可編程控制器的工作原理與輸入輸出的處理原則

任何一種繼電器控制系統是由三個部分組成的，即輸入部分，邏輯部分，輸出部分，其中輸入部分是指各類按鈕、開關等；邏輯部分是指由各種繼電器及其觸點組成的實現一定邏輯功能的控制線路；輸出部分是指各種電磁閥線圈，接通電動機的各種接觸器以及信號指示燈等執行電器。如圖1所示，是一種簡單的繼電器控制系統。

圖1 指示燈控

圖中X1、X2是兩個按鈕開關，Y1、Y2是兩個繼電器，T1是時間繼電器。其工作是過程是：當X1、X2任何一個按鈕按下，線圈Y1接通，Y1的常開觸點閉合，指示燈紅燈亮。此時時間繼電器T1同時接通并開始延時，當延時到2S后，線圈Y2接通，常開觸點閉合，綠燈亮。

從上面這個例子可以知道，繼電器控制系統是根據各種輸入條件去執行邏輯控制線路，這些邏輯控制線路是根據控制對象的需要以某種固定的線路連接好的，所以不能靈活變更。

和繼電器控制系統類似，PLC也是由輸入部分、邏輯部分和輸出部分組成。如圖2所示：

各部分的主要作用是：

輸入部分：收集并保存被控對象實際運行的數據的信息（被控對象上的各種開關量信息或操作命令等）。

邏輯部分：處理輸入部分報取得的信息，并按照被控對象的實際動作要求正確的反映。

輸出部分：提供正在被控制的裝置中，哪幾個設備需要實施操作處理。

用戶程序通過編程器或其它輸入設備輸入并存放在PLC的用戶存儲器中。當PLC開始運行時，CPU根據系統監控程序的規定順序，通過掃描，完成各輸入點的狀態采集或輸入數據采集、用戶程序的執行、各輸出點狀態更新、編程器鍵入響應和顯示更新及CPU自檢等功能。

PLC掃描既可按固定的程序進行，也可按用戶程序規定的可變順序進行。

PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，減少了外界的干擾。

由以上分析，可以把PLC的工作過程為三個階段，即輸入采樣階段、程序執行階段和輸出刷新階段。

（1）輸入采樣階段

PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入存入內存中各對應的輸入映象寄存器。此時，輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序執階段，在程序執行階段或輸出階段，輸入映象寄存器與外界隔離，無論信號如何變化，其內容保持不變直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內容。

（2）程序執行階段

根據PLC的程序掃描原則，PLC先左后右，先上后下的步序語句逐句掃描。當指令涉及到輸入、輸出狀態時，PLC從輸入映象寄存器中“讀入”對應輸入映象寄存器的當前狀態，然后，進行相應的運算，運算結果再存入元件映象寄存器中，對元件映象寄存器來說，每一個元件會隨著程序執行過程而變化。

（3）輸出刷新階段

在所有指令執行完畢后，輸出映象寄存器中所有輸出繼電器的狀態在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存寄存器中，通過一定方式輸出，驅動外部負載。采用集中采樣，集中輸出工作方式的特點是：在采樣周期中，將所有輸入信號（不管該信號當時是否采用），一起讀入，此后在整個程序處理過程中PLC系統與外界隔絕，直到輸出控制信號到下一個工作周期再與外界交涉，從根本上提高了系統的抗干擾擾提高了工作的可靠性。

PLC在輸入輸出的處理方面必須尊守以下原則：

①輸入映象寄存器的數據，取決于輸入端子板上各輸入端子在上一個周期間的接通、斷開狀態。

②程序如何執行取決于用戶所編程序和輸入輸出映象寄存器的內容。

③輸出映象寄存器的數據取決于輸出指令的執行結果。

④輸出鎖存器中的數據，由上一次輸出刷新期間輸出映象寄存器中數據決定。

⑤輸出端子的接通斷開狀態，由輸出鎖存器決定。

審核編輯：湯梓紅