可編程序控制器（Programmable  Controller ）原本應(yīng)簡(jiǎn)稱PC，為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)專稱PC相區(qū)別，所以可編程序控制器簡(jiǎn)稱定為PLC（Programmable  Logic  Controller），但并非說(shuō)PLC只能控制邏輯信號(hào)。PLC是專門(mén)針對(duì)工業(yè)環(huán)境應(yīng)用設(shè)計(jì)的，自帶直觀、簡(jiǎn)單并易于掌握編程語(yǔ)言環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制裝置。

一、PLC基本組成

　　PLC基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口（縮寫(xiě)為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴(kuò)展接口等）、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成，見(jiàn)圖1。PLC內(nèi)部各組成單元之間通過(guò)電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部則根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象配置相應(yīng)設(shè)備與控制裝置構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。

 

圖1  PLC的基本組成

1.  中央處理器

　　中央處理器（CPU）由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成并集成在一個(gè)芯片內(nèi)。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線總線、地址總線、控制總線和電源總線與存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、編程器和電源相連接。
　　小型PLC的CPU采用8位或16位微處理器或單片機(jī)，如8031、M68000等，這類芯片價(jià)格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微處理器或單片機(jī)，如8086、96系列單片機(jī)等，這類芯片主要特點(diǎn)是集成度高、運(yùn)算速度快且可靠性高；而大型PLC則需采用高速位片式微處理器。
　　CPU按照PLC內(nèi)系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC控制系統(tǒng)完成各項(xiàng)工作任務(wù)。

2.  存儲(chǔ)器

　　PLC內(nèi)的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等。
　　1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器
　　PLC系統(tǒng)程序決定了PLC的基本功能，該部分程序由PLC制造廠家編寫(xiě)并固化在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，主要有系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用等部分。
　　系統(tǒng)管理程序主要控制PLC的運(yùn)行，使PLC按正確的次序工作；用戶指令解釋程序?qū)LC的用戶指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言指令，傳輸?shù)紺PU內(nèi)執(zhí)行；功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用則負(fù)責(zé)調(diào)用不同的功能子程序及其管理程序。
　　系統(tǒng)程序?qū)儆谛栝L(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù)，所以其存儲(chǔ)器采用ROM或EPROM。ROM是只讀存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器只能讀出內(nèi)容，不能寫(xiě)入內(nèi)容，ROM具有非易失性，即電源斷開(kāi)后仍能保存已存儲(chǔ)的內(nèi)容。
EPEROM為可電擦除只讀存儲(chǔ)器，須用紫外線照射芯片上的透鏡窗口才能擦除已寫(xiě)入內(nèi)容，可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器還有E2PROM、FLASH等。
　　2）用戶程序存儲(chǔ)器
　　用戶程序存儲(chǔ)器用于存放用戶載入的PLC應(yīng)用程序，載入初期的用戶程序因需修改與調(diào)試，所以稱為用戶調(diào)試程序，存放在可以隨機(jī)讀寫(xiě)操作的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM內(nèi)以方便用戶修改與調(diào)試。
　　通過(guò)修改與調(diào)試后的程序稱為用戶執(zhí)行程序，由于不需要再作修改與調(diào)試，所以用戶執(zhí)行程序就被固化到EPROM內(nèi)長(zhǎng)期使用。
　　3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
　　PLC運(yùn)行過(guò)程中需生成或調(diào)用中間結(jié)果數(shù)據(jù)（如輸入/輸出元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值等）和組態(tài)數(shù)據(jù)（如輸入輸出組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲(chǔ)區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計(jì)數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等），這類數(shù)據(jù)存放在工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，由于工作數(shù)據(jù)與組態(tài)數(shù)據(jù)不斷變化，且不需要長(zhǎng)期保存，所以采用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM。
　　RAM是一種高密度、低功耗的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池作為備用電源，一旦斷電就可通過(guò)鋰電池供電，保持RAM中的內(nèi)容。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

