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PLC編程控制電路原理

1)PLC控制系統的等效電路

??圖1-27是一個典型的機床繼電器控制電路，KT是時間繼電器;KM1、KM2是兩個接觸器，分別控制電機M1、M2的運轉;SB1為停止按鈕;SB2為啟動按鈕。控制過程如下∶按下啟動按鈕SB2，電機M1開始運轉，10s 后，電機M2開始運轉;按下停止按鈕SB1，電機M1、M2同時停止運轉。

圖1-27 一個典型的機床繼電器控制電路

??在控制線路中，當按下SB2時，KM1、KT的線圈同時通電，KM1的一個常開觸點閉合并自鎖，M1開始運轉KT線圈通電后開始計時，10s后KT的延時常開觸點閉合，KM2線圈通電，M2開始運轉。當按下 SB1時，KM1、KT線圈同時斷電，KM2線圈也斷電，M1、M2隨之停轉。

??現若改用德國西門子公司生產的S7系列微型PLC來實現上述的控制功能，圖1-28為改用PLC控制的等效電路圖。在PLC的面板上有一排輸入端子和一排輸出端子，輸入端子和輸出端子各有自己的公共接線端子M或L，輸入端子的編號為10.0、10.1等，輸出端子的編號為Q0.0、Q0.1等。停止按鈕SB1、啟動按鈕SB2、熱繼電器FR1與FR2的一端接到輸入端子上，另一端接到輸入公共端子M上;接觸器KM1、KM2的線圈接到輸出端子上，輸出公共端子L上接AC220V負載驅動電源。PLC控制的等效電路由三部分組成。

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圖1-28 將圖1-27改用plc控制的等效電路圖

??①輸入部分 接收操作指令(由啟動按鈕、停止按鈕、開關等提供)，或接收被控對象的各種狀態信息(由行程開關、接近開關、各種傳感器信號等提供)。PLC的每一個輸入點

??對應一個內部輸入繼電器，當輸入點與輸入M端接通時，輸入繼電器線圈通電，它的常開觸點閉合、常閉觸點斷開;當輸入點與輸入M端斷開時，輸入繼電器線圈斷電，它的常開觸點斷開、常閉觸點接通。

??②控制部分 這部分是用戶編制的控制程序，通常用梯形圖的形式表示。用戶控制程序放在PLC的用戶程序存儲器中。系統運行時，PLC依次讀取用戶程序存儲器中的程序語句，對它們的內容進行解釋并加以執行，有需要輸出的結果則送到PLC的輸出端子，以控制外部負載的工作。

??③輸出部分 根據程序執行的結果直接驅動負載。PLC的每一個輸出點對應一個內部輸出繼電器，每個輸出繼電器僅有一個硬觸點與輸出點相對應。當程序執行的結果使輸出繼電器線圈通電時，對應的硬輸出觸點閉合，控制外部負載動作。

??其PLC控制過程為∶當按下SB2時，輸入繼電器I0.1的線圈通電，10.1的常開觸點閉合，使輸出繼電器Q0.0的線圈得電，Q0.0對應的硬輸出觸點閉合，KM1得電，M1開始運轉，同時Q0.0的一個常開觸點閉合并自鎖，定時器T37的線圈通電開始計時，延時10s 后KT的常開觸點閉合，輸出繼電器Q0.1的線圈得電，Q0.1對應的硬輸出觸點閉合，KM2得電，M2開始運轉;當按下 SB1時，輸入繼電器 I0.0的線圈通電，10.0的常閉觸點斷開，Q0.0、T37的線圈均斷電，Q0.1的線圈也斷電，Q0.0、Q0.1對應的兩個硬輸出觸點隨之斷開，KM1、KM2斷電，M1、M2停轉。

??(2)PLC的工作原理

??PLC采用循環掃描工作方式，其工作過程如圖1-29所示。PLC通電后，有兩種基本的工作狀態，即運行(RUN)狀態與停止(STOP)狀態。在運行狀態，PLC的工作過程分為內部處理、通信服務、輸入處理、程序執行和輸出處理5個階段。在停止狀態，PLC只進行內部處理和通信服務。

圖1-29 plc循環掃描工作過程

??①內部處理階段 在內部處理階段，PLC復位監控定時器，運行自診斷程序(進行硬件檢查、用戶內存檢查等)。檢查正常后，方可進行下面的操作。如果有異常情況，則根據錯誤的嚴重程度報警或停止PLC運行。

