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2- PLC的工作原理
最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的：
（1）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。
（2）PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在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，從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，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。如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。
為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。
1、掃描技術(shù)
當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，如圖1-3。


（1）輸入采樣階段
CPU將全部現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)，如按鈕、限位開關(guān)、速度繼電器的通斷狀態(tài)以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)，這一過程稱為輸入采樣。輸入采樣結(jié)束后進(jìn)入程序執(zhí)行階段后，期間即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映像寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)不再隨之變化，直至一個(gè)掃描循環(huán)結(jié)束，下一次輸入采樣時(shí)才會(huì)更新。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
（2）用戶程序執(zhí)行階段
在用戶程序執(zhí)行階段，若不出現(xiàn)中斷或跳轉(zhuǎn)指令，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。
在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。
（3）輸出刷新階段
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映象區(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)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。

(1)上電初始化
　　PLC上電后，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查、停電保持范圍設(shè)定及清除內(nèi)部繼電器、復(fù)位定時(shí)器等。
　　(2)CPU自診斷
　　在每個(gè)掃描周期須進(jìn)行自診斷，通過自診斷對(duì)電源、PLC內(nèi)部電路、用戶程序的語法等進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)異常，CPU使異常繼電器接通，PLC面板上的異常指示燈LED亮，內(nèi)部特殊寄存器中存入出錯(cuò)代碼并給出故障顯示標(biāo)志。如果不是致命錯(cuò)誤則進(jìn)入PLC的停止（STOP）狀態(tài)；如果是現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，則CPU被強(qiáng)制停止，等待錯(cuò)誤排除后才轉(zhuǎn)入STOP狀態(tài)。
　　(3)與外部設(shè)備通信
　　與外部設(shè)備通信階段，PLC與其他智能裝置、編程器、終端設(shè)備、彩色圖形顯示器、其他PLC等進(jìn)行信息交換，然后進(jìn)行PLC工作狀態(tài)的判斷。
　　PLC有STOP和RUN兩種工作狀態(tài)，如果PLC處于STOP狀態(tài)，則不執(zhí)行用戶程序，將通過與編程器等設(shè)備交換信息，完成用戶程序的編輯、修改及調(diào)試任務(wù)；如果PLC處于RUN狀態(tài)，則將進(jìn)入掃描過程，執(zhí)行用戶程序。
2、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間
為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。
為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。
以上兩個(gè)主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。

3、PLC控制與傳統(tǒng)電氣控制的差異詳解
(1)PLC中繼電器元件物理結(jié)構(gòu)不同于電氣元件
　　PLC梯形圖中的線圈、觸頭只是功能上與電氣元件的線圈、觸頭等效。梯形圖中的線圈、觸頭在物理意義上只是輸入、輸出存儲(chǔ)器中的一個(gè)存儲(chǔ)位，與電氣元件的物理結(jié)構(gòu)不同。
　　(2)PLC中繼電器元件的通斷狀態(tài)不同于電氣元件
　　梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)與相應(yīng)存儲(chǔ)位上的保存的數(shù)據(jù)相關(guān)，如果該存儲(chǔ)位的數(shù)據(jù)為“1”，則該元件處于“通”狀態(tài)，如果該位數(shù)據(jù)為“0”，則表示處于“斷”狀態(tài)。與電氣元件實(shí)際的通斷狀態(tài)不同。
　　(3)PLC中繼電器元件狀態(tài)切換過程不同于電氣元件
　　梯形圖中繼電器元件的狀態(tài)切換只是PLC對(duì)存儲(chǔ)位的狀態(tài)數(shù)據(jù)的操作，如果PLC對(duì)常開觸頭等效的存儲(chǔ)位數(shù)據(jù)賦值為“1”，就完成動(dòng)合操作過程，同樣如對(duì)常閉觸頭等效的存儲(chǔ)位數(shù)據(jù)賦值為“0”，就可完成動(dòng)斷操作過程，切換操作過程沒有時(shí)間延時(shí)。而電氣元件線圈、觸頭進(jìn)行動(dòng)合或動(dòng)斷切換時(shí)，必定有時(shí)間延時(shí)，且一般要經(jīng)過先斷開后閉合的操作過程。
　　(4)PLC中繼電器所屬觸頭數(shù)量與電氣元件不同
　　如果PLC從輸入繼電器I0.0相應(yīng)的存儲(chǔ)位中取出了位數(shù)據(jù)“0”，將之存入另一個(gè)存儲(chǔ)器中的一個(gè)存儲(chǔ)位，被存入的存儲(chǔ)位就成了受I0.0繼電器控制的一個(gè)常開觸頭，被存入的數(shù)據(jù)為“0”；如在取出位數(shù)據(jù)“0”之后先進(jìn)行取反操作，再存入一個(gè)存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)位，則該位存入的數(shù)據(jù)為“1”，該存儲(chǔ)位就成了受繼電器I0.0控制的一個(gè)常閉觸頭。
　　只要PLC內(nèi)部存儲(chǔ)器足夠多，這種位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移操作就可無限次進(jìn)行，而每進(jìn)行一次操作，就可產(chǎn)生一個(gè)梯形圖中的繼電器觸頭，由此可見，梯形圖中繼電器觸頭原則上可以無限次反復(fù)使用。
    但是PLC內(nèi)部的線圈通常只能引用一次，如需重復(fù)使用同一地址編號(hào)的線圈應(yīng)慎之又慎。與PLC不同的是電氣元件中觸頭數(shù)量是有限的。
　　　5）PLC中繼電器動(dòng)作過程與電氣元件不同
　　PLC程序的工作原理可簡(jiǎn)述為由上至下、由左至右、循環(huán)往復(fù)、順序執(zhí)行。與繼電器控制線路的并行控制方式存在差別，見圖1-4。
　　圖1-4a)控制圖中，如果為傳統(tǒng)電氣控制線路，由于是并行控制方式，首先是線圈KM1與線圈KM2均通電，然后因?yàn)槌ｉ]觸頭KM2的斷開，導(dǎo)致線圈KM1斷電。
　　如果為PLC控制，當(dāng)I0.0接通后，線圈Q0.0和Q0.1都通電，完成第一次掃描；進(jìn)入第二次掃描后，線圈Q0.0因常閉觸點(diǎn)Q0.1斷開而斷電，而Q0.1通電。
　　圖4-12b)控制圖中，如果為傳統(tǒng)電氣控制線路，線圈KM1與KM2首先均通電，然后KM1斷電。
　　如果為PLC控制，則當(dāng)頭I0.0接通，首先線圈Q0.1通電，掃描到第二行的Q0.1常閉觸頭時(shí)該觸頭處于斷開狀態(tài)，導(dǎo)致線圈Q0.0始終不能通電。

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