3.  接口

　　輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制或檢測(cè)元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。PLC的輸入接口有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等類型；輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。晶體管和晶閘管輸出為無(wú)觸點(diǎn)輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小功率負(fù)載、晶閘管輸出型用于高頻大功率負(fù)載；繼電器輸出為有觸點(diǎn)輸出型電路，用于低頻負(fù)載。
　　現(xiàn)場(chǎng)控制或檢測(cè)元件輸入給PLC各種控制信號(hào)，如限位開(kāi)關(guān)、操作按鈕、選擇開(kāi)關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開(kāi)關(guān)量或模擬量等，通過(guò)輸入接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號(hào)。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。
　　1）輸入接口
　　輸入接口用于接收和采集兩種類型的輸入信號(hào)，一類是由按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、繼電器觸頭等開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變換器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。
以圖2所示的直流輸入接口電路為例，R1是限流與分壓電阻，R2與C構(gòu)成濾波電路，濾波后的輸入信號(hào)經(jīng)光耦合器T與內(nèi)部電路耦合。當(dāng)輸入端的按鈕SB接通時(shí)，光耦合器T導(dǎo)通，直流輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換成PLC能處理的5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電平（簡(jiǎn)稱TTL），同時(shí)LED輸入指示燈亮，表示信號(hào)接通。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路組成，這些電路集成在一個(gè)芯片上。交流輸入與交直流輸入接口電路與直流輸入接口電路類似。

 

圖2  直流輸入接口電路

  　　濾波電路用以消除輸入觸頭的抖動(dòng)，光電耦合電路可防止現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)電干擾進(jìn)入PLC。由于輸入電信號(hào)與PLC內(nèi)部電路之間采用光信號(hào)耦合，所以兩者在電氣上完全隔離，使輸入接口具有抗干擾能力。現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)通過(guò)光電耦合后轉(zhuǎn)換為5V的TTL送入輸入數(shù)據(jù)寄存器，再經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送給CPU。
　　2）輸出接口
　　輸出接口電路向被控對(duì)象的各種執(zhí)行元件輸出控制信號(hào)。常用執(zhí)行元件有接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成，與輸入接口電路類似，內(nèi)部電路與輸出接口電路之間采用光電耦合器進(jìn)行抗干擾電隔離。
　　微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路集成在芯片上，CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線將輸出信號(hào)送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信號(hào)放大。
　　3）其它接口
　　若主機(jī)單元的I/O數(shù)量不夠用，可通過(guò)I/O擴(kuò)展接口電纜與I/O擴(kuò)展單元（不帶CPU）相接進(jìn)行擴(kuò)充。　　PLC還常配置連接各種外圍設(shè)備的接口，可通過(guò)電纜實(shí)現(xiàn)串行通信、EPROM寫(xiě)入等功能。

4.  編程器

　　編程器作用是將用戶編寫(xiě)的程序下載至PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過(guò)程，顯示PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。
　　編程器有簡(jiǎn)易編程器和圖形編程器兩種。簡(jiǎn)易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語(yǔ)句形式進(jìn)行聯(lián)機(jī)編程，適合小型PLC的編程及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。圖形編程器既可用語(yǔ)句形式編程，又可用梯形圖編程，同時(shí)還能進(jìn)行脫機(jī)編程。
　　目前PLC制造廠家大都開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助PLC編程支持軟件，當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改，并通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控PLC運(yùn)行狀態(tài)等。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

5.  電源

　　PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電，是整個(gè)PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡(jiǎn)化外圍配置。

二、PLC工作原理

1.  PLC內(nèi)外部電路

　　1）外部電路接線

　　圖3是電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制的接觸器電氣控制線路，控制邏輯由交流接觸器KM線圈、指示燈HL1、HL2、熱繼電器常閉觸頭FR、停止按鈕SB2、起動(dòng)按鈕SB1及接觸器常開(kāi)輔助觸頭KM通過(guò)導(dǎo)線連接實(shí)現(xiàn)。
　　合上QS后按下起動(dòng)按鈕SB1，則線圈KM通電并自鎖，接通指示燈HL1所在支路的輔助觸頭KM及主電路中的主觸頭， HL1亮、電動(dòng)機(jī)M起動(dòng)；按下停止按鈕SB2，則線圈KM斷電，指示燈HL1滅，M停轉(zhuǎn)。
　　圖4是采用SIEMENS的一款S7系列PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制的外部接線圖。主電路保持不變，熱繼電器常閉觸頭FR、停止按鈕SB2、起動(dòng)按鈕 SB1等作為PLC的輸入設(shè)備接在PLC的輸入接口上，而交流接觸器KM線圈、指示燈HL1、HL2等作為PLC的輸出設(shè)備接在PLC的輸出接口上。按制邏輯通過(guò)執(zhí)行按照電動(dòng)機(jī)全壓控制要求編寫(xiě)并存入程序存儲(chǔ)器內(nèi)的用戶程序?qū)崿F(xiàn)。

a）主電路  b）控制線路

圖3  電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)電氣控制線路

a）主電路  b）I/O實(shí)際接線圖  

圖4  電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)PLC控制接線圖

 

