原標(biāo)題：plc教程系列篇(六)，plc教程之plc工作原理詳解

PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的核心設(shè)備之一。它采用可編程的存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。了解PLC的工作原理，對(duì)于掌握其應(yīng)用和維護(hù)具有重要意義。

一、PLC的基本結(jié)構(gòu)

在探討PLC工作原理之前，我們先簡(jiǎn)要回顧一下PLC的基本結(jié)構(gòu)。PLC主要由以下幾個(gè)部分組成：

1. 中央處理單元（CPU）：負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶程序，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算等。

2. 存儲(chǔ)器：用于存放系統(tǒng)管理程序和用戶編制的應(yīng)用程序。

3. 輸入/輸出（I/O）單元：連接外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入與輸出。

4. 電源模塊：為PLC提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。

5. 通信接口：實(shí)現(xiàn)PLC與其他設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換。

二、PLC的工作原理

PLC的工作原理可以概括為周期性的循環(huán)掃描工作方式。具體來(lái)說(shuō)，PLC的工作過(guò)程包括以下幾個(gè)階段：

1. 內(nèi)部處理階段：

• 硬件初始化：PLC上電后，首先對(duì)硬件進(jìn)行初始化設(shè)置，包括I/O模塊的配置檢查、通信接口的配置等。

• 自診斷：CPU對(duì)PLC內(nèi)部的硬件和軟件進(jìn)行自我診斷，檢查是否存在故障。如果發(fā)現(xiàn)故障，PLC會(huì)給出報(bào)警信號(hào)，并可能停止工作。

2. 通信處理階段：

• PLC與其他設(shè)備（如上位機(jī)、其他PLC、智能模塊等）進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。這包括接收上位機(jī)的控制指令、向其他PLC或設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)等。

3. 輸入采樣階段：

• 掃描輸入：PLC按順序掃描所有的輸入端子，讀取輸入信號(hào)的狀態(tài)（如開(kāi)關(guān)的通斷、傳感器的信號(hào)等），并將這些狀態(tài)存儲(chǔ)到輸入映像寄存器中。

• 輸入鎖定：在輸入采樣階段結(jié)束后，PLC會(huì)關(guān)閉輸入端口，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才再次打開(kāi)。這意味著在輸入采樣階段之后，即使輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映像寄存器中的內(nèi)容也不會(huì)改變，直到下一個(gè)掃描周期。

4. 用戶程序執(zhí)行階段：

• 逐條執(zhí)行指令：PLC按照用戶程序（通常用梯形圖、指令表等編程語(yǔ)言編寫(xiě)）的順序，逐條執(zhí)行指令。

• 邏輯運(yùn)算：在執(zhí)行指令的過(guò)程中，PLC會(huì)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算等操作，根據(jù)輸入映像寄存器中的內(nèi)容和其他內(nèi)部寄存器的狀態(tài)，計(jì)算出輸出結(jié)果。

• 更新輸出映像寄存器：將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)到輸出映像寄存器中。

5. 輸出刷新階段：

• 輸出刷新：在所有指令執(zhí)行完畢后，PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容刷新到輸出鎖存器中，并通過(guò)輸出模塊驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備（如繼電器、電機(jī)等）工作。

• 外部設(shè)備響應(yīng)：外部設(shè)備根據(jù)PLC的輸出信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

三、PLC工作方式的特點(diǎn)

1. 集中采樣、集中輸出：PLC在每個(gè)掃描周期中，集中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新。這種工作方式簡(jiǎn)化了信號(hào)處理的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2. 周期性循環(huán)掃描：PLC的工作過(guò)程是一個(gè)不斷循環(huán)的過(guò)程。每個(gè)掃描周期都包括內(nèi)部處理、通信處理、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新等階段。這種工作方式使得PLC能夠?qū)崟r(shí)地響應(yīng)外部輸入信號(hào)，并控制外部設(shè)備的運(yùn)行。

3. 實(shí)時(shí)性：盡管PLC采用周期性循環(huán)掃描的工作方式，但由于其掃描周期非常短（通常為幾毫秒到幾十毫秒），因此對(duì)于大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，其響應(yīng)速度是可以接受的。在某些需要更高實(shí)時(shí)性的應(yīng)用中，可以采用中斷處理、高速計(jì)數(shù)模塊等特殊功能來(lái)提高PLC的響應(yīng)速度。

4. 靈活性：PLC的用戶程序可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行編寫(xiě)和修改。這使得PLC能夠靈活地適應(yīng)不同的工業(yè)應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制邏輯。

四、PLC的編程語(yǔ)言

PLC的編程語(yǔ)言主要包括梯形圖（Ladder Diagram）、指令表（Instruction List）、功能塊圖（Function Block Diagram）和結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言（Structured Text）等。其中，梯形圖是最常用的一種編程語(yǔ)言，它采用類(lèi)似繼電器電路圖的表示方法，直觀易懂，非常適合電氣工程師使用。

五、PLC的應(yīng)用實(shí)例

PLC廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，如生產(chǎn)線自動(dòng)化控制、機(jī)器人控制、過(guò)程控制等。以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用實(shí)例：

• 生產(chǎn)線自動(dòng)化控制：在一條汽車(chē)生產(chǎn)線上，PLC可以接收來(lái)自各個(gè)傳感器的信號(hào)（如工件到位信號(hào)、機(jī)器人工作狀態(tài)信號(hào)等），并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序控制機(jī)器人的動(dòng)作（如抓取工件、焊接、裝配等）和傳送帶的運(yùn)行。通過(guò)PLC的精確控制，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

六、總結(jié)

PLC的工作原理可以概括為周期性的循環(huán)掃描工作方式，包括內(nèi)部處理、通信處理、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新等階段。PLC具有集中采樣、集中輸出、周期性循環(huán)掃描和實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，能夠靈活地適應(yīng)不同的工業(yè)應(yīng)用需求。通過(guò)掌握PLC的工作原理和編程語(yǔ)言，可以更好地應(yīng)用和維護(hù)PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的目標(biāo)。