plc的工作原理是什么？具体介绍

可编程控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。 PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。

普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。 1.1实现控制要点 输入输出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。 输入输出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。PLC程序既有生产厂家的系统程序(不可更改)，又有用户自行开发的应用(用户)程序。

系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。 可靠物理实现主要靠输人(bbbbb)及输出(OUTPUT)电路。PLC的I/O电路，都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。

输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。 I/O电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。PLC有多I/O用点，一般也就有多少个I/O用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。 输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。 输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应的 这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。PLC的工作原理为：当PLC控制器投入运行后，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。

1、输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

2、用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。

3、输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

PLC的基本结构为：

1、中央处理单元

中央处理单元(CPU)是PLC控制器的控制中枢。

它按照PLC控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

2、存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

3、电源

PLC控制器的电源在整个系统中起着十分重要得作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

4、程式输入装置

负责提供操作者输入、修改、监视程式用作的功能。

PLC的主机由CPU、存储器(EPROM、RAM)、输入/输出单元、外设I/O接口、通信接口及电源组成。对于整体式PLC，这些部件都在同一个机壳内。

而对于模块式PLC，各部件独立封装，称为模块，各模块通过机架和电缆连接在一起。

主机内的各个部分均通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，根据实际控制对象的需要配备一定的外部设备，构成不同的PLC控制系统。

常用的外部设备有编程器、打印机、EPROM写入器等。PLC可以配置通信模块与上位机及其他的PLC进行通信，构成PLC的分布式控制系统。

下面分别介绍PLC的各组成部分及其作用，以便用户进一步了解PLC的控制原理和工作过程。

(1)CPU

CPU是PLC的控制中枢，PLC在CPU的控制下有条不紊地协调工作，从而实现对现场的各个设备进行控制。CPU由微处理器和控制器组成，它可以实现逻辑运算和数学运算，协调控制系统内部各部分的工作。

控制器的作用是控制整个微处理器的各个部件有条不紊的进行工作，它的基本功能就是从内存中读取指令和执行指令。

(2)存储器

PLC配有两种存储器，即系统存储器和用户存储器。系统存储器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。

用户存储器用来存放编制的应用程序和工作数据状态。存放工作数据状态的用户存储器部分也称为数据存储区，它包括输入/输出数据映像区、定时器/计数器预置数和当前值的数据区及存放中间结果的缓冲区。

PLC的存储器主要包括以下几种。

(1)只读存储器

(2)可编程只读存储器

(3)可擦除可编程只读存储器

(4)电可擦除可编程只读存储器

(5)随机存取存储器

(3)输入/输出(I/O)模块

①开关量输入模块

开关量输入设备是各种开关、按钮、传感器等，PLC的输入类型通常可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。

②开关量输出模块

输出模块的作用是将CPU执行用户程序所输出的TTL电平的控制信号转化为生产现场所需的，能驱动特定设备的信号，以驱动执行机构的动作。

(4)编程器

编程器是PLC重要的外部设备，利用编程器可将用户程序送入PLC的用户程序存储器，调试程序、监控程序的执行过程。编程器从结构上可分为以下三种类型。

(1)简易编程器

(2)图形编程器

(3)通用计算机编程器

(5)电源

电源单元的作用是把外部电源(220V的交流电源)转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源(直流5V、±12V、24V)，并为外部输入元件(如接近开关)提供24V直流电源(仅供输入端点使用)。驱动PLC负载的电源由用户提供。

西门子PLC

一、集中采样

顺序读取所有输入端子的通断状态，并将所读取的信息存到输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新;

由于PLC是集中采样，在程序处理阶段即使输入发生了变化，输入映像寄存器中的内容也不会变化，要到下一周期的输入采样阶段才会改变。

二、周期循环扫描

PLC的工作方式是一个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;

按先上后下，先左后右的步序，对梯形图程序进行逐句扫描并根据采样到输入映像寄存器中的结果进行逻辑运算，运算结果再存入有关映像寄存器中;

如遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址;

由于PLC是串行工作，所以PLC的运行结果与梯形图的顺序有关。

三、集中输出

时序处理完毕后，将所有输出映像寄存器中各点的状态，转存到输出锁存器中，再通过输出端驱动外部负载。