　　2）建立內(nèi)部I/O映像區(qū)
　　在PLC存儲(chǔ)器內(nèi)開(kāi)辟了I/O映像存儲(chǔ)區(qū)，用于存放I/O信號(hào)的狀態(tài)，分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器，此外PLC其它編程元件也有相對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)器，稱為元件映像寄存器。
　　I/O映像區(qū)的大小由PLC的系統(tǒng)程序確定，對(duì)于系統(tǒng)的每一個(gè)輸入點(diǎn)總有一個(gè)輸入映像區(qū)的某一位與之相對(duì)應(yīng)，對(duì)于系統(tǒng)的每一個(gè)輸出點(diǎn)也都有輸出映像區(qū)的某一位與之相對(duì)應(yīng)，且系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的編址號(hào)與I/O映像區(qū)的映像寄存器地址號(hào)也對(duì)應(yīng)。
　　PLC工作時(shí)，將采集到的輸入信號(hào)狀態(tài)存放在輸入映像區(qū)對(duì)應(yīng)的位上，運(yùn)算結(jié)果存放到輸出映像區(qū)對(duì)應(yīng)的位上，PLC在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需描述輸入繼電器的等效觸頭或輸出繼電器的等效觸頭、等效線圈狀態(tài)的數(shù)據(jù)取用于I/O映像區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系。
　　I/O映像區(qū)的建立使PLC工作時(shí)只和內(nèi)存有關(guān)地址單元內(nèi)所存的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)生關(guān)系，而系統(tǒng)輸出也只是給內(nèi)存某一地址單元設(shè)定一個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)。這樣不僅加快了程序執(zhí)行速度，而且使控制系統(tǒng)與外界隔開(kāi)，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
　　3）內(nèi)部等效電路
　　圖5是PLC的內(nèi)部等效電路，以其中的起動(dòng)按鈕SB1為例，其接入接口I0.0與輸入映像區(qū)的一個(gè)觸發(fā)器I0.0相連接，當(dāng)SB1接通時(shí)，觸發(fā)器 I0.0就被觸發(fā)為“1”狀態(tài)，而這個(gè)“1”狀態(tài)可被用戶程序直接引用為I0.0觸頭的狀態(tài)，此時(shí)I0.0觸頭與SB1的通斷狀態(tài)相同，則SB1接通，I0.0觸頭狀態(tài)為“1”，反之SB1斷開(kāi)，I0.0觸頭狀態(tài)為“0”，由于I0.0觸發(fā)器功能與繼電器線圈相同且不用硬連接線，所以I0.0觸發(fā)器等效為PLC內(nèi)部的一個(gè)I0.0軟繼電器線圈，直接引用I0.0線圈狀態(tài)的I0.0觸頭就等效為一個(gè)受I0.0線圈控制的常開(kāi)觸頭（或稱為動(dòng)合觸頭）。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

 

圖5  PLC內(nèi)部等效電路

 

　　同理，停止按鈕SB2與PLC內(nèi)部的一個(gè)軟繼電器線圈I0.1相連接，SB2閉合，I0.1線圈的狀態(tài)為“1”，反之為“0”，而繼電器線圈I0.1的狀態(tài)被用戶程序取反后引用為I0.1觸頭的狀態(tài)，所以I0.1等效為一個(gè)受I0.1線圈控制的常閉觸頭（或稱動(dòng)斷觸頭）。而輸出觸頭Q0.0、Q0.1則是PLC內(nèi)部繼電器的物理常開(kāi)觸頭，一旦閉合，外部相應(yīng)的KM線圈、指示燈HL1就會(huì)接通。PLC輸出端有輸出電源用的公共接口COM。

