PLC工作原理【PLC的工作原理及编程的几个误区】
时间：2019-02-02 03:22:01 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要： 在使用PLC进行电气控制时，有时必须了解PLC的工作原理，才能避免出现错误，达到满意的控制效果。本文指出了在PLC程序设计中易出现的错误，分析了其产生的原因，并通过实例给出了正确的概念及编程方法。
关键词A： PLC 工作原理 编程 误区
可编程序控制器（简称PLC）具有工作可靠、编程简单、使用方便、设计和调试周期短的优点，所以广泛应用于钢铁、机械加工、冶金、水泥、石化、纺织、娱乐等各行各业。但是在实际的应用过程中，尤其在软件编程时，常会出现一些貌似简单，却易混淆的概念性错误，主要表现在：使用者经常将PLC外部输入输出物理器件与PLC内部输入输出继电器的逻辑状态相混淆；设计完成后，无法达到预期控制。究其原因：①缺乏对PLC工作原理的了解；②缺乏对计算机软硬件知识的了解；③在国内外一些相关技术书籍甚至教科书中也不乏出现一些误导。这些都直接影响了工程技术人员，特别是初学者，对PLC技术的学习和掌握，应予以纠正。
一、PLC的工作原理
PLC采用循环扫描方式工作，它对用户程序的执行主要分三个阶段进行，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。
（1）输入采样阶段。在输入采样阶段，PLC按顺序将所有输入端的输入信号读入到输入映像寄存器中寄存起来，接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。
（2）程序执行阶段。在程序执行阶段，PLC对用户以梯形图方式编写的程序按从上到下，从左到右的顺序进行扫描。每扫描到一条指令时，所需要的输入状态或其他元素的状态分别由输入映像寄存器和元素映像寄存器读出，而执行结果写入到元素映像寄存器中。对于每一个元素来说，元素映像寄存器中寄存的内容，会随程序执行的进程而变化。
（3）输出刷新阶段。当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，PLC将元素映像寄存器中所用输出映像寄存器的状态向输出锁存器传送，成为可编程序控制器的实际输出。
PLC在程序执行阶段，输出锁存器的状态保持不变。PLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期）。当然，严格说来，PLC的一个工作周期还包括系统自监测、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息和网络通信四个过程。
二、PLC编程的误区
误区之一：输入PLC的常开（动合）、常闭（动断）触点，如按钮、行程开关、继电器辅助触点等，与PLC梯形图编程的图形符号常开“”和常闭“”相混淆。
正确的理解应该是：在梯形图中，PLC内部输入输出继电器在编程中可作为常开或者常闭点无限次使用，其引用的次数及选择常开或常闭完全取决于编程的需要。很多书只提常开或常闭，事实上它不是物理继电器，而是存储器中的一位逻辑状态。当该位为逻辑“1”的时候，表示该位继电器线圈通电，即常开接点“”闭合或常闭接点“”断开；当该位为逻辑“0”时，表示该位继电器线圈断电，即常开接点“”断开或常闭接点“”闭合。
而与PLC外部连接的输入开关（如按钮）或输出负载（如计数器）是物理器件。输入开关具有固定的常开（动合）或常闭（动断）属性，在电路中仅出现一次。它的闭合与断开与外力作用（如按钮，行程开关）或得失电（如接触器）有关，并对PLC内部输入输出继电器的状态产生直接影响。因此，在PLC的程序设计时，必须要知道与PLC连接的物理器件属性和外接开关属性不同，控制程序必然有异。在许多的PLC技术书籍或论文中往往忽略了说明物理器件的属性，仅给出PLC程序，这是不全面、不准确的。
误区之二：将连接到PLC的物理器件的电器符号参与梯形图编程之中。
