可編程控制器的工作原理與輸入輸出
任何一種繼電器控制系統(tǒng)是由三個(gè)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(guān)等；邏輯部分是指由各種繼電器及其觸點(diǎn)組成的實(shí)現(xiàn)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(dòng)機(jī)的各種接觸器以及信號(hào)指示燈等執(zhí)行電器。如圖1所示，是一種簡(jiǎn)單的繼電器控制系統(tǒng)。
圖1 指示燈控
圖中X1、X2是兩個(gè)按鈕開關(guān)，Y1、Y2是兩個(gè)繼電器，T1是時(shí)間繼電器。其工作是過程是：當(dāng)X1、X2任何一個(gè)按鈕按下，線圈Y1接通，Y1的常開觸點(diǎn)閉合，指示燈紅燈亮。此時(shí)時(shí)間繼電器T1同時(shí)接通并開始延時(shí)，當(dāng)延時(shí)到2S后，線圈Y2接通，常開觸點(diǎn)閉合，綠燈亮。
從上面這個(gè)例子可以知道，繼電器控制系統(tǒng)是根據(jù)各種輸入條件去執(zhí)行邏輯控制線路，這些邏輯控制線路是根據(jù)控制對(duì)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(tǒng)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(duì)象實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)的信息（被控對(duì)象上的各種開關(guān)量信息或操作命令等）。
邏輯部分：處理輸入部分報(bào)取得的信息，并按照被控對(duì)象的實(shí)際動(dòng)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(gè)設(shè)備需要實(shí)施操作處理。
用戶程序通過編程器或其它輸入設(shè)備輸入并存放在PLC的用戶存儲(chǔ)器中。當(dāng)PLC開始運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控程序的規(guī)定順序，通過掃描，完成各輸入點(diǎn)的狀態(tài)采集或輸入數(shù)據(jù)采集、用戶程序的執(zhí)行、各輸出點(diǎn)狀態(tài)更新、編程器鍵入響應(yīng)和顯示更新及CPU自檢等功能。
PLC掃描既可按固定的程序進(jìn)行，也可按用戶程序規(guī)定的可變順序進(jìn)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(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)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(nèi)存中各對(duì)應(yīng)的輸入映象寄存器。此時(shí)，輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)階段，在程序執(zhí)行階段或輸出階段，輸入映象寄存器與外界隔離，無論信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。
（2）程序執(zhí)行階段
根據(jù)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(dāng)指令涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映象寄存器中“讀入”對(duì)應(yīng)輸入映象寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映象寄存器中，對(duì)元件映象寄存器來說，每一個(gè)元件會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。
（3）輸出刷新階段
在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出映象寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存寄存器中，通過一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。采用集中采樣，集中輸出工作方式的特點(diǎn)是：在采樣周期中，將所有輸入信號(hào)（不管該信號(hào)當(dāng)時(shí)是否采用），一起讀入，此后在整個(gè)程序處理過程中PLC系統(tǒng)與外界隔絕，直到輸出控制信號(hào)到下一個(gè)工作周期再與外界交涉，從根本上提高了系統(tǒng)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(shù)據(jù)，取決于輸入端子板上各輸入端子在上一個(gè)周期間的接通、斷開狀態(tài)。
②程序如何執(zhí)行取決于用戶所編程序和輸入輸出映象寄存器的內(nèi)容。
③輸出映象寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果。
④輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一次輸出刷新期間輸出映象寄存器中數(shù)據(jù)決定。
⑤輸出端子的接通斷開狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。
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