可编程序控制器的工作原理分析

1.PLC的内部等效电路

以图5－5的两台电动机启动控制为例，用PLC控制的内部等效电路图如图5－6所示。

图5－5　两台电动机启动的继电器—接触器控制

图5－6中，PLC的输入部分是用户输入设备，通过输入端子（I接口）与PLC连接。PLC的输出部分是用户输出设备，通过输出端子（O接口）与PLC连接。

内部控制（梯形图）可视为由内部继电器、接触器等组成的等效电路。

三菱FX系列的PLC输入COM端，一般是机内电源24 V的负极端，输出COM端接用户负载电源。

图5－6　两台电动机启动的PLC内部等效电路图

2.PLC的工作过程

PLC有两种工作方式，即RUN（运行）模式与STOP（停止）模式，如图5－7所示。

图5－7　PLC的基本工作方式

在RUN模式阶段，PLC除进行内部处理和通信服务外，还要完成输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段的扫描周期的工作。简单地说，运行模式是执行应用程序的模式，停止模式一般用于程序的编制与修改，扫描周期过程如图5－8所示。(www.xing528.com)

在STOP模式阶段，PLC只进行内部处理和通信服务工作。在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，还对用户程序的语法进行检查，定期复位监控定时器等，以确保系统可靠运行。在通信服务阶段，PLC可与外部智能装置进行通信，如进行PLC之间及PLC与计算机之间的信息交换。

1）输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段。在程序执行阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。

图5－8　循环周期扫描过程

2）程序执行阶段

根据PLC梯形图程序扫描原则，CPU按先左后右、先上后下的步序语句逐句扫描。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器读入上一阶段采入的对应输入端子状态，从元件映像寄存器读入对应元件（软继电器）的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件（软继电器）的状态都会随着程序执行过程变化。

3）输出刷新阶段

当所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器Y的状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过隔离电路，驱动功率放大电路使输出端子向外界发出控制信号，驱动外部负载。

3.PLC的工作方式

1）周期性循环扫描的工作方式

PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令，开始新一轮的扫描，PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。

2）PLC与其他控制系统工作方式的区别

PIC对用户程序的执行是以周期性循环扫描方式进行的。PLC这种运行程序的方式与微型计算机相比有较大的不同。微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，就结束运行。PLC从存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从RUN（运行）切换到STOP（停止）工作状态。PLC每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。