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2- PLC的工作原理
最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替傳統的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：
（1）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線(xiàn)圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線(xiàn)路的哪個(gè)位置上都會(huì )立即同時(shí)動(dòng)作。
（2）PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運行時(shí)，CPU根據用戶(hù)按控制要求編制好并存于用戶(hù)存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，從第一條指令開(kāi)始逐條順序執行用戶(hù)程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。如果一個(gè)輸出線(xiàn)圈或邏輯線(xiàn)圈被接通或斷開(kāi)，該線(xiàn)圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn))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。
為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類(lèi)觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶(hù)程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式---掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應要求不高的場(chǎng)合，PLC與繼電器控制裝置的處理結果上就沒(méi)有什么區別了。
1、掃描技術(shù)
當PLC投入運行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個(gè)階段，如圖1-3。


（1）輸入采樣階段
CPU將全部現場(chǎng)輸入信號，如按鈕、限位開(kāi)關(guān)、速度繼電器的通斷狀態(tài)以?huà)呙璺绞揭来蔚刈x入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內，這一過(guò)程稱(chēng)為輸入采樣。輸入采樣結束后進(jìn)入程序執行階段后，期間即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器內數據不再隨之變化，直至一個(gè)掃描循環(huán)結束，下一次輸入采樣時(shí)才會(huì )更新。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
（2）用戶(hù)程序執行階段
在用戶(hù)程序執行階段，若不出現中斷或跳轉指令，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構成的控制線(xiàn)路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點(diǎn)構成的控制線(xiàn)路進(jìn)行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線(xiàn)圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線(xiàn)圈在I/O映象區中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。
即，在用戶(hù)程序執行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區內的狀態(tài)和數據不會(huì )發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會(huì )對排在下面的凡是用到這些線(xiàn)圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線(xiàn)圈的狀態(tài)或數據只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。
在程序執行的過(guò)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話(huà)，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì )被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì )被立即更新，這跟立即輸入有些區別。
（3）輸出刷新階段
當掃描用戶(hù)程序結束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動(dòng)相應的外設。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。

(1)上電初始化
　　PLC上電后，首先對系統進(jìn)行初始化，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查、停電保持范圍設定及清除內部繼電器、復位定時(shí)器等。
　　(2)CPU自診斷
　　在每個(gè)掃描周期須進(jìn)行自診斷，通過(guò)自診斷對電源、PLC內部電路、用戶(hù)程序的語(yǔ)法等進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現異常，CPU使異常繼電器接通，PLC面板上的異常指示燈LED亮，內部特殊寄存器中存入出錯代碼并給出故障顯示標志。如果不是致命錯誤則進(jìn)入PLC的停止（STOP）狀態(tài)；如果是現致命錯誤時(shí)，則CPU被強制停止，等待錯誤排除后才轉入STOP狀態(tài)。
　　(3)與外部設備通信
　　與外部設備通信階段，PLC與其他智能裝置、編程器、終端設備、彩色圖形顯示器、其他PLC等進(jìn)行信息交換，然后進(jìn)行PLC工作狀態(tài)的判斷。
　　PLC有STOP和RUN兩種工作狀態(tài)，如果PLC處于STOP狀態(tài)，則不執行用戶(hù)程序，將通過(guò)與編程器等設備交換信息，完成用戶(hù)程序的編輯、修改及調試任務(wù)；如果PLC處于RUN狀態(tài)，則將進(jìn)入掃描過(guò)程，執行用戶(hù)程序。
2、PLC的I/O響應時(shí)間
為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。
為了能實(shí)現繼電器控制線(xiàn)路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術(shù)）。
以上兩個(gè)主要原因，使得PLC得I/O響應比一般微型計算機構成的工業(yè)控制系統慢的多，其響應時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(cháng)。

