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3-2 PLC的工作原理 （一）PLC的工作原理 PLC的工作是按集中输入、集中输出、周期性循环扫描的方式进行工作的。 如图所示，它的工作过程大致有三大部分：上电处理、扫描过程、出错处理。 上电处理部分：完成对PLC系统内部的初始化工作。 出错处理部分：PLC每扫描一次，都执行一次自诊断，看看系统是否正常。 PLC工作过程中最核心的内容是扫描过程，这个过程有三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。 （二）PLC扫描周期2.1 输入采样阶段 PLC扫描所有的输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄送器中。 此时输入映像寄送器被刷新，此后输入映像寄送器与外界隔离，无论输入信号如何变化，它的内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才重新写入输入端的最新内容。2.2 程序执行阶段 PLC按照从左到右、从上到下的步骤顺序执行程序。 当指令中涉及输入输出等元器件状态的时候，PLC就从输入映像寄送器中读入对应输入端的状态，从其他元件映像寄送器中读入对应元件的当前状态，然后进行相应的运算。 最新的运算结果马上再存入到相应的元件映像寄送器中。对元件映像寄送器来说，每一个元件的状态会随着程序执行过程而刷新。2.3 输出刷新阶段 在用户程序执行完毕后，元件映像寄送器中所有输出继电器的状态在输出刷新阶段一起存到输出锁存器中，然后集中输出。 最后经过输出端子驱动外部负载。在下一个输出刷新阶段开始之前，输出锁存器的状态不会改变，从而相应输出输出端子的状态也不会改变。 那么输入采样、程序执行、集中输出这三个阶段组成了PLC的一个扫描周期，然后PLC进入下一个相同的扫描周期，一圈一圈又一圈的循环进行下去。 （三）总结一下，PLC对输入输出的处理原则输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定。输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。 -
3-1可编程控制器概述 （一）什么是PLC Programmed Logic Controller，简称PLC。 在国际电工委员会制定的PLC国际标准IEC61131中，有一个准确的定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时控制、计数和算术运算等操作的基于用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机器或过程。PLC及其相关的外围设备都应按易于与工业控制系统集成的原则设计，以实现其预期功能。 在这一标准定义中，主要讨论了三个方面的内容：PLC是什么、PLC的功能、PLC设计原则。 定义强调PLC可以直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力。PLC应具备广泛的适应能力和应用范围，这是它区别于一般计算机控制系统的一个重要特征。 定义强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的工业计算机。 这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术运算等操作。 它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的功能，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“实现其预期功能”。 （二）PLC的特点 抗干扰能力强，可靠性高 针对工业现场严酷的环境因素，为提高抗干扰能力，在系统结构、硬件和软件等方面采取了许多措施，使得PLC具有较高的抗干扰能力。PLC的开关动作由无触点的电子器件来完成，取代了传统继电器接触式控制系统中的逻辑器件和繁杂的连线，大大提高了PLC控制系统的可靠性。 控制系统结构简单，通用性强 大部分情况下，一个PLC主机就能组成一个控制系统。对于需要扩展的系统，只要选好扩展模块，经过简单的连线即可。 PLC控制系统的好处在于，当控制需求改变，需要变更控制系统的功能时，只需要对程序进行简单的修改，对硬件部分稍作改动即可。 同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入／输出组件和应用程序的不同，所以说PLC控制系统有极高的柔性，它的通用性非常强。 编程方便，易于使用 PLC是面向底层用户的智能控制器。最初开发PLC的目的就是要取代继电器接触式控制系统的逻辑。因此，PLC的编程语言采用了和传统控制系统中电气原理图类似的梯形图语言，内部元器件也使用大家熟悉的名称，如中间继电器、定时器、计数器等。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电器和工艺知识的人员都可在短期内学会。 