2.  PLC控制系統(tǒng)

　　用PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)電氣控制系統(tǒng)，其主電路基本保持不變，而用PLC替代電氣控制線路。
　　1）PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成
　　圖6是電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)的PLC控制系統(tǒng)基本構(gòu)成圖，可將之分成輸入電路、內(nèi)部控制電路和輸出電路三個(gè)部分。
　　輸入電路

 

圖6  PLC控制系統(tǒng)基本構(gòu)成框圖

　　輸入電路的作用是將輸入控制信號(hào)送入PLC，輸入設(shè)備為按鈕SB1、SB2及FR常閉觸頭。外部輸入的控制信號(hào)經(jīng)PLC輸入到對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸入繼電器，輸入繼電器可提供任意多個(gè)常開(kāi)觸頭和常閉觸頭，供PLC內(nèi)容控制電路編程使用。
　　輸出電路
　　輸出電路的作用是將PLC的輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動(dòng)KM線圈和HL1指示燈的信號(hào)。PLC內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器，每個(gè)輸出繼電器除了 PLC內(nèi)部控制電路提供編程用的常開(kāi)觸頭和常閉觸頭外，還為輸出電路提供一個(gè)常開(kāi)觸頭與輸出端口相連，該觸頭稱為內(nèi)部硬觸頭，是一個(gè)內(nèi)部物理常開(kāi)觸頭。通過(guò)該觸頭驅(qū)動(dòng)外部的KM線圈和HL1指示燈等負(fù)載，而KM線圈再通過(guò)主電路中KM主觸頭去控制電動(dòng)機(jī)M的起動(dòng)與停止。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電源由外電部電源提供，PLC的輸出端口中還有輸出電源用的COM公共端。
　　內(nèi)部控制電路
　　內(nèi)部控制電路由按照被控電動(dòng)機(jī)實(shí)際控制要求編寫(xiě)的用戶程序形成，其作用是按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對(duì)輸入、輸出信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算、處理和判斷，然后得到相應(yīng)的輸出控制信號(hào)，通過(guò)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備：電動(dòng)機(jī)M、指示燈HL1等。
用戶程序通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)通信或編程器輸入等方式，把程序語(yǔ)句全部寫(xiě)到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。用戶程序的修改只需通過(guò)編程器等設(shè)備改變存儲(chǔ)器中的某些語(yǔ)句，不會(huì)改變控制器內(nèi)部接線，實(shí)現(xiàn)了控制的靈活性。
　　2）PLC控制梯形圖
梯形圖是一種將PLC內(nèi)部等效成由許多內(nèi)部繼電器的線圈、常開(kāi)觸頭、常閉觸頭或功能程序塊等組成的等效控制線路。圖7是PLC梯形圖常用的等效控制元件符號(hào)。

a）線圈  b）常開(kāi)觸頭 c）常閉觸頭

圖7  梯形圖常用等效控制元件符號(hào)

 

　　圖8是電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)的PLC控制梯形圖，由FR常閉觸頭、SB2常閉按鈕、KM常開(kāi)輔助觸頭與SB1常開(kāi)按鈕的并聯(lián)單元、KM線圈等零件對(duì)應(yīng)的等效控制元件符號(hào)串聯(lián)而成。電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制梯形在形式上類似于接觸器電氣控制線路圖，但也與電氣控制線路圖存在許多差異。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

圖8  電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制梯形圖

 

　　梯形圖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。
　　梯形圖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。
　　梯形圖中繼電器元件狀態(tài)切換過(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)程，切換操作過(guò)程沒(méi)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(guò)先斷開(kāi)后閉合的操作過(guò)程。
　　梯形圖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(kāi)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(wú)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(jiàn)，梯形圖中繼電器觸頭原則上可以無(wú)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。
　　梯形圖每一行畫(huà)法規(guī)則為從左母線開(kāi)始，經(jīng)過(guò)觸頭和線圈（或功能方框），終止于右母線。一般并聯(lián)單元畫(huà)在每行的左側(cè)、輸出線圈則畫(huà)在右側(cè)，其余串聯(lián)元件畫(huà)在中間。

3.  PLC工作過(guò)程

　　PLC上電后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下周而復(fù)始地按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行等，見(jiàn)圖9所示。

 

