2.1 PLC的概述

可編程邏輯控制器（programmable logic controller）簡稱PLC,是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。

PLC在本質(zhì)上來講也屬于單片機(jī)的范疇，只不過隨著工業(yè)的發(fā)展，PLC主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，也就是大家俗稱的工業(yè)控制簡稱工控。一般PLC都是工業(yè)級(jí)別的應(yīng)用，穩(wěn)定性要比民用的好很多，器件性能也優(yōu)越很多。

2.2 PLC的硬件組成

CPU模塊大致根據(jù)通訊接口的不同，輸入輸出數(shù)量不同，負(fù)載能力的不同，進(jìn)行了不同的分類，詳細(xì)需要參照同一品牌同一系列PLC的CPU模塊做出對(duì)應(yīng)的分析和判斷，方便以后設(shè)計(jì)選型。

輸入模塊分為2類：數(shù)字量輸入模塊，模擬量輸入模塊。

輸出模塊分為2類：數(shù)字量輸出模塊，模擬量輸出模塊。

混合模塊分為2類：數(shù)字量輸入輸出混合模塊，模擬量輸入輸出混合模塊。

2.3PLC的基本原理和執(zhí)行過程

微機(jī)：等待命令的工作方式；PLC：循環(huán)掃描的工作方式

CPU從第一條指令開始按指令步序號(hào)作周期性的循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。一個(gè)掃描周期主要分為三個(gè)階段：輸入刷新階段 ；程序執(zhí)行階段 ；輸出刷新階段 。

PLC系統(tǒng)在上電并處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí),開始進(jìn)行輸入掃描

輸入掃描: 將輸入模塊的當(dāng)前狀態(tài)讀取到 CPU 的輸入映象表中, 以備程序掃描

程序掃描: CPU從第一條用戶程序開始, 根據(jù)輸入映象表, 及其他數(shù)據(jù)狀態(tài)來確定對(duì)外部設(shè)備的控制, 將控制信息送到輸出映象表.

輸出掃描: 將輸出映象表的狀態(tài)傳送到輸出模塊, 開設(shè)下一個(gè)掃描周期.

PLC主要工作原理圖和執(zhí)行過程如下圖：S7-200周而復(fù)始的執(zhí)行一系列任務(wù)，任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個(gè)掃描周期。

1 CPU：診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯(cuò)誤。采集現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。逐條讀取指令，完成各種運(yùn)算和操作。 將處理結(jié)果送至輸出端。響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。

存儲(chǔ)器

系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。PLC出廠前已將其固化在只讀存儲(chǔ)器ROM或PROM中，用戶不能更改。

用戶存儲(chǔ)器：包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。這類存儲(chǔ)器一般由低功耗的CMOS-RAM構(gòu)成，其中的存儲(chǔ)內(nèi)容可讀出并更改。

注意： PLC產(chǎn)品手冊(cè)中給出的“存儲(chǔ)器類型”和“程序容量”是針對(duì)用戶程序存儲(chǔ)器而言的。

2,輸入接口電路

輸入接口電路：采用光電耦合電路，將手動(dòng)按鈕、光電開關(guān)，接近開關(guān)，編碼器等現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。

【注解：什么樣的信號(hào)CPU能接受和處理呢？如果PLC的供電電壓是直流24V輸入的話，輸入設(shè)備的閉合必須滿足驅(qū)動(dòng)電壓，一般電壓不會(huì)偏高，最低電壓不能低于19V，否則CPU無法識(shí)別，如果現(xiàn)場(chǎng)線纜壓降過大，輸入電壓低于19V，就算接線正確也是CPU也是無法識(shí)別這個(gè)信號(hào)的。舉個(gè)例子就像我們離很遠(yuǎn)看到別人在嘴在動(dòng)，就是聽不到別人說什么！這就是無法是別的，這樣的信號(hào)是無效的?！?/p>

【擴(kuò)展理解：我們一般常用一個(gè)開關(guān)反饋信號(hào)，我們可以用多個(gè)開關(guān)反饋信號(hào)，可以多個(gè)開關(guān)并聯(lián)，也可以多個(gè)開關(guān)串聯(lián)來完成一個(gè)信號(hào)的輸入。當(dāng)然也有晶體管輸入類型的模塊，PNP輸入的只能接正電輸入，NPN輸入的模塊需要接負(fù)電輸入，當(dāng)然光電開關(guān)和接近開關(guān)也是分PNP和NPN輸出的，那么接到輸入模塊也是要對(duì)應(yīng)起來的。PNP輸出的開關(guān)要接到PNP輸入的模塊，NPN輸出的開關(guān)要接到NPN輸入的模塊】

3,輸出接口電路

采用光電耦合電路，將CPU處理過的信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)指示燈、繼電器、接觸器、電磁閥等外部設(shè)備的通斷電和其他信號(hào)控制。

輸出模塊類型一般分為三類：繼電器輸出，晶閘管輸出，晶體管輸出。

繼電器輸出類型：為無源觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較低的直流負(fù)載或交流負(fù)載回路。

【注解：繼電器輸出類型的觸點(diǎn)負(fù)載參看對(duì)應(yīng)的模塊說明書技術(shù)參數(shù)，一般公共端就是輸出觸點(diǎn)的電壓類型，輸出公共端有1對(duì)1，也有1對(duì)多的。改變公共端的電壓類型可以改變輸出電壓的類型?！?/p>

【擴(kuò)展理解：我們?cè)谶x擇輸出模塊的時(shí)候，要考慮到同時(shí)輸出時(shí)的最大電流負(fù)荷和不能同步輸出的需求來選擇，設(shè)計(jì)時(shí)既要保證模塊的合理應(yīng)用，還要保證的模塊能帶動(dòng)所有同時(shí)動(dòng)作的負(fù)荷，并且預(yù)留一定的裕量。】

晶閘管輸出類型：為無觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的交流電源負(fù)載。【一般用的較少】

晶體管輸出型：為無觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的直流電源負(fù)載。根據(jù)輸出類型的不同可以輸出正電或者負(fù)電。

【晶體管輸出分為PNP和NPN兩種類型，P一般表示正電，N一般表示負(fù)電，PNP輸出為正電，NPN輸出為負(fù)電；PNP類型2個(gè)P,1個(gè)N，那個(gè)人多那個(gè)說了算，2個(gè)打1個(gè)也打得過。同理NPN就是N獲勝了，輸出負(fù)電。】

【項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)：我們要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷的需求類型來配置模塊，當(dāng)出現(xiàn)多種類型的需求時(shí)，我們盡量采用一種或者2種輸出類型的模塊來減少現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜程序，我們需要將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備需要的輸出類型通過電器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。比如：我們用晶體管輸出的模塊控制繼電器或者接觸器來控制交流220或者交流380V等。繼電器和接觸器是很好的轉(zhuǎn)換器件。】

4,電源

PLC的電源是指將外部輸入的交流電處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的直流電源電路或電源模塊。許多PLC的直流電源采用直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨(dú)立的電壓供內(nèi)部電路使用，而且還可為輸入設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)電源。

【注解：很多CPU模塊自帶直流24V輸出電源，此電源的帶負(fù)載能力很小，也就200ma左右，可以這么理解接10個(gè)開關(guān)或者4個(gè)同時(shí)運(yùn)行的接觸器等，一般我們需要外接開關(guān)電源。】