原标题：plc教程系列篇(六)，plc教程之plc工作原理详解

PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是工业自动化领域的核心设备之一。它采用可编程的存储器，存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。了解PLC的工作原理，对于掌握其应用和维护具有重要意义。

一、PLC的基本结构

在探讨PLC工作原理之前，我们先简要回顾一下PLC的基本结构。PLC主要由以下几个部分组成：

1. 中央处理单元（CPU）：负责执行用户程序，进行逻辑运算、算术运算等。

2. 存储器：用于存放系统管理程序和用户编制的应用程序。

3. 输入/输出（I/O）单元：连接外部设备，实现信号的输入与输出。

4. 电源模块：为PLC提供稳定的电源供应。

5. 通信接口：实现PLC与其他设备或网络的数据交换。

二、PLC的工作原理

PLC的工作原理可以概括为周期性的循环扫描工作方式。具体来说，PLC的工作过程包括以下几个阶段：

1. 内部处理阶段：

• 硬件初始化：PLC上电后，首先对硬件进行初始化设置，包括I/O模块的配置检查、通信接口的配置等。

• 自诊断：CPU对PLC内部的硬件和软件进行自我诊断，检查是否存在故障。如果发现故障，PLC会给出报警信号，并可能停止工作。

2. 通信处理阶段：

• PLC与其他设备（如上位机、其他PLC、智能模块等）进行通信，完成数据的收发。这包括接收上位机的控制指令、向其他PLC或设备发送数据等。

3. 输入采样阶段：

• 扫描输入：PLC按顺序扫描所有的输入端子，读取输入信号的状态（如开关的通断、传感器的信号等），并将这些状态存储到输入映像寄存器中。

• 输入锁定：在输入采样阶段结束后，PLC会关闭输入端口，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才再次打开。这意味着在输入采样阶段之后，即使输入信号的状态发生变化，输入映像寄存器中的内容也不会改变，直到下一个扫描周期。

4. 用户程序执行阶段：

• 逐条执行指令：PLC按照用户程序（通常用梯形图、指令表等编程语言编写）的顺序，逐条执行指令。

• 逻辑运算：在执行指令的过程中，PLC会进行逻辑运算、算术运算等操作，根据输入映像寄存器中的内容和其他内部寄存器的状态，计算出输出结果。

• 更新输出映像寄存器：将计算结果存储到输出映像寄存器中。

5. 输出刷新阶段：

• 输出刷新：在所有指令执行完毕后，PLC将输出映像寄存器中的内容刷新到输出锁存器中，并通过输出模块驱动外部设备（如继电器、电机等）工作。

• 外部设备响应：外部设备根据PLC的输出信号执行相应的动作。

三、PLC工作方式的特点

1. 集中采样、集中输出：PLC在每个扫描周期中，集中对输入信号进行采样，集中对输出信号进行刷新。这种工作方式简化了信号处理的复杂性，提高了系统的可靠性。

2. 周期性循环扫描：PLC的工作过程是一个不断循环的过程。每个扫描周期都包括内部处理、通信处理、输入采样、用户程序执行和输出刷新等阶段。这种工作方式使得PLC能够实时地响应外部输入信号，并控制外部设备的运行。

3. 实时性：尽管PLC采用周期性循环扫描的工作方式，但由于其扫描周期非常短（通常为几毫秒到几十毫秒），因此对于大多数工业应用来说，其响应速度是可以接受的。在某些需要更高实时性的应用中，可以采用中断处理、高速计数模块等特殊功能来提高PLC的响应速度。

4. 灵活性：PLC的用户程序可以根据实际需求进行编写和修改。这使得PLC能够灵活地适应不同的工业应用需求，实现各种复杂的控制逻辑。

四、PLC的编程语言

PLC的编程语言主要包括梯形图（Ladder Diagram）、指令表（Instruction List）、功能块图（Function Block Diagram）和结构化文本语言（Structured Text）等。其中，梯形图是最常用的一种编程语言，它采用类似继电器电路图的表示方法，直观易懂，非常适合电气工程师使用。

五、PLC的应用实例

PLC广泛应用于工业自动化领域，如生产线自动化控制、机器人控制、过程控制等。以下是一个简单的应用实例：

• 生产线自动化控制：在一条汽车生产线上，PLC可以接收来自各个传感器的信号（如工件到位信号、机器人工作状态信号等），并根据预设的程序控制机器人的动作（如抓取工件、焊接、装配等）和传送带的运行。通过PLC的精确控制，可以实现生产线的自动化生产，提高生产效率和产品质量。

六、总结

PLC的工作原理可以概括为周期性的循环扫描工作方式，包括内部处理、通信处理、输入采样、用户程序执行和输出刷新等阶段。PLC具有集中采样、集中输出、周期性循环扫描和实时性等特点，能够灵活地适应不同的工业应用需求。通过掌握PLC的工作原理和编程语言，可以更好地应用和维护PLC系统，实现工业自动化生产的目标。