可編程控制器的工作原理

繼電器控制系統是一種“硬件邏輯系統"，控制系統采用的是并行工作方式。

可編程控制器是一種計算機控制系統，它的工作原理是建立在計算析工作原理基礎之上的，即通過執行反映控制要求的用戶程序來實現的，由于CPU是以執行程序來處理各項任務的，所以在每一瞬間只能做一件事，屬于串行工作方式，通過程序的執行按程序販序依次完成各相應的動作。

PLC的工作方式如下。

為了滿足工業邏輯控制的要求，同時結合計算機控制的特點，PLC的工作方式釆用不斷 循環的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從*條指令執行開始，按順序逐條地執行用戶程序直到用戶程序結束，然后返回*條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復始地重復上述循環掃描的。PLC工作的全過程可用圖3-17所示的運行框圖來表示。整個過程可分為以下幾個部分。

*部分是上電處理。PLC上電后對系統進行一次初始化，包括硬件初始化和軟件初始化，停電保持范圍設定及其他初始化處理等。

第二部分是自診斷處理。PLC每掃描一次，執行一次自診斷檢查，確定PLC自身的動作是否正常。如CPU、電池電壓、程序存儲器、I/O和通信等是否異常或出錯，如檢查出異常時，CPU面板上的LED及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼。當出現致命錯誤時，CPU被強制為STOP方式，所有的掃描便停止。

第三部分是通信服務。PLC自診斷處理完成以后進入通信服務過程。首先檢查有無通信任務，如有則調用相應進程，完成與其他設備的通信處理，并對通信數據作相應處理；然后進行時鐘、特殊寄存器更新處理等工作。

第四部分是程序掃描過程。PLC在上電處理、自診斷和通信服務完成以后，如果工作選擇開關在RUN位置，則進入程序掃描工作階段。先完成輸入處理，即把輸入端子的狀態讀入輸入映像寄存器中，然后執行用戶程序，zui后把輸出處理結果刷新到輸出鎖存器中。

在上述幾個部分中，通信服務和程序掃描過程是PLC工作的主要部分，其工作周期稱為掃描周期，可以看出掃描周期直接影響控制信號的實時性和正確性。為了確保控制能正確實時地進行，在每個掃描周期中，通信任務的作業時間必須被控制在一定范圍內。PLC運行正常時，程序掃描周期的長短與CPU的運算速度、I/O點的情況、用戶應用程序的長短及編程情況等有關。通常用PLC執行1KB指令所需時間來說明其掃描速度，一般為零點幾毫秒到上百毫秒。值得注意的是，不同指令其執行時間是不同的，從零點幾微秒到上百微秒不等，故選用不同指令所用的掃描時間將會不同。而對于一些需要高速處理的信號，則需要特殊的軟、 硬件措施來處理。

當PLC處于正常運行時，它將不斷重復掃描過程。分析上述掃描過程，如果對遠程1/0、 特殊模塊和其他通信服務暫不考慮，這樣掃描過程就如圖3-18所示只剩下“輸入采樣"、“程序執行"和“輸出刷新" 3個階段了。這3個階段是PLC工作過程的中心內容，理解透PLC工作過程的這3個階段是學習好PLC的基礎。下面就對這3個階段進行詳細的分析。

(1)輸入采樣階段

PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端點，并將各輸入狀態存入相對應的輸入映像寄存器中。此時，輸入映像寄存器被刷新。接著，進入程序執行階段和輸出刷新階段，在此階段輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入情況如何變化，其內容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入釆樣階段，才重新寫入輸入端的新內容。所以一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，否則很可能造成信號的丟失。

由此可見，輸入映像寄存器的數據*取決于輸入端子上各輸入點在上一刷新期間的接通和斷開狀態。

(2) 程序執行階段

根據PLC梯形圖程序掃描原則，一般來說，PLC按從左到右、從上到下的步驟順序執行程序。當指令中涉及輸入、輸出狀態時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入"采集到的對應輸入端子狀態，從元件映像寄存器“讀入"對應元件（“軟繼電器"）的當前狀態。然后， 進行相應的運算，運算結果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件 (“軟繼電器"）的狀態會隨著程序執行過程而變化。

(3) 輸出刷新階段

在所有指令執行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態（接通/斷開）在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器中，通過輸出端子和外部電源，驅動外部負載。

由此可見，輸出映像寄存器的數據取決于輸出指令的執行結果，輸出鎖存器中的數據由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數據決定，而輸出端子的接通和斷開狀態，*由輸出鎖存器決定。