plc基本工作原理和运行原理

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要熟练地应用plc，首先要理解PLC的工作原理，只有理解了PLC的工作原理，才能理解和分析PLC程序的执行过程。
PLC是一种专业应用于企业的计算机，全名为可编程控制器。在PLC投入运行时，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
中央处理器是PLC正常工作的神经中枢，当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
其次是存储器。存储器是存放系统软件的称之为系统程序存储器；存放应用程序的存储器则被我们成为是用户成粗存储器。
其三是电源。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。 用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。 PLC的扫描工作方式与电器控制的工作原理明显不同。电器控制装置采用硬逻辑的并行工作方式，如果某个继电器的线圈通电或断电，那么该继电器的所有常开和常闭触点不论处在控制线路的哪个位置上，都会立即同时动作；而PLC采用扫描工作方式（串行工作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其所有的触点不会立即动作，必须等扫描到该时才会动作。但由于PLC的扫描速度快，通常PLC与电器控制装置在I/O的处理结果上并没有什么差别。

一、PLC的扫描工作方式
PLC有运行(RUN)和停止(STOP)两种基本的工作模式。当处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容；当处于运行工作模式时，PLC要进行从内部处理、通信服务、输入处理、程序处理、输出处理，然后按上述过程循环扫描工作。在运行模式下，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC断电或切换至STOP工作模式。
除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，PLC还要完成内部处理、通信服务等工作。当PLC运行时，一次循环可分为以下5个阶段：内部处理、通信服务、输入处理、程序处理和输出处理，如图所示。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。当然，由于PLC执行指令的速度极快，所以从输入与输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的，但严格地说，是有时间差异的。

图 PLC工作流程图
1．内部处理阶段
在内部处理阶段，PLC检查CPU内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些其他内部工作。
2．通信服务阶段
在通信服务阶段，PLC与其他的设备通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当PLC处于停止模式时，只执行内部处理和通信服务两个阶段的操作；当PLC处于运行模式时，还要完成另外3个阶段的操作。
3．输入处理阶段
输入处理又叫输入采样。在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。PLC的其他元件如M等也有对应的映像存储区，统称为元件映像寄存器。外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为ON状态，则梯形图中对应的输入继电器的触点动作，即动合触点接通，动断触点断开。外部输入电路断开时，对应的输入映像寄存器为OFF状态，则梯形图中对应的输入继电器的触点保持原状态，即动合触点断开，动断触点闭合。
在输入处理阶段，PLC顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入到输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序处理时，输入映像寄存器与外界隔离，此时即使有输入信号发生变化，其映像寄存的内容也不会发生改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。
4．程序处理阶段
根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右、先上后下的顺序，逐行逐句扫描，执行程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当用户程序涉及输入／输出状态时，PLC从输入映像寄存器中读取上一阶段输入处理时对应输入继电器的状态，从输出映像寄存器中读取对应输出继电器的状态，根据用户程序进行逻辑运算，运算结果存人有关元件寄存器中。因此，输出映像寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。
5．输出处理阶段
在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的ON/OFF状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈接通时，对应的输出映像寄存器为ON状态。信号经输出单元隔离和功率放大后，继电器型输出单元中对应的硬件继电器的线圈通电，其动合触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出继电器的线圈断开，对应的输出映像寄存器为OFF状态，在输出处理阶段之后，继电器输出单元中对应的硬件继电器的线圈断电，其动合触点断开，外部负载断开。
由于PLC是以扫描方式工作的，在程序执行阶段即使输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的内容也不会改变，只有等到一个周期的输入处理阶段才能改变。暂存在输出映像寄存器中的输出信号要等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输送给输出锁存器。由此可见，全部输出状态的刷新，需要一个扫描周期。
二、扫描周期
PLC在RUN工作模式时，执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1～100ms。扫描周期与用户程序的长短和CPU执行指令的速度有关。
三、输入／输出滞后时间
输入／输出滞后时间又称为系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻到它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。