原標題：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）是工業自動化領域的核心設備之一。它采用可編程的存儲器，存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。了解PLC的工作原理，對于掌握其應用和維護具有重要意義。

一、PLC的基本結構

在探討PLC工作原理之前，我們先簡要回顧一下PLC的基本結構。PLC主要由以下幾個部分組成：

1. 中央處理單元（CPU）：負責執行用戶程序，進行邏輯運算、算術運算等。

2. 存儲器：用于存放系統管理程序和用戶編制的應用程序。

3. 輸入/輸出（I/O）單元：連接外部設備，實現信號的輸入與輸出。

4. 電源模塊：為PLC提供穩定的電源供應。

5. 通信接口：實現PLC與其他設備或網絡的數據交換。

二、PLC的工作原理

PLC的工作原理可以概括為周期性的循環掃描工作方式。具體來說，PLC的工作過程包括以下幾個階段：

1. 內部處理階段：

• 硬件初始化：PLC上電后，首先對硬件進行初始化設置，包括I/O模塊的配置檢查、通信接口的配置等。

• 自診斷：CPU對PLC內部的硬件和軟件進行自我診斷，檢查是否存在故障。如果發現故障，PLC會給出報警信號，并可能停止工作。

2. 通信處理階段：

• PLC與其他設備（如上位機、其他PLC、智能模塊等）進行通信，完成數據的收發。這包括接收上位機的控制指令、向其他PLC或設備發送數據等。

3. 輸入采樣階段：

• 掃描輸入：PLC按順序掃描所有的輸入端子，讀取輸入信號的狀態（如開關的通斷、傳感器的信號等），并將這些狀態存儲到輸入映像寄存器中。

• 輸入鎖定：在輸入采樣階段結束后，PLC會關閉輸入端口，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才再次打開。這意味著在輸入采樣階段之后，即使輸入信號的狀態發生變化，輸入映像寄存器中的內容也不會改變，直到下一個掃描周期。

4. 用戶程序執行階段：

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

• 邏輯運算：在執行指令的過程中，PLC會進行邏輯運算、算術運算等操作，根據輸入映像寄存器中的內容和其他內部寄存器的狀態，計算出輸出結果。

• 更新輸出映像寄存器：將計算結果存儲到輸出映像寄存器中。

5. 輸出刷新階段：

• 輸出刷新：在所有指令執行完畢后，PLC將輸出映像寄存器中的內容刷新到輸出鎖存器中，并通過輸出模塊驅動外部設備（如繼電器、電機等）工作。

• 外部設備響應：外部設備根據PLC的輸出信號執行相應的動作。

三、PLC工作方式的特點

1. 集中采樣、集中輸出：PLC在每個掃描周期中，集中對輸入信號進行采樣，集中對輸出信號進行刷新。這種工作方式簡化了信號處理的復雜性，提高了系統的可靠性。

2. 周期性循環掃描：PLC的工作過程是一個不斷循環的過程。每個掃描周期都包括內部處理、通信處理、輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新等階段。這種工作方式使得PLC能夠實時地響應外部輸入信號，并控制外部設備的運行。

3. 實時性：盡管PLC采用周期性循環掃描的工作方式，但由于其掃描周期非常短（通常為幾毫秒到幾十毫秒），因此對于大多數工業應用來說，其響應速度是可以接受的。在某些需要更高實時性的應用中，可以采用中斷處理、高速計數模塊等特殊功能來提高PLC的響應速度。

4. 靈活性：PLC的用戶程序可以根據實際需求進行編寫和修改。這使得PLC能夠靈活地適應不同的工業應用需求，實現各種復雜的控制邏輯。

四、PLC的編程語言

PLC的編程語言主要包括梯形圖（Ladder Diagram）、指令表（Instruction List）、功能塊圖（Function Block Diagram）和結構化文本語言（Structured Text）等。其中，梯形圖是最常用的一種編程語言，它采用類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的應用實例

PLC廣泛應用于工業自動化領域，如生產線自動化控制、機器人控制、過程控制等。以下是一個簡單的應用實例：

• 生產線自動化控制：在一條汽車生產線上，PLC可以接收來自各個傳感器的信號（如工件到位信號、機器人工作狀態信號等），并根據預設的程序控制機器人的動作（如抓取工件、焊接、裝配等）和傳送帶的運行。通過PLC的精確控制，可以實現生產線的自動化生產，提高生產效率和產品質量。

六、總結

PLC的工作原理可以概括為周期性的循環掃描工作方式，包括內部處理、通信處理、輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新等階段。PLC具有集中采樣、集中輸出、周期性循環掃描和實時性等特點，能夠靈活地適應不同的工業應用需求。通過掌握PLC的工作原理和編程語言，可以更好地應用和維護PLC系統，實現工業自動化生產的目標。