1.4　PLC的工作原理

PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式工作的。在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描。如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條按順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。

圖1-6　PLC的工作原理圖

如圖1-6所示，PLC掃描一個(gè)周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段：

（1）輸入采樣階段：首先PLC以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各自對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。

（2）程序執(zhí)行階段：PLC按用戶程序指令存放的先后順序掃描、執(zhí)行每條指令，執(zhí)行的結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。

（3）輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過(guò)一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映像區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外部設(shè)備。這才是PLC的真正輸出。

圖1-7　PLC梯形圖

這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣，但在PLC中執(zhí)行的過(guò)程不一樣。程序1只用一次掃描周期，就可完成對(duì)M4的刷新；程序2則需要用四次掃描周期，才能完成對(duì)M4的刷新。

這兩個(gè)例子說(shuō)明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的過(guò)程不同，執(zhí)行的結(jié)果卻相同。采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與用繼電器控制裝置的硬邏輯并行的運(yùn)行結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來(lái)說(shuō)可以忽略，那么二者之間就沒(méi)有什么區(qū)別了。

以上是一般的PLC工作原理，但在現(xiàn)代出現(xiàn)的比較先進(jìn)的PLC中，輸入映像刷新循環(huán)、程序執(zhí)行循環(huán)和輸出映像刷新循環(huán)已經(jīng)各自獨(dú)立地工作，提高了PLC的執(zhí)行效率。在實(shí)際的工控應(yīng)用中，編程人員應(yīng)當(dāng)知道以上的工作原理，才能編寫出質(zhì)量好、效率高的工藝程序。一般來(lái)說(shuō)，PLC的掃描周期包括自診斷、通信等，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通信、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。