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PLC的组成

  PLC种类很多，但结构大同小异，典型的PLC控制系统组成方框图如图11-4所示。在组建PLC控制系统时，需要给PLC的输人端子接有关的输入设备(如按钮、触头和行程开关等)，给输出端子接有关的输出设备(如指示灯、电磁线圈和电磁阀等)。另外，还需要将编好的程序通过通信接口输人PLC内部存储器，如果希望增强PLC的功能，可以将扩展单元通过扩展接口与PLC连接。

  PLC是一种由程序控制运行的设备，其工作方式与微型计算机不同，微型计算机运行到结束指令END时，程序运行结束;PLC运行程序时，会按顺序逐条执行存储器中的程序指令，当执行完后的指令后，并不会马上停止，而是又重新开始再次执行存储器中的程序，如此周而复始，PLC的这种工作方式称为循环扫描方式。

  PLC的工作过程如图11-5所示。PLC通电后，首行系统初始化，将内部电路恢复到起始状态，然后进行自我诊断，检测内部电路是否正常，以确保系统能正常运行，诊断结束后对通信接口进行扫描，若接有外设则与其通信。通信接口无外设或通信完成后，系统开始进行输入采样，检测输人设备(如开关、按钮等)的状态，然后根据输人采样结果依次执行用户程序，程序运行结束后对输出进行刷新，即输出程序运行时产生的控制信号。上机户出己石编过6同欢士过元口，水元人贮中，重新开始自我诊断，并不断重新上述过程。

  PLC有两个工作状态:RUN(运行)状态和STOP(停止)状态。当PLC工作于RUN状态时，系统会完整执行图11-5所示过程;当 PLC工作在STOP状态时，系统不执行用户程序。PLC正常工作时应处于RUN状态，而在编制和修改程序时，应让PLC处于STOP状态。PLC的两种工作状态可通过开关进行切换。

  PLC工作在RUN 状态时，完整执行图11-5过程所需的时间称为扫描周期，一般为1~100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。

  图 11-5 PLC的工作过程

  PLC用户程序的执行过程

  PLC的用户程序执行过程很复杂，下面以PLC正转控制线路为例进行说明。图11-6是PLC正转控制线路，为了便于说明，图中画出了PLC内部等效图。

  图11-6中PLC内部等效图中的X0、X1、X2称为输入继电器它由线圈和触头两部分组成，由于线圈与触头都是等效而来，故又称为软线圈和软触头;Y0称为输出继电器，它也包括线圈和触头。PLC内部中间部分为用户程序(梯形图程序)，程序形式与继电器控制电路相似，两端相当于电源线，中间为触头和线圈。

  用户程序执行过程说明如下:

  当按下起动按钮SB1时，输入继电器X0线圈得电，使得用户程序中的X0常开触头闭合，输出继电器Y0线圈得电。它一方面使用户程序中的Y0常开触头闭合，对Y0线圈供电锁定外;另一方面使输出端的Y0常开触头闭合，接触器KM线圈得电，主电路中的KM主触头闭合，电动机得电运转。

  当按下停止按钮SB2时，输人继电器X1线圈得电，它使用户程序中的X1常闭触头断开，输出继电器Y0线圈失电，用户程序中的Y0常开触头断开，解除自锁。另外，输出端的Y0常开触头断开，接触器KM线圈失电，KM主触头断开，电动机失电停转。

  若电动机在运行过程中电流过大，热继电器FR动作，FR触头闭合，输入继电器X2线圈得电，它使用户程序中的X2常闭触头断开，输出继电器Y0线圈失电，输出端的Y0常开触头断开，接触器KM线圈失电，KM主触头闭合，电动机失电停转，从而避免电动机长时间过流运行。

PLC的CPU要完成的主要工作

 PLC的中央处理器（CPU 一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。

    与一般的计算机一样，CPU是整个PLC的控制，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊的进行工作。CPU主要完成下述工作：

    （1）接收、存储用户通过编程器等输入设备输入的程序和数据。

    （2）用扫描的方式通过I/O部件接收现场信号的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中。

    （3）诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

    （4） PLC进入运行状态后，执行用户程序，完成各种数据的处理、传输和存储相应的内部控制信号，以完成用户指令规定的各种操作。

    （5）响应各种外围设备(如编程器、打印机等）的请求。

    PLC采用的CPU随机型不同而不同， 目前，小型PLC为单CPU系统，中型及大型则采用双CPU甚至多CPU系统。目前，PLC通常采用的微处理器有三种：通用微处理器、单片微处理器（即单片机）、位片式微处理器。

  控制要求

  通过X1～X4设定指示灯延时打开的时间，若四位输入触点表示的数为1，延时1s点亮Y1，2s后熄灭；若延时设置值为2，延时2s点亮Y2，2s后熄灭；延时设置值为3时，延时3s点亮Y3，2s后熄灭；延时设置值为4时，延时4s点亮Y4，2s后熄灭；若大于4，则Y0闪烁；小于或等于4，则Y5～Y6亮。

  相关知识

  触点比较指令是对两个源数据进行二进制比较，根据比较结果决定是否运行后面操作。触点比较指令有LD触点比较指令、AND触点比较指令和OR触点比较指令三大类，表示触点比较指令是直接与左母线相连，还是串联在其他触点之后或者与其他触点并联的逻辑关系。

  区间复位指令ZRST是将指定范围内的同类元件成批复位。第一个目标操作数表示要复位的起始元件号，第二个目标操作数表示要复位的终止元件号。目标操作数可以是Y、M、S、T、C和D。

  控制方案

  (1)接线图

  指示灯预定延时时间PLC控制接线图如图2-43所示。

  图2-43 指示灯预定延时时间PLC控制接线图

  (2)I/O分配表

  指示灯预定延时点亮时间I/O分配表见表2-23。

  表2-23 指示灯预定延时点亮时间I/O分配表

  (3)梯形图

  指示灯预定延时时间PLC控制梯形图如图2-44所示。

  (4)控制过程分析

  按下启动按钮SB1，信号X0接通，判断按钮SB2～SB5的状态，X1～X4是用四位二进制数表示的数据。该预置数据如果是“1”，则M10置位，Y5和Y6输出，灯L6～L7亮同时执行第43行程序，接通定时器T10线圈，1s后，Y1输出，灯L2亮；定时器T60线圈通电，T60定时2s，其常闭触点断开，T10和T20线圈断电，即1.2亮2s。若预置数据是“2”“3”和“4”，原理同“1”，所不同的是灯L3开始后延时2s被点亮，灯L4是开始后延时3s被点亮，灯L5是开始后延时4s被点亮，它们保持2s的通电状态后被熄灭。若预置数据大于“4”，则Y0被接通，灯L1按照1Hz的频率闪烁。定时器T60、T70、T80和T90 的延时时间到时，其对应的常开触点接通ZRST指令，使M10～M40都复位，即每次预置数据判断一次，所有的辅助继电器清零一次，以备下一次程序运行。