plc的工作原理是什么？具體介紹

可編程控制器，英文稱ProgrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PLC。PLC是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過(guò)電路的物理過(guò)程實(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。 PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。

普遍計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的使用等問(wèn)題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問(wèn)題。 1.1實(shí)現(xiàn)控制要點(diǎn) 輸入輸出信息變換、可靠物理實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。 輸入輸出信息變換靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序(不可更改)，又有用戶自行開(kāi)發(fā)的應(yīng)用(用戶)程序。

系統(tǒng)程序提供運(yùn)行平臺(tái)，同時(shí)，還為PLC程序可靠運(yùn)行及信號(hào)與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。什么樣的控制要求，就應(yīng)有什么樣的用戶程序。 可靠物理實(shí)現(xiàn)主要靠輸人(bbbbb)及輸出(OUTPUT)電路。PLC的I/O電路，都是專門設(shè)計(jì)的。輸入電路要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內(nèi)部計(jì)算機(jī)電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯(lián)系。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。

輸出電路還要進(jìn)行功率放大，以足以帶動(dòng)一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。 I/O電路是很多的，每一輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)都要有一個(gè)I或O電路。PLC有多I/O用點(diǎn)，一般也就有多少個(gè)I/O用電路。但由于它們都是由高度集成化的電路組成的，所以，所占體積并不大。 輸入電路時(shí)刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。每一輸入點(diǎn)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)其信息的暫存器。 輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點(diǎn)。輸出鎖存器與輸出點(diǎn)也是一一對(duì)應(yīng)的 這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實(shí)際就是PLC處理器I/O口的寄存器。PLC的工作原理為：當(dāng)PLC控制器投入運(yùn)行后，其工作過(guò)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。

1、輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC控制器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)。

輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。

2、用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，PLC控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。

3、輸出刷新階段

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC控制器就進(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)。

PLC的基本結(jié)構(gòu)為：

1、中央處理單元

中央處理單元(CPU)是PLC控制器的控制中樞。

它按照PLC控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù);檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。

2、存儲(chǔ)器

存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。

存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。

3、電源

PLC控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。

如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。

4、程式輸入裝置

負(fù)責(zé)提供操作者輸入、修改、監(jiān)視程式用作的功能。

PLC的主機(jī)由CPU、存儲(chǔ)器(EPROM、RAM)、輸入/輸出單元、外設(shè)I/O接口、通信接口及電源組成。對(duì)于整體式PLC，這些部件都在同一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。

而對(duì)于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝，稱為模塊，各模塊通過(guò)機(jī)架和電纜連接在一起。

主機(jī)內(nèi)的各個(gè)部分均通過(guò)電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象的需要配備一定的外部設(shè)備，構(gòu)成不同的PLC控制系統(tǒng)。

常用的外部設(shè)備有編程器、打印機(jī)、EPROM寫入器等。PLC可以配置通信模塊與上位機(jī)及其他的PLC進(jìn)行通信，構(gòu)成PLC的分布式控制系統(tǒng)。

下面分別介紹PLC的各組成部分及其作用，以便用戶進(jìn)一步了解PLC的控制原理和工作過(guò)程。

(1)CPU

CPU是PLC的控制中樞，PLC在CPU的控制下有條不紊地協(xié)調(diào)工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制。CPU由微處理器和控制器組成，它可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。

控制器的作用是控制整個(gè)微處理器的各個(gè)部件有條不紊的進(jìn)行工作，它的基本功能就是從內(nèi)存中讀取指令和執(zhí)行指令。

(2)存儲(chǔ)器

PLC配有兩種存儲(chǔ)器，即系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問(wèn)和修改這部分存儲(chǔ)器的內(nèi)容。

用戶存儲(chǔ)器用來(lái)存放編制的應(yīng)用程序和工作數(shù)據(jù)狀態(tài)。存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用戶存儲(chǔ)器部分也稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，它包括輸入/輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)及存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。

PLC的存儲(chǔ)器主要包括以下幾種。

(1)只讀存儲(chǔ)器

(2)可編程只讀存儲(chǔ)器

(3)可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器

(4)電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器

(5)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

(3)輸入/輸出(I/O)模塊

①開(kāi)關(guān)量輸入模塊

開(kāi)關(guān)量輸入設(shè)備是各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等，PLC的輸入類型通?？梢允侵绷?、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。

②開(kāi)關(guān)量輸出模塊

輸出模塊的作用是將CPU執(zhí)行用戶程序所輸出的TTL電平的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所需的，能驅(qū)動(dòng)特定設(shè)備的信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

(4)編程器

編程器是PLC重要的外部設(shè)備，利用編程器可將用戶程序送入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，調(diào)試程序、監(jiān)控程序的執(zhí)行過(guò)程。編程器從結(jié)構(gòu)上可分為以下三種類型。

(1)簡(jiǎn)易編程器

(2)圖形編程器

(3)通用計(jì)算機(jī)編程器

(5)電源

電源單元的作用是把外部電源(220V的交流電源)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。外部連接的電源，通過(guò)PLC內(nèi)部配有的一個(gè)專用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源(直流5V、±12V、24V)，并為外部輸入元件(如接近開(kāi)關(guān))提供24V直流電源(僅供輸入端點(diǎn)使用)。驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的電源由用戶提供。

西門子PLC

一、集中采樣

順序讀取所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將所讀取的信息存到輸入映像寄存器中，此時(shí)輸入映像寄存器被刷新;

由于PLC是集中采樣，在程序處理階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入映像寄存器中的內(nèi)容也不會(huì)變化，要到下一周期的輸入采樣階段才會(huì)改變。

二、周期循環(huán)掃描

PLC的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期;

按先上后下，先左后右的步序，對(duì)梯形圖程序進(jìn)行逐句掃描并根據(jù)采樣到輸入映像寄存器中的結(jié)果進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)映像寄存器中;

如遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址;

由于PLC是串行工作，所以PLC的運(yùn)行結(jié)果與梯形圖的順序有關(guān)。

三、集中輸出

時(shí)序處理完畢后，將所有輸出映像寄存器中各點(diǎn)的狀態(tài)，轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，再通過(guò)輸出端驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。