PLC編程的工作原理是什么？-PLC編程入門培訓

 PLC編程技術的應用讓不少的工業流水線快速發展。那么目前PLC的發展，需要的PLC編程人才越來越多，PLC編程入門培訓成為了工程師們的第一步，那么下面來看看PLC編程的工作原理是什么？

一. 掃描技術

當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。

(一) 輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

(二) 用戶程序執行階段

在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

(三) 輸出刷新階段

當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執行的結果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運行結果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結果有所區別。當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區別了。

一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執行、輸出刷新等所有時間的總和。

可編程控制器，英文稱ProgrammableLogicController，簡稱PLC。PLC是基于電子計算機，且適用于工業現場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現控制，而主要靠運行存儲于PLC內存中的程序，進行入出信息變換實現控制。

PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普遍計算機進行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應于工業環境，如便于安裝，抗干擾等問題。

1.1實現控制要點

輸入輸出信息變換、可靠物理實現，可以說是PLC實現控制的兩個基本要點。

輸入輸出信息變換靠運行存儲于PLC內存中的程序實現。PLC程序既有生產廠家的系統程序(不可更改)，又有用戶自行開發的應用（用戶）程序。系統程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信號與信息轉換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。什么樣的控制要求，就應有什么樣的用戶程序。

可靠物理實現主要靠輸人（INPUT）及輸出（OUTPUT）電路。PLC的I/O電路，都是專門設計的。輸入電路要對輸入信號進行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內部計算機電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯系。輸出電路內外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯系。輸出電路還要進行功率放大，以足以帶動一般的工業控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。

I/O電路是很多的，每一輸入點或輸出點都要有一個I或O電路。PLC有多I/O用點，一般也就有多少個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。

輸入電路時刻監視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。每一輸入點都有一個對應的存儲其信息的暫存器。

輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點。輸出鎖存器與輸出點也是一一對應的

這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實際就是PLC處理器I/O口的寄存器。它們與計算機內存交換信息通過計算機總線，并主要由運行系統程序實現。把輸人暫存器的信息讀到PLC的內存中，稱輸入刷新。PLC內存有專門開辟的存放輸入信息的映射區。這個區的每一對應位（bit）稱之為輸入繼電器，或稱軟接點。這些位置成1，表示接點通，置成0為接點斷。由于它的狀態是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態。

輸出鎖存器與PLC內存中的輸出映射區也是對應的。一個輸出鎖存器也有一個內存位（bit）與其對應，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。靠運行系統程序，輸出繼電器的狀態映射到輸出鎖存器。這個映射也稱輸出刷新。輸出刷新主要也是靠運行系統程序實現的。這樣，用戶所要編的程序只是，內存中輸入映射區到輸出映射區的變換，特別是怎么按輸入的時序變換成輸出的時序。這是一個數據及邏輯處理問題。由于PLC有強大的指令系統，編寫出滿足這個要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。

1.2實現控制過程

簡單地說，PLC實現控制的過程一般是：

輸入刷新–再運行用戶程序–再輸出刷新–再輸入刷新–再運行用戶程序–再輸出刷新……永不停止地循環反復地進行著。

有了上述過程，用PLC實現控制顯然是可能的。因為：有了輸入刷新，可把輸入電路監控得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區；經運行用戶程序，輸出映射區將得到變換后的信息；再經輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區的狀態，并通過輸出電路產生相應的輸出。又由于這個過程是永不停止地循環反復地進行著，所以，輸出總是反映輸入的變化的。只是響應的時間上，略有滯后。當然，這個滯后不宜太大，否則，所實現的控制不那么及時，也就失去控制的意義。

為此，PLC的工作速度要快。速度快、執行指令時間短，是PLC實現控制的基礎。事實上，它的速度是很快的，執行一條指令，多的幾微秒、幾十微秒，少的才零點幾，或零點零幾微秒。而且這個速度還在不斷提高中。

圖1.1所示的過程是簡化的過程，實際的PLC工作過程還要復雜些。除了I/O刷新及運行用戶程序，還要做些公共處理工作。公共處理工作有：循環時間監控、外設服務及通訊處理等。

監控循環時間的目的是避免”死循環”，避免程序不能反復不斷地重復執行。辦法是用”看門狗”（Watchingdog）。只要循環超時，它可報警，或作相應處理.

外設服務是讓PLC可接受編程器對它的操作，或通過接口向輸出設備如打印機輸出數據.通訊處理是實現PLC與PLC，或PLC與計算機，或PLC與其它工業控制裝置或智能部件間信息交換的。這也是增強PLC控制能力的需要。也就是說，實際的PLC工作過程總是：公共處理–I/O刷新–運行用戶程序–再公共處理–……反復不停地重復著。

1.3可編程控制器實現控制的方式

用這種不斷地重復運行程序實現控制稱掃描方式。是用計算機進行實時控制的一種方式。此外，計算機用于控制還有中斷方式。在中斷方式下，需處理的控制先申請中斷，被響應后正運行的程序停止運行，轉而去處理中斷工作（運行有關中斷服務程序）。待處理完中斷，又返回運行原來程序。哪個控制需要處理，哪個就去申請中斷。哪個不需處理，將不被理睬。顯然，中斷方式與掃描方式是不同的。

在中斷方式下，計算機能得到充分利用，緊急的任務也能得到及時處理。但是，如果同時來了幾個都要處理的任務該怎么辦呢？優先級高的還好辦，低的呢？可能會出現照顧不到之處。所以，中斷方式不大適合于工作現場的日常使用。

但是，PLC在用掃描方式為主的情況下，也不排斥中斷方式。即大量控制都用掃描方式，個別急需的處理，允許中斷這個掃描運行的程序，轉而去處理它。這樣，可做到所有的控制都能照顧到，個別應急的也能進行處理。

PLC的實際工作過程比這里講的還要復雜一些，分析其基本原理，也還有一些理論問題。有關人員如果能把上面介紹的入出變換、物理實現–信息處理、I/O電路–空間、時間關系–掃描方式并輔以中斷方式，作為一種思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎樣去實現控制的，也就好把握住PLC基本原理的要點了。

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