??②通信服務階段 通信服務階段又叫通信處理階段、通信操作階段或外設通信階段。在此階段，PLC與帶微處理器的外部智能裝置進行通信，響應編程工具鍵入的命令，更新編程工具的顯示內容。

??當PLC處于停止狀態時，只執行以上兩個階段的操作;當PLC處于運行狀態時，還要完成以下三個階段的操作。

??③輸入處理階段 輸入處理階段又叫輸入采樣階段、輸入刷新階段或輸入更新階段。在此階段，PLC中的CPU把所有外部輸入電路的接通/斷開(ON/OFF)狀態通過輸入接口電路讀入輸入映像寄存器(此時輸入映像寄存器的狀態被刷新)，接著進入程序執行階段。在輸入處理階段，如果外接的輸入觸點電路接通，對應的輸入映像寄存器為“1”狀態，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開;如果外接的輸入觸點電路斷開，對應的輸入映像寄存器為“0”狀態，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。在輸入處理階段完成后，輸入映像寄存器與外界隔離，即使外部輸入信號的狀態發生了變化，輸入映像寄存器的狀態也不會隨之而變。輸入信號變化了的狀態只有等到下一個掃描周期的輸入處理階段到來時才能通過COU送入輸入映像寄存器中，這種輸入工作方式稱為集中輸入工作方式。

??④程序執行階段 PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉指令時，則從第一條指令開始，逐條順序地執行用戶程序，直到用戶程序結束之處;然后，進入輸出處理階段。在程序執行階段，CPU對程序按從左到右、先上后下的順序對每條指令進行解釋、執行，則從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器和元件映像寄存器中將有關編程元件的“0”、“1”(“OFF”、“ON”)狀態讀出來，并根據用戶程序給出的邏輯關系進行相應的邏輯運算，運算的結果再寫入到對應的輸出映像寄存器和元件映像寄存器中。因此，各編程元件的映像寄存器(輸入映像寄存器除外)的內容隨著程序的執行而變化。

??⑤輸出處理階段 輸出處理階段又叫輸出刷新階段或輸出更新階段。在此階段，則將輸出映像寄存器的“0”、“1”狀態傳送到輸出鎖存器，然后經輸出接口電路和輸出端子再傳送到外部負載。在梯形圖中，如果某一輸出繼電器的線圈“通電”，對應的輸出映像寄存器為“1”狀態，相應的輸出鎖存器也為“1”狀態。信號經輸出接口電路的隔離和功率放大后(繼電器型輸出接口電路中對應的硬件繼電器的線圈通電、其常開觸點閉合)，驅動外部負載通電工作;反之，外部負載斷電，停止工作。在輸出處理階段完成后，輸出鎖存器的狀態不變，即使輸出映像寄存器的狀態發生了變化，輸出鎖存器的狀態也不會隨之改變。輸出映像寄存器變化了的狀態只有等到下一個掃描周期的輸出處理階段到來時才能通過CPU送入輸出鎖存器中，這種輸出工作方式稱為集中輸出工作方式。

??根據PLC的上述循環掃描工作過程、可以得出從輸入端子到輸出端子的信號傳遞過程，如圖1-30所示。

圖1-30 plc從輸入到輸出的信號傳遞過程示意圖

??在輸入處理階段，CPU將SB1、SB2、FR1、FR2觸點的狀態讀入相應的輸入映像寄存器，外部觸點接通時存入輸入映像寄存器的是二進制數"1"，反之存入"0"。

??在程序執行階段，當執行第一條指令時，從輸入映像寄存器10.0、I0.1、10.2、10.3和輸出映像寄存器Q0.0中讀出二進制數進行邏輯運算(觸點串聯對應“與”運算，觸點并聯對應“或”運算)，其運算結果寫入輸出映像寄存器Q0.0和元件映像寄存器T37中。當執行第二條指令時，從元件映像寄存器T37中讀出二進制數，然后寫入輸出映像寄存器Q0.1中。

??在輸出處理階段，CPU將各輸出映像寄存器中的二進制數寫入輸出鎖存器并鎖存起來，再經輸出電路傳遞到輸出端子，從而控制外部負載動作。如果輸出映像寄存器Q0.0和Q0.1中存放的是二進制數"1"，外接的KM1和KM2線圈將通電，反之將斷電。