部件的不同，輸出電路主要有3種，即晶體管輸出電路、晶閘管輸出電路和繼電器輸出電路。

圖2-47為典型PLC晶體管輸出電路的工作過程。

圖2-47電路分析

① 內部電路接收到開關量信號后，使對應于晶體管VT內部繼電器的觸點置1，相應的輸出繼電器得電。

② 對應輸出電路的光電耦合器IC導通。

③ 晶體管VT導通。

④ PLC外部設備或功能部件得電。

⑤ 狀態指示燈LED點亮，表示當前該輸出繼電器狀態為1。

多說兩句！

輸出電路即開關量的輸出單元，由PLC輸出接口電路、連接端子和外部設備及功能部件構成，CPU完成的運算結果由PLC提供給被控負載，完成PLC主機與工業設備或生產機械之間的信息交換。

圖2-48為典型PLC晶閘管輸出電路的工作過程。

圖2-48電路分析

① 內部電路接收到輸入電路的開關量信號后，使對應于雙向晶閘管VS內部繼電器的觸點置1，相應的輸出繼電器得電。

② 對應輸出電路的光電耦合器IC導通。

③ 雙向晶閘管VS導通。

④ 外部設備或功能部件得電。

⑤ 狀態指示燈LED點亮，表示當前該輸出繼電器狀態為1。

圖2-49為典型PLC繼電器輸出電路的工作過程。

圖2-49電路分析

① 內部電路接收到輸入電路的開關量信號后，使內部繼電器置1，相應的輸出繼電器得電。

② 繼電器K線圈得電，其常開觸點閉合。

③ 外部設備及功能部件得電。

④ 狀態指示燈LED點亮，表示當前該輸出繼電器狀態為1。