可编程序控制器的工作原理详解

当PLC投入运行后，其工作过程可分为输入采样刷新、用户程序执行和输出刷新三个阶段。在PLC的整个运行期间，CPU以一定的扫描速度循环执行这三个阶段。完成这三个阶段的过程称作一个扫描周期。因此，PLC的运行方式为循环扫描运行方式。这是PLC与个人计算机的重要区别之一，计算机是中断运行方式。

当PLC上电后，CPU先进行自检和初始化，然后CPU按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据。PLC运行时，以循环扫描方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别寄存到输入映像区，然后从装载存储器中逐条读取用户程序，经过指令解释后，按指令功能执行逻辑或运算，并将结果送入输出映像区或数据寄存器内。在用户程序的一个循环扫描周期执行完毕后，将输出映像区或数据寄存器内的各输出状态或数据传送到相应的输出通道上，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，大型PLC系统还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。CPU的运行速度、存储器容量和用户程序的规模是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，选型时应注意。PLC的循环扫描工作过程如图3-7所示。

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图3-7 PLC的循环扫描工作过程

图3-7中，输入/输出接线端是PLC与外部的开关和传感器触点信号、输出触点等连接的端口。端口的驱动电源可由PLC的电源组件提供（如直流24V），也可用外接电源（如交流220V）供给。输入继电器（I），图中的I0.0，是一个外部开关状态的映像。同样，输出继电器（Q），图中的Q4.0，是一个输出状态的映像。用户程序中的一个输入继电器（I）和输出继电器（Q）等，实际上是对应于PLC的输入/输出端的一个输入触点/输出线圈及其对应的逻辑状态，它以“逻辑位”状态形式实现常开触点、常闭触点和线圈的状态转换，供PLC内部实现逻辑运算时使用。用户程序实际上是PLC内部实现逻辑运算的逻辑控制图。用户程序是用户根据控制要求编制的控制程序或逻辑控制图。在用户程序执行的周期中，CPU对各个过程输入信号进行采样、运算和处理。在这个执行周期中，一些输入变量可能有变化，而有些可能没有发生变化。相应地，有些输出变量有变化，有些没有变化，通过循环扫描的方式，可不断地对输入和输出变量进行采样和输出，使得在变量满足程序条件时能及时处理，并有相应的输出状态变化，前面执行的任务结果，马上就可被后面将要执行的任务所用，并通过设定的监视定时器WDT（WatchDogTimer）监视每个扫描周期的时间是否超过规定值，避免某个任务进入死循环而引起的故障。这就是可编程序控制器循环扫描方式的特点，其优越性在于简化了程序结构，提高了程序执行的可靠性。