圖9  PLC順序循環(huán)過(guò)程

 

　　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(guò)自診斷對(duì)電源、PLC內(nèi)部電路、用戶程序的語(yǔ)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(guò)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(guò)程，執(zhí)行用戶程序。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
　　4）掃描過(guò)程
　　以掃描方式把外部輸入信號(hào)的狀態(tài)存入輸入映像區(qū)，再執(zhí)行用戶程序，并將執(zhí)行結(jié)果輸出存入輸出映像區(qū)，直到傳送到外部設(shè)備。
　　PLC上電后周而復(fù)始地執(zhí)行上述工作過(guò)程，直至斷電停機(jī)。

4.  用戶程序循環(huán)掃描

　　PLC對(duì)用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，見(jiàn)圖10。

 

圖10  PLC用戶程序掃描過(guò)程

 

　　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(kāi)關(guān)、速度繼電器的通斷狀態(tài)經(jīng)PLC的輸入接口讀入映像寄存器，這一過(guò)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。這種輸入工作方式稱為集中輸入方式。
　　2）程序執(zhí)行階段
　　PLC在程序執(zhí)行階段，若不出現(xiàn)中斷或跳轉(zhuǎn)指令，就根據(jù)梯形圖程序從首地址開(kāi)始按自上而下、從左往右的順序進(jìn)行逐條掃描執(zhí)行，掃描過(guò)程中分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中將有關(guān)編程元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)“0”或“1”讀出，并根據(jù)梯形圖規(guī)定的邏輯關(guān)系執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中保存。而需向外輸出的信號(hào)則存入輸出映像寄存器，并由輸出鎖存器保存。
　　3）輸出處理階段
　　CPU將輸出映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器和PLC的輸出接口傳送到外部去驅(qū)動(dòng)接觸器和指示燈等負(fù)載。這時(shí)輸出鎖存器保存的內(nèi)容要等到下一個(gè)掃描周期的輸出階段才會(huì)被再次刷新。這種輸出工作方式稱為集中輸出方式。
　　4）PLC掃描過(guò)程示例
　　梯形圖將以指令語(yǔ)句表的形式存儲(chǔ)在PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。指令語(yǔ)句表是PLC的另一種編程語(yǔ)言，由一系列操作指令組成的表描述PLC的控制流程，不同的PLC指令語(yǔ)句表使用的助記符并不相同。采用SIEMENS  S7-300系列PLC指令語(yǔ)句表編寫(xiě)的電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)梯形圖的功能程序如下：
　　　　　　　A（
　　　　　　　O       I0.0                  //取I0.0，存入運(yùn)算堆棧；
　　　　　　　O       Q0.0                  //Q0.0和堆棧內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行或運(yùn)算，結(jié)果存入堆棧；
　　　　　　　）
　　　　　　　AN      I0.1                  //I0.1取非后和堆棧內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行與運(yùn)算，結(jié)果存入堆棧；
　　　　　　　AN      I0.2                  //I0.2取非后和堆棧內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行與運(yùn)算，結(jié)果存入堆棧；
　　　　　　　=       Q0.0                  //將堆棧內(nèi)數(shù)據(jù)送到輸出映像寄存器Q0.0；
　　　　　　　A       Q0.0                  //取出Q0.0數(shù)據(jù)存入堆棧；#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
　　　　　　　=       Q0.1                  //將堆棧內(nèi)數(shù)據(jù)送到輸出映像寄存器Q0.1；
　　　　　　　MEND                          //主程序結(jié)束。
　　指令語(yǔ)句表是由若干條語(yǔ)句組成的程序，語(yǔ)句是程序的最小獨(dú)立單元。每個(gè)操作功能由一條或幾條語(yǔ)句執(zhí)行。PLC語(yǔ)句由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。操作碼用助記符表示（如A表示“取”、O表示“或”等），用于說(shuō)明要執(zhí)行的功能，即告之CPU應(yīng)執(zhí)行何種操作。操作碼主要的功能有邏輯運(yùn)算中的與、或、非，算術(shù)運(yùn)算中的加、減、乘、除，時(shí)間或條件控制中的計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位等功能。
　　操作數(shù)一般由標(biāo)識(shí)符和參數(shù)組成。標(biāo)識(shí)符表示操作數(shù)的類別，例如輸入繼電器、輸出繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器等；而參數(shù)表示操作數(shù)的地址或一個(gè)預(yù)先設(shè)定值。
　　以電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)PLC控制系統(tǒng)為例，在輸入采樣階段，CPU將SB1、SB2和FR的觸頭狀態(tài)讀入相應(yīng)的輸入映像寄存器，外部觸頭閉合時(shí)存入寄存器的是二進(jìn)制數(shù)“1”，反之存入“0”。輸入采樣結(jié)束進(jìn)入程序執(zhí)行階段，見(jiàn)圖11。
　　執(zhí)行第1、2條指令時(shí)，從I0.0對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中取出信息“1”或“0”，并存入稱為“堆棧”的操作器中。
　　執(zhí)行第3條指令時(shí)，取出Q0.0對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器中的信息“1”或“0”，并與堆棧中的內(nèi)容相“或”，結(jié)果再存入堆棧中（電路的并聯(lián)對(duì)應(yīng)“或”運(yùn)算）。
　　執(zhí)行第4條、第5條指令時(shí)，先取出I0.1的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行非運(yùn)算，再和堆棧中的數(shù)據(jù)相“與”后存入堆棧，然后取出I0.2的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行取非運(yùn)算，再和堆棧中的數(shù)據(jù)相“與”后再次存入堆棧（電路中的串聯(lián)對(duì)應(yīng)“與”運(yùn)算）。
　　執(zhí)行第6條時(shí)，將堆棧中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)送入Q0.0對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器中。
　　執(zhí)行第7條指令時(shí)，取出Q0.0輸出映像寄存器中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)存入堆棧。
　　執(zhí)行第8條指令時(shí)，取出堆棧中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)送入Q2.0對(duì)應(yīng)的映像寄存器中。
　　執(zhí)行第9條指令，結(jié)束用戶程序的一次循環(huán)掃描過(guò)程，開(kāi)始下一次掃描過(guò)程。
　　在輸出處理階段，CPU將各輸出映像寄存器中的二進(jìn)制數(shù)傳送給輸出鎖存器。如果Q0.0、Q0.1對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器存放的二進(jìn)制數(shù)為“1”，則外接的KM線圈、指示燈HL1通電，反之，將斷電。

