可编程控制器的工作原理

继电器控制系统是一种“硬件逻辑系统"，控制系统采用的是并行工作方式。

可编程控制器是一种计算机控制系统，它的工作原理是建立在计算析工作原理基础之上的，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，由于CPU是以执行程序来处理各项任务的，所以在每一瞬间只能做一件事，属于串行工作方式，通过程序的执行按程序贩序依次完成各相应的动作。

PLC的工作方式如下。

为了满足工业逻辑控制的要求，同时结合计算机控制的特点，PLC的工作方式釆用不断 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*条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回*条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。PLC工作的全过程可用图3-17所示的运行框图来表示。整个过程可分为以下几个部分。

*部分是上电处理。PLC上电后对系统进行一次初始化，包括硬件初始化和软件初始化，停电保持范围设定及其他初始化处理等。

第二部分是自诊断处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常。如CPU、电池电压、程序存储器、I/O和通信等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。

第三部分是通信服务。PLC自诊断处理完成以后进入通信服务过程。首先检查有无通信任务，如有则调用相应进程，完成与其他设备的通信处理，并对通信数据作相应处理；然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作。

第四部分是程序扫描过程。PLC在上电处理、自诊断和通信服务完成以后，如果工作选择开关在RUN位置，则进入程序扫描工作阶段。先完成输入处理，即把输入端子的状态读入输入映像寄存器中，然后执行用户程序，zui后把输出处理结果刷新到输出锁存器中。

在上述几个部分中，通信服务和程序扫描过程是PLC工作的主要部分，其工作周期称为扫描周期，可以看出扫描周期直接影响控制信号的实时性和正确性。为了确保控制能正确实时地进行，在每个扫描周期中，通信任务的作业时间必须被控制在一定范围内。PLC运行正常时，程序扫描周期的长短与CPU的运算速度、I/O点的情况、用户应用程序的长短及编程情况等有关。通常用PLC执行1KB指令所需时间来说明其扫描速度，一般为零点几毫秒到上百毫秒。值得注意的是，不同指令其执行时间是不同的，从零点几微秒到上百微秒不等，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。而对于一些需要高速处理的信号，则需要特殊的软、 硬件措施来处理。

当PLC处于正常运行时，它将不断重复扫描过程。分析上述扫描过程，如果对远程1/0、 特殊模块和其他通信服务暂不考虑，这样扫描过程就如图3-18所示只剩下“输入采样"、“程序执行"和“输出刷新" 3个阶段了。这3个阶段是PLC工作过程的中心内容，理解透PLC工作过程的这3个阶段是学习好PLC的基础。下面就对这3个阶段进行详细的分析。

(1)输入采样阶段

PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端点，并将各输入状态存入相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，进入程序执行阶段和输出刷新阶段，在此阶段输入映像寄存器与外界隔离，无论输入情况如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入釆样阶段，才重新写入输入端的新内容。所以一般来说，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，否则很可能造成信号的丢失。

由此可见，输入映像寄存器的数据*取决于输入端子上各输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。

(2) 程序执行阶段

根据PLC梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC按从左到右、从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入"采集到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"）的状态会随着程序执行过程而变化。

(3) 输出刷新阶段

在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过输出端子和外部电源，驱动外部负载。

由此可见，输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果，输出锁存器中的数据由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定，而输出端子的接通和断开状态，*由输出锁存器决定。