3、PLC控制與傳統電氣控制的差異詳解
(1)PLC中繼電器元件物理結構不同于電氣元件
　　PLC梯形圖中的線(xiàn)圈、觸頭只是功能上與電氣元件的線(xiàn)圈、觸頭等效。梯形圖中的線(xiàn)圈、觸頭在物理意義上只是輸入、輸出存儲器中的一個(gè)存儲位，與電氣元件的物理結構不同。
　　(2)PLC中繼電器元件的通斷狀態(tài)不同于電氣元件
　　梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)與相應存儲位上的保存的數據相關(guān)，如果該存儲位的數據為“1”，則該元件處于“通”狀態(tài)，如果該位數據為“0”，則表示處于“斷”狀態(tài)。與電氣元件實(shí)際的通斷狀態(tài)不同。
　　(3)PLC中繼電器元件狀態(tài)切換過(guò)程不同于電氣元件
　　梯形圖中繼電器元件的狀態(tài)切換只是PLC對存儲位的狀態(tài)數據的操作，如果PLC對常開(kāi)觸頭等效的存儲位數據賦值為“1”，就完成動(dòng)合操作過(guò)程，同樣如對常閉觸頭等效的存儲位數據賦值為“0”，就可完成動(dòng)斷操作過(guò)程，切換操作過(guò)程沒(méi)有時(shí)間延時(shí)。而電氣元件線(xiàn)圈、觸頭進(jìn)行動(dòng)合或動(dòng)斷切換時(shí)，必定有時(shí)間延時(shí)，且一般要經(jīng)過(guò)先斷開(kāi)后閉合的操作過(guò)程。
　　(4)PLC中繼電器所屬觸頭數量與電氣元件不同
　　如果PLC從輸入繼電器I0.0相應的存儲位中取出了位數據“0”，將之存入另一個(gè)存儲器中的一個(gè)存儲位，被存入的存儲位就成了受I0.0繼電器控制的一個(gè)常開(kāi)觸頭，被存入的數據為“0”；如在取出位數據“0”之后先進(jìn)行取反操作，再存入一個(gè)存儲器的一個(gè)存儲位，則該位存入的數據為“1”，該存儲位就成了受繼電器I0.0控制的一個(gè)常閉觸頭。
　　只要PLC內部存儲器足夠多，這種位數據轉移操作就可無(wú)限次進(jìn)行，而每進(jìn)行一次操作，就可產(chǎn)生一個(gè)梯形圖中的繼電器觸頭，由此可見(jiàn)，梯形圖中繼電器觸頭原則上可以無(wú)限次反復使用。
    但是PLC內部的線(xiàn)圈通常只能引用一次，如需重復使用同一地址編號的線(xiàn)圈應慎之又慎。與PLC不同的是電氣元件中觸頭數量是有限的。
　　　5）PLC中繼電器動(dòng)作過(guò)程與電氣元件不同
　　PLC程序的工作原理可簡(jiǎn)述為由上至下、由左至右、循環(huán)往復、順序執行。與繼電器控制線(xiàn)路的并行控制方式存在差別，見(jiàn)圖1-4。
　　圖1-4a)控制圖中，如果為傳統電氣控制線(xiàn)路，由于是并行控制方式，首先是線(xiàn)圈KM1與線(xiàn)圈KM2均通電，然后因為常閉觸頭KM2的斷開(kāi)，導致線(xiàn)圈KM1斷電。
　　如果為PLC控制，當I0.0接通后，線(xiàn)圈Q0.0和Q0.1都通電，完成第一次掃描；進(jìn)入第二次掃描后，線(xiàn)圈Q0.0因常閉觸點(diǎn)Q0.1斷開(kāi)而斷電，而Q0.1通電。
　　圖4-12b)控制圖中，如果為傳統電氣控制線(xiàn)路，線(xiàn)圈KM1與KM2首先均通電，然后KM1斷電。
　　如果為PLC控制，則當頭I0.0接通，首先線(xiàn)圈Q0.1通電，掃描到第二行的Q0.1常閉觸頭時(shí)該觸頭處于斷開(kāi)狀態(tài)，導致線(xiàn)圈Q0.0始終不能通電。

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