 

圖11  電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)PLC控制掃描過(guò)程

　　5）繼電器控制與PLC控制的差異
　　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(jiàn)圖12。
　　圖12a）控制圖中，如果為繼電器控制線路，由于是并行控制方式，首先是線圈Q0.0與線圈      Q0.1均通電，然后因?yàn)槌ｉ]觸頭Q0.1的斷開(kāi)，導(dǎo)致線圈Q0.0斷電。
　　如果為梯形圖控制線路，當(dāng)I0.0接通后，線圈Q0.0通電，然后是Q0.1通電，完成第1次掃描；進(jìn)入第2次掃描后，線圈Q0.0因常閉觸頭Q0.1斷開(kāi)而斷電，而Q0.1通電。
　　圖12b）控制圖中，如果為繼電器控制線路，線圈Q0.0與線圈Q0.1首先均通電，然后Q0.1斷電。
　　如果為梯形圖控制線路，則觸頭I0.0接通，所以線圈Q0.1通電，然后進(jìn)行第2行掃描，結(jié)果因?yàn)槌ｉ]觸頭Q0.1斷開(kāi)，所以線圈Q0.0始終不能通電。

 

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圖12  梯形圖與繼電器圖控制觸頭通斷狀態(tài)分析

 

三、工作任務(wù)

　　敘述PLC各組成部分作用；識(shí)讀PLC外圍接線圖；掌握PLC梯形圖基本繪制規(guī)則。

　　資訊：整理歸納聽(tīng)課筆記
　　決策：確定電氣控制基本環(huán)節(jié)線路作為改換為PLC控制后外圍接線的練習(xí)圖
　　計(jì)劃：以電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)為例，制定外圍接線、繪制相應(yīng)PLC梯形圖的計(jì)劃
　　實(shí)施：課余完成PLC外圍接線圖及PLC控制梯形圖的繪制
　　檢查：小組互查 評(píng)估：小組評(píng)估

a）觸頭通斷無(wú)差異  b）觸頭通斷有差異