正确的认识应该是：梯形图是PLC的一种图形符号程序设计语言，有其固定的语法规定和格式，而连接到PLC的物理器件仅能按国标规定的符号出现在硬件电路设计中。连接到PLC的输入器件与连接到PLC的输出器件不存在物理上的连接关系，仅存在满足控制要求的逻辑关系，这种逻辑关系与硬件设计中所选用的物理器件的属性（动合或动断）有关，并由程序（如梯形图）反映。而在传统的继电器控制电路图中，输入器件与输出器件（被控对象）存在直接的物理连接，被控对象的控制取决于物理线路的通断。
误区之三：设计PLC程序时，先画出继电器电路，再根据继电器电路画出梯形图，最后将梯形图换成语句（指令）表达式程序由编程器输入PLC。
正确的方法是：硬件设计完成以后（主要是输入输出器件与PLC的连接电路图），根据控制要求，可直接用梯形图、指令表（助记符）或流程图中的任何一种形式编写程序，通过编程器输入PLC。选用的编程形式取决于所用的编程器，只有当编程器无输入梯形图功能时，才必须将梯形图转换为指令表输入。事实上，一些高档的编程器可接收多种形式的PLC程序，有些还允许两种形式混合输入。只有当对原继电器控制电路用PLC进行技术改造时，才根据原继电器反映的控制关系编写程序。
三、应用举例
我现以简单的电动机点动和连续运行控制继电器电路为例，说明PLC编程易出现的错误及正确编程方法。
一般来讲，不采用PLC控制的电动机点动和连续运行控制继电器电路，如图1所示。其中SB1为电动机连续运行停止常闭按钮；SB2为电动机连续运行启动常开按钮；SB3为电动机点动复合按钮；KM为电动机主电路接触器。
图3 梯形图
若采用PLC（三菱FX1N）实现该电动机控制时，PLC的I/O连接图按图2接线，根据继电器控制电路图直接画出梯形图（图3）。
图3初看好像能正常工作，但是进行操作时却发现点动也成为连续运动了。这正是由于PLC逐行扫描的工作方式造成的。当按下点动按钮SB3时，在输入采样阶段，SB3接通，则输入映像寄存器中的X2常开接点接通，所以Y0的映像寄存器接通。当松开点动按钮SB3时，在输入采样阶段，X2的常闭接点复位，当PLC扫描到第三行时，由于Y0的映像寄存器已处于接通状态，因而Y0形成自锁，使Y0仍为接通状态，从而无法实现点动。由此可以看出，继电器控制电路直接改画成梯形图时，有时必须考虑PLC的工作特点，否则不能达到预期的效果。
在编程此电路时，PLC连接如图4所示，还常错误地编写为图5或图6的形式。
图5的编程错误是最常见的。其错误就在于将外部常闭按钮开关SB1与内部输入继电器X0等同起来。当按下连续运转启动按钮SB2时，电动机无法启动。这是因为：虽然SB2闭合，使X1为逻辑“1”状态，梯形图中X1闭合，但SB1为常闭按钮，未按时，输入始终与PLC的X0端子接通，内部X0为逻辑“1”状态“●●●”表示取反，为“0”状态，梯形图中断开。因此辅助继电器M0为逻辑“0”状态，输出Y0也为逻辑“0”状态，KM无法得电吸合。
图4 I/O连接图
图5 错误编程1
图6 错误编程2
图6的错误是显而易见的，梯形图编程语言中没有这种物理开关符号，因此无法通过编程器输入PLC。事实上，PLC的程序设计与选用的启动和停止开关的物理属性（常开和常闭）有关。下表给出了当选择不同属性的启动（SB1）按钮和停止（SB2）按钮时的四种组合及对应的PLC梯形图程序和语句表达式程序。由此可见，无论选择何种启停按钮，都可以通过程序满足控制的要求。这对于不使用PLC的继电器电路是很难实现的，也说明了PLC软件编程的灵活与方便之处。
随着电气自动化的技术的飞速发展，用PLC控制取代继电器控制已是大势所趋。但是对于某些问题应用PLC控制时，一定要了解PLC是如何工作的，因为表面正确的梯形图可能内含着隐患与危险，或者达不到预期的控制要求，所以懂得PLC的工作原理，了解了PLC编程的几个误区，对PLC技术的学习和掌握是非常重要的一步。
参考文献：
［1］王兆义编著.小型可编程序控制器实用技术.机械工业出版社.
［2］宫淑真编著.可编辑控制器原理及应用.人民邮电出版社.
［3］沈蓬编著.可编程序控制器及其应用.中国劳动社会保障出版社.
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