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PLC的工作原理

PLC作為一種特殊形式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)“繼電器控制”進(jìn)行"硬件軟化"的結(jié)果。但在運(yùn)行方式上，PLC的軟件邏輯也與繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯存在根本性的區(qū)別。

繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯采用的是并行運(yùn)行的方式，即如果一個(gè)繼電器的線圈通電或者放電，該繼電器的所有觸點(diǎn)（不論是常開還是常閉、也不論其處于繼電器線路的哪個(gè)位置上）都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作；而PLC的軟件邏輯是通過CPU逐行掃描執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，即如果一個(gè)邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)并不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。

為了消除兩者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的這種差異，PLC在程序運(yùn)行方式、輸入輸出操作、特殊功能模板等方面作了特別的考慮。

1、循環(huán)掃描：

PLC采用了一種不同于普通微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---循環(huán)掃描方式。因?yàn)槔^電器控制中各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般超過100ms，因此只要PLC運(yùn)行整個(gè)用戶程序的時(shí)間“掃描周期”小于100ms，其運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制就沒有什么差別。

2、建立I/O映像區(qū)：

PLC在輸入輸出操作上采用定時(shí)采樣、定時(shí)輸出的方式。即在一個(gè)掃描周期的固定時(shí)刻（一般在掃描周期的開始或結(jié)束）采樣所有的輸入點(diǎn)，采樣結(jié)果存入RAM中一個(gè)區(qū)域（輸入映像區(qū)）。這樣在執(zhí)行程序時(shí)，所需的現(xiàn)場訊息全部從輸入映像區(qū)中取用，不直接從現(xiàn)場取樣。同樣控制訊息輸出也不是采取生成一個(gè)就輸出一個(gè)的方法，而是先將它們存放在RAM中的一個(gè)區(qū)域（輸出映像區(qū)），掃描周期結(jié)束時(shí)再將輸出映像區(qū)中控制訊息集中輸出。通過建立I/O映像區(qū)，使PLC成為一個(gè)真正的數(shù)字采樣控制系統(tǒng)；雖然PLC不可能像繼電器控制那樣隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場輸入實(shí)時(shí)控制現(xiàn)場輸出狀態(tài)，但只要采樣周期足夠短，即采樣頻率足夠高，這樣的采樣系統(tǒng)應(yīng)該*符合實(shí)際系統(tǒng)的需要。

3、特殊功能模板：

由于PLC在掃描周期方面限制了用戶程序的長度，這對于一般的數(shù)字量控制應(yīng)該不成問題。但實(shí)際的生產(chǎn)過程對PLC提出了更多得要求：仿真量處理、死循環(huán)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、高速I/O等。對于模擬量輸入輸出以及簡單的控制，一般是利用PLC的主CPU和一定的硬件支持，通過相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)；其它情況由于牽涉到比較的計(jì)算量和CPU運(yùn)算時(shí)間，以及PLC掃描周期的限制，一般采用自帶CPU的模板，由模板系統(tǒng)軟件完成相應(yīng)的控制任務(wù)。這樣，這些模板與PLC主CPU并行工作，兩者之間通過總線接口進(jìn)行聯(lián)系，主CPU定期向模板發(fā)送命令，模板也定期將自身的狀態(tài)訊息發(fā)送給主CPU。

綜合以上所述，在完成系統(tǒng)自身初始化以后，PLC系統(tǒng)執(zhí)行用戶程序的循環(huán)掃描方式可分為三個(gè)階段：輸入掃描、程序掃描、輸出掃描。而計(jì)算量比較大或者響應(yīng)實(shí)時(shí)性比較高的應(yīng)用則由自帶CPU的模板和軟件來實(shí)現(xiàn)。