(1)PLC控制系統(tǒng)的等效電路

  圖1-27是一個典型的機(jī)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(jī)M1、M2的運(yùn)轉(zhuǎn);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(jī)M1開始運(yùn)轉(zhuǎn)，10s 后，電機(jī)M2開始運(yùn)轉(zhuǎn);按下停止按鈕SB1，電機(jī)M1、M2同時停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1-27 一個典型的機(jī)床繼電器控制電路

  在控制線路中，當(dāng)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(yùn)轉(zhuǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)按下 SB1時，KM1、KT線圈同時斷電，KM2線圈也斷電，M1、M2隨之停轉(zhuǎn)。

  現(xiàn)若改用德國西門子公司生產(chǎn)的S7系列微型PLC來實現(xiàn)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(fù)載驅(qū)動電源。PLC控制的等效電路由三部分組成。

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(guān)等提供)，或接收被控對象的各種狀態(tài)信息(由行程開關(guān)、接近開關(guān)、各種傳感器信號等提供)。PLC的每一個輸入點

  對應(yīng)一個內(nèi)部輸入繼電器，當(dāng)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(dāng)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(tǒng)運(yùn)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(nèi)容進(jìn)行解釋并加以執(zhí)行，有需要輸出的結(jié)果則送到PLC的輸出端子，以控制外部負(fù)載的工作。

  ③輸出部分 根據(jù)程序執(zhí)行的結(jié)果直接驅(qū)動負(fù)載。PLC的每一個輸出點對應(yīng)一個內(nèi)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(yīng)。當(dāng)程序執(zhí)行的結(jié)果使輸出繼電器線圈通電時，對應(yīng)的硬輸出觸點閉合，控制外部負(fù)載動作。

  其PLC控制過程為∶當(dāng)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(yīng)的硬輸出觸點閉合，KM1得電，M1開始運(yùn)轉(zhuǎn)，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(yīng)的硬輸出觸點閉合，KM2得電，M2開始運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)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(yīng)的兩個硬輸出觸點隨之?dāng)嚅_，KM1、KM2斷電，M1、M2停轉(zhuǎn)。

  (2)PLC的工作原理

  PLC采用循環(huán)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(tài)，即運(yùn)行(RUN)狀態(tài)與停止(STOP)狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC的工作過程分為內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行和輸出處理5個階段。在停止?fàn)顟B(tài)，PLC只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)。

圖1-29 plc循環(huán)掃描工作過程

  ①內(nèi)部處理階段 在內(nèi)部處理階段，PLC復(fù)位監(jiān)控定時器，運(yùn)行自診斷程序(進(jìn)行硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等)。檢查正常后，方可進(jìn)行下面的操作。如果有異常情況，則根據(jù)錯誤的嚴(yán)重程度報警或停止PLC運(yùn)行。

  ②通信服務(wù)階段 通信服務(wù)階段又叫通信處理階段、通信操作階段或外設(shè)通信階段。在此階段，PLC與帶微處理器的外部智能裝置進(jìn)行通信，響應(yīng)編程工具鍵入的命令，更新編程工具的顯示內(nèi)容。

  當(dāng)PLC處于停止?fàn)顟B(tài)時，只執(zhí)行以上兩個階段的操作;當(dāng)PLC處于運(yùn)行狀態(tài)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(tài)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(tài)被刷新)，接著進(jìn)入程序執(zhí)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(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)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(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)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(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會隨之而變。輸入信號變化了的狀態(tài)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(zhí)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(zhuǎn)指令時，則從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處;然后，進(jìn)入輸出處理階段。在程序執(zhí)行階段，CPU對程序按從左到右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行解釋、執(zhí)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(guān)編程元件的“0”、“1”(“OFF”、“ON”)狀態(tài)讀出來，并根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再寫入到對應(yīng)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(nèi)容隨著程序的執(zhí)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(tài)傳送到輸出鎖存器，然后經(jīng)輸出接口電路和輸出端子再傳送到外部負(fù)載。在梯形圖中，如果某一輸出繼電器的線圈“通電”，對應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)，相應(yīng)的輸出鎖存器也為“1”狀態(tài)。信號經(jīng)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(yīng)的硬件繼電器的線圈通電、其常開觸點閉合)，驅(qū)動外部負(fù)載通電工作;反之，外部負(fù)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(tài)不變，即使輸出映像寄存器的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸出鎖存器的狀態(tài)也不會隨之改變。輸出映像寄存器變化了的狀態(tài)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(jù)PLC的上述循環(huán)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(tài)讀入相應(yīng)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(jìn)制數(shù)"1"，反之存入"0"。

  在程序執(zhí)行階段，當(dāng)執(zhí)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(jìn)制數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算(觸點串聯(lián)對應(yīng)“與”運(yùn)算，觸點并聯(lián)對應(yīng)“或”運(yùn)算)，其運(yùn)算結(jié)果寫入輸出映像寄存器Q0.0和元件映像寄存器T37中。當(dāng)執(zhí)行第二條指令時，從元件映像寄存器T37中讀出二進(jìn)制數(shù)，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(jìn)制數(shù)寫入輸出鎖存器并鎖存起來，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子，從而控制外部負(fù)載動作。如果輸出映像寄存器Q0.0和Q0.1中存放的是二進(jìn)制數(shù)"1"，外接的KM1和KM2線圈將通電，反之將斷電。