1.3 可編程序控制器基本工作原理

1.3.1 可編程序控制器工作原理

PLC可視為一個(gè)執(zhí)行邏輯功能的工業(yè)控制裝置。其中，CPU完成邏輯運(yùn)算功能，存儲(chǔ)器用來保持邏輯功能。因此，可將圖1-2轉(zhuǎn)變成類似于繼電器-接觸器控制的等效電路示意圖，如圖1-3所示。

PLC的等效電路可分為三部分，即輸入部分、內(nèi)部控制電路和輸出部分。

（1）輸入部分

這部分的作用是收集被控設(shè)備的信息或操作命令。輸入端子是PLC與外部開關(guān)（行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕開關(guān)等）、敏感元件等交換信號(hào)的端口。輸入繼電器（如圖1-3中的0.00、0.01等）由接到輸入端的外部信號(hào)來驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電源可由PLC的電源組件提供（如DC 24V），也可以是獨(dú)立電源供給。等效電路中的一個(gè)輸入繼電器，實(shí)際對(duì)應(yīng)于PLC輸入端的一個(gè)輸入點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的輸入電路。例如，一個(gè)PLC有16個(gè)輸入點(diǎn)，那么它相當(dāng)于有16個(gè)微型輸入繼電器置于PLC內(nèi)部，并與輸入端子相連，可作為PLC編程時(shí)使用的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。

（2）內(nèi)部控制電路

這部分控制電路是由用戶根據(jù)控制要求編寫的程序所組成的，其作用是按用戶程序的控制要求對(duì)輸入信息進(jìn)行運(yùn)算處理，判斷哪些信號(hào)需要輸出，并將得到的結(jié)果輸出給負(fù)載。

PLC內(nèi)部有許多諸如定時(shí)器（TIM），計(jì)數(shù)器（CNT），輔助繼電器（如圖1-3中的20.00）等軟器件，它們?cè)赑LC內(nèi)部都有各自成對(duì)的、用軟件實(shí)現(xiàn)的常開觸點(diǎn)（高電平狀態(tài)）和常閉觸點(diǎn)（低電平狀態(tài)）。編寫的梯形圖是將這些軟器件進(jìn)行內(nèi)部連線，完成被控對(duì)象的控制要求。梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來的，繼電器控制電路的元件符號(hào)如圖1-4（a）所示；對(duì)應(yīng)的PLC梯形圖元件符號(hào)如圖1-4（b）所示。

（3）輸出部分

這部分的作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。輸出端子是PLC向外部負(fù)載輸出信號(hào)的端子。如果一個(gè)PLC的輸出點(diǎn)為8點(diǎn)，那么PLC就有8個(gè)輸出繼電器。PLC輸出繼電器（如圖1-3中的5.00、5.01等）的觸點(diǎn)與輸出端子相連，通過輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，如接觸器的驅(qū)動(dòng)線圈、信號(hào)燈、電磁閥等。

輸出繼電器除提供一個(gè)供實(shí)際使用的常開觸點(diǎn)外，還提供PLC內(nèi)部使用的許多對(duì)常開和常閉軟觸點(diǎn)，數(shù)量不限，以便于編程。根據(jù)用戶的負(fù)載要求可選用不同類型的負(fù)載電源。此外，PLC還有晶體管輸出和可控硅輸出，前者一般用于直流輸出，后者一般用于交流輸出。但兩者采用的都是無觸點(diǎn)輸出，運(yùn)行速度快。

綜上所述，PLC由以上三部分組成，下面以三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/停車控制電路為例，說明PLC控制系統(tǒng)的基本工作過程，以加深對(duì)上述等效電路的理解。

【例1-1】 利用PLC改造三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/停車的繼電器控制系統(tǒng)。

圖1-5（b）給出了電動(dòng)機(jī)的繼電接觸器控制電路，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，交流接觸器KM的線圈接通，其主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)KM的另一個(gè)輔助觸點(diǎn)也閉合，SB1斷開后接觸器仍保持接通狀態(tài)。當(dāng)按下停車按鈕SB2時(shí)，KM線圈斷開，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

PLC的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/停車控制電路如圖1-6所示。其電氣線路的主電路仍如圖1-5（a）所示。

圖1-6（a）中PLC的輸入端0.00接啟動(dòng)按鈕SB1，0.01接停車按鈕SB2（注意選用常開觸點(diǎn)）；在PLC的輸出端5.00接接觸器線圈KM，輸入/輸出公共端（COM）分別接電源。用編程設(shè)備將圖1-6（b）中的梯形圖程序輸入到PLC內(nèi)，PLC即可按照這一控制程序工作。當(dāng)按下SB1時(shí)，輸入繼電器0.00線圈接通，內(nèi)部控制電路中的常開觸點(diǎn)0.00閉合，輸出繼電器線圈5.00接通，內(nèi)部控制電路中的常開觸點(diǎn)5.00閉合產(chǎn)生自保持，同時(shí)5.00輸出端的輸出繼電器外部硬件常開觸點(diǎn)接通，使接觸器KM線圈通電，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)按下SB2時(shí)，輸入繼電器0.01線圈接通，使內(nèi)部控制電路的常閉觸點(diǎn)0.01斷開，輸出繼電器線圈5.00斷開，常開觸點(diǎn)5.00斷開，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。當(dāng)負(fù)載（電動(dòng)機(jī)）電流較小時(shí)，可將PLC輸出點(diǎn)直接與負(fù)載相連。

分析此例可以看出，繼電接觸器控制是將各自獨(dú)立的器件及觸點(diǎn)以固定接線方式來實(shí)現(xiàn)控制要求的；PLC是將控制要求以程序形式（軟件編程）存儲(chǔ)在其內(nèi)部，這些程序就相當(dāng)于繼電接觸器控制的各種線圈、觸點(diǎn)和接線，當(dāng)需要改變控制要求時(shí)，只需修改程序，而不用改變接線，因此增加了控制的靈活性和通用性。