此外还有功能强大、成本低、设计施工调试的周期短、维护方便等优点。 （三）PLC与继电器控制系统的区别 PLC主要是为了取代继电/接触式控制系统而发明的。两种系统有非常多的相似之处，但也有本质区别。理解这些区别对学习PLC非常重要。 控制逻辑区别：一软一硬 继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，一旦系统构成后，想再改变或增加些功能都很困难。 而PLC采用的存储器逻辑，它的控制逻辑以程序方式存储在内存中，想改变控制逻辑只需要改变程序即可，所以称为软接线，因此它的灵活性和扩展性都很好。 工作方式区别：一种并行，一种串行 当电源接通时，继电器控制线路中每一个继电器同时都处于受控状态，该吸合的都吸合，不该吸合的都因为受某种条件的限制不能吸合，它属于一种并行的逻辑。 而PLC的控制逻辑中各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，各种逻辑、数值输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算得出的，所以它属于串行工作方式。 另外，PLC控制系统在可靠性、可维护性、控制速度、定时控制的精度和定时范围、设计和施工等方面都比传统的继电器接触式控制系统优越。
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一般设计法（经验设计法） 一般设计法（经验设计法） 一般设计法，又称为经验设计法。它主要是根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接设计控制电路。一般设计法的几个主要原则最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求。在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。尽量减少电器的数量：尽量选用相同型号的电器和标准件，以减少备品量，尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的线路和环节。尽量减少控制线路中电源的种类：尽可能直接采用电网电压，以省去控制变压器。在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。尽量缩短连接导线的长度和数量：设计控制线路时，应考虑各个元件之间的实际接线。在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。正确连接触点：在控制电路中，应尽量将所有触点接在线圈的左端或上端，线圈的右端或下端直接接到电源的另一根母线上（左右端和上下端是针对控制电路水平绘制或垂直绘制而言的）。这样可以减少线路内产生虚假回路的可能性，还可以简化电气柜的出线。正确连接电器的线圈：在交流控制电路中不能串联两个电器的线圈。要注意电器之间的联锁和其他安全保护环节
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简单设计法应用举例（三台电机顺序启停） 2.4 简单设计法应用举例（三台电机顺序启停）（一）题目：设计三台电动机的顺序启停控制线路现有三台电动机 MA1、MA2、MA3，电气控制线路要求如下： 启动顺序：先启动MA1，经过T1时间后启动MA2，再经过T2时间后启动MA3； 停车顺序：逆序停车，先停MA3，经过T3时间后再停MA2，再经过T4时间后停止MA1。 三台电动机使用的接触器分别为QA1、QA2和QA3，要求设计三台电动机的启停控制线路。（二）题目分析 该控制系统使用三个交流接触器QA1、QA2和QA3来控制三台电机的启停。有一个启动按钮SF1和一个停止按钮SF2。另外还使用四个时间继电器KF1、KF2、KF3和KF4，其定时值依次为T1、T2、T3和T4。（三）设计过程3.1 主电路设计3.2 控制线路设计①首先要找出被控对象 被控对象就是三台电机MA1、MA2和MA3。②其次找出边界条件 边界条件就是三个被控对象何时得电（启动）、何时失电（停止）。 电机MA1的启动信号为启动按钮SF1，停止信号为KF4的定时到。 电机MA2的启动信号为KF1的定时T1到，停止信号为KF3的定时T3到。 电机MA3的启动信号为KF2的定时T2到，停止信号为SF2停止按钮。 在设计的时候还要考虑到启动信号一定要用小信号，所以需要注意对定时器及时复位。③使用简单设计法设计出控制线路图线路解释 在图中，KF1、KF2的线圈上方串联了接触器QA2和QA3的常闭触点，这是为了得到启动小信号而采取的措施。 线圈KF1、KF2上方的常闭触点KF4和KF3的作用是为了防止QA3和QA2断电后，KF2和KF1的线圈重新得电而采取的小措施。因为如果T2小于T3或者T1小于T4的时候，有可能造成QA3和QA2的重新启动。 设计中的难点是找出KF3、KF4开始工作的条件以及KF1、KF2的逻辑。 图中BB1、BB2、BB3分别为三台电动机的热继电器的常闭触点，是为了防止电机过载而采取的措施。如果实际中对过载没有太多要求，也可以把它们去掉。
