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PLC的基本工作原理
[正文]:可编程控制器，英文称programmablelogiccontroller，简称plc。
plc是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。
它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于plc内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。
plc基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。
普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。
而plc则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。
特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。
1.1实现控制要点 输入输出信息变换、可靠物理实现，可以说是plc实现控制的两个基本要点。
输入输出信息变换靠运行存储于plc内存中的程序实现。
plc程序既有生产厂家的系统程序(不可更改)，又有用户自行开发的应用（用户）程序。
系统程序提供运行平台，同时，还为plc程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。
用户程序由用户按控制要求设计。
什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。
可靠物理实现主要靠输人（input）及输出（output）电路。
plc的i/o电路，都是专门设计的。
输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。
而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。
输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。
输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。
i/o电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个i或o电路。
plc有多i/o用点，一般也就有多少个i/o用电路。
但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。
输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。
每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。
输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。
输出锁存器与输出点也是一一对应的 这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是plc处理器i/o口的寄存器。
它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。
把输人暂存器的信息读到plc的内存中，称输入刷新。
plc内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。
这个区的每一对应位（bit）称之为输入继电器，或称软接点。
这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。
由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。
输出锁存器与plc内存中的输出映射区也是对应的。
一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈。
靠运行系统程序，输出继电器的状态映射到输出锁存器。
这个映射也称输出刷新。
输出刷新主要也是靠运行系统程序实现的。
这样，用户所要编的程序只是，内存中输入映射区到输出映射区的变换，特别是怎么按输入的时序变换成输出的时序。
这是一个数据及逻辑处理问题。
由于plc有强大的指令系统，编写出满足这个要求的程序是完全可能的，而且也是较为容易的。
1.2实现控制过程简单地说，plc实现控制的过程一般是： 图1.1 plc典型开机流程输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新--再输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新……永不停止地循环反复地进行着。
图1.1所示的流程图反映的就是上述过程。
它也反映了信息的时间关系。
有了上述过程，用plc实现控制显然是可能的。
因为：有了输入刷新，可把输入电路监控得到的输入信息存入plc的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的输出。
又由于这个过程是永不停止地循环反复地进行着，所以，输出总是反映输入的变化的。
只是响应的时间上，略有滞后。
当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制不那么及时，也就失去控制的意义。
为此，plc的工作速度要快。
速度快、执行指令时间短，是plc实现控制的基础。
事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。
而且这个速度还在不断提高中。
图1.1所示的过程是简化的过程，实际的plc工作过程还要复杂些。
除了i/o刷新及运行用户程序，还要做些公共处理工作。
公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。
监控循环时间的目的是避免"死循环"，避免程序不能反复不断地重复执行。
办法是用"看门狗"（watchingdog）。
只要循环超时，它可报警，或作相应处理. 外设服务是让plc可接受编程器对它的操作，或通过接口向输出设备如打印机输出数据. 通讯处理是实现plc与plc，或plc与计算机，或plc与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。
这也是增强plc控制能力的需要。
也就是说，实际的plc工作过程总是：公共处理--i/o刷新--运行用户程序--再公共处理--……反复不停地重复着。
1.3可编程控制器实现控制的方式 用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。
是用计算机进行实时控制的一种方式。
此外，计算机用于控制还有中断方式。
在中断方式下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。
待处理完中断，又返回运行原来程序。
哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。
哪个不需处理，将不被理睬。
显然，中断方式与扫描方式是不同的。
在中断方式下，计算机能得到充分利用，紧急的任务也能得到及时处理。
但是，如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢？优先级高的还好办，低的呢？可能会出现照顾不到之处。
所以，中断方式不大适合于工作现场的日常使用。
但是，plc在用扫描方式为主的情况下，也不排斥中断方式。
即，大量控制都用扫描方式，个别急需的处理，允许中断这个扫描运行的程序，转而去处理它。
这样，可做到所有的控制都能照顾到，个别应急的也能进行处理。
plc的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。
有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现--信息处理、i/o电路--空间、时间关系--扫描方式并辅以中断方式，作为一种思路加以研究，弄清了它，也就好理解plc是怎样去实现控制的，也就好把握住plc基本原理的要点了。
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