PLC的实例与扫描工作过程

　　随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制技术已扩展到了几乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，PLC(Programmable Logic Controller，可编程序控制器)正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

　　PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要装置之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用，在其他领域(例如民用和家庭自动化)的应用也得到了迅速的发展。

　　国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。

　　PLC的推广应用在我国得到了迅猛的发展，它已经大量地应用在各种机械设备和生产过程的电气控制装置中，各行各业也涌现出了大批应用PLC改造设备的成果。了解PLC的工作原理，具备设计、调试和维护PLC控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。

　　PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

　　PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

　　PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

　　PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

　　输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出，驱动相应输出设备工作。

　　下面用一个简单的例子来进一步说明PLC的扫描工作过程。图1-6给出了PLC的外部接线图和梯形图，起动按钮SB1停止按钮SB2和热继电器FR的常开触点分别接在编号为X0~X2的PLC的输入端，交流接触器KM的线圈接在编号为Y0的PLC的输出端。图1-6b是这4个输入/输出变量对应的I/O映像寄存器，图l-6c是PLC的梯形图，它与图1-3所示的继电器电路的功能相同。但是应注意，梯形图是一种软件，是PLC图形化的程序。图中的X0等是梯形图中的编程元件，X0~-X2是输入继电器，Y0是输出继电器。梯形图中的编程元件X0与接在输入端子X0的SBl的常开触点和输入映像寄存器X0相对应，编程元件Y0与输出映像寄存器Y0和接在输出端子Y0的PLC内部的输出电路相对应。

　　梯形图以指令的形式储存在PLC的用户程序存储器中，图l-6中的梯形图与下面的5条指令相对应，“;”之后是该指令的注释。

　　LD X0 ：接在左侧母线上的X0的常开触点

　　OR Y0 ;与X0的常开触点并联的Y0的常开触点

　　ANI X1 ;与并联电路串联的X1的常闭触点

　　ANI X2 ;串联的X2的常闭触点

　　OUT Y0 ;Y0的线圈梯形图完成的逻辑运算为

　　Y0=(X0+Y0)·X1·X2

　　在输入处理阶段，CPU将SBl，SB2和FR的常开触点的状态读入相应的输入映像寄存器，外部触点接通时存入寄存器的是二进制数l，反之存入0。

　　执行第l条指令时，从X0对应的输入映像寄存器中取出二进制数并保存起来。执行第2条指令时，取出Y0对应的输出映像寄存器中的二进制数，与X0对应的二进制数相“或”(电路的并联对应“或”运算)。

　　执行第3条或第4条指令时，分别取出xl或X2对应的输入映像寄存器中的二进制数，因为是常闭触点，取反后与前面的运算结果相“与”(电路的串联对应“与”运算)，然后存入运算结果寄存器。

　　执行第5条指令时，将运算结果寄存器中的二进制数送入Y0对应的输出映像寄存器。 在输出处理阶段，CPU将各输出映像寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果Y0对应的输出映像寄存器存放的是二进制数1，外接的KM的线圈将通电，反之将断电。

　　如果读入输入映像寄存器X0～X2的均为二进制数0，在程序执行阶段，经过上述逻辑运算过程之后，运算结果仍为Y0=0，所以KM的线圈处于断电状态。按下起动按钮SBl，X0变为l状态，经逻辑运算后Y0变为1状态，在输出处理阶段，将Y0对应的输出映像寄存器中的1送到输出模块，PLC内Y0对应的物理继电器的常开触点接通，接触器KM的线圈通电。