1.3 可编程序控制器基本工作原理

1.3.1 可编程序控制器工作原理

PLC可视为一个执行逻辑功能的工业控制装置。其中，CPU完成逻辑运算功能，存储器用来保持逻辑功能。因此，可将图1-2转变成类似于继电器-接触器控制的等效电路示意图，如图1-3所示。

PLC的等效电路可分为三部分，即输入部分、内部控制电路和输出部分。

（1）输入部分

这部分的作用是收集被控设备的信息或操作命令。输入端子是PLC与外部开关（行程开关、转换开关、按钮开关等）、敏感元件等交换信号的端口。输入继电器（如图1-3中的0.00、0.01等）由接到输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由PLC的电源组件提供（如DC 24V），也可以是独立电源供给。等效电路中的一个输入继电器，实际对应于PLC输入端的一个输入点及其对应的输入电路。例如，一个PLC有16个输入点，那么它相当于有16个微型输入继电器置于PLC内部，并与输入端子相连，可作为PLC编程时使用的常开触点和常闭触点。

（2）内部控制电路

这部分控制电路是由用户根据控制要求编写的程序所组成的，其作用是按用户程序的控制要求对输入信息进行运算处理，判断哪些信号需要输出，并将得到的结果输出给负载。

PLC内部有许多诸如定时器（TIM），计数器（CNT），辅助继电器（如图1-3中的20.00）等软器件，它们在PLC内部都有各自成对的、用软件实现的常开触点（高电平状态）和常闭触点（低电平状态）。编写的梯形图是将这些软器件进行内部连线，完成被控对象的控制要求。梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的，继电器控制电路的元件符号如图1-4（a）所示；对应的PLC梯形图元件符号如图1-4（b）所示。

（3）输出部分

这部分的作用是驱动外部负载。输出端子是PLC向外部负载输出信号的端子。如果一个PLC的输出点为8点，那么PLC就有8个输出继电器。PLC输出继电器（如图1-3中的5.00、5.01等）的触点与输出端子相连，通过输出端子驱动外部负载，如接触器的驱动线圈、信号灯、电磁阀等。

输出继电器除提供一个供实际使用的常开触点外，还提供PLC内部使用的许多对常开和常闭软触点，数量不限，以便于编程。根据用户的负载要求可选用不同类型的负载电源。此外，PLC还有晶体管输出和可控硅输出，前者一般用于直流输出，后者一般用于交流输出。但两者采用的都是无触点输出，运行速度快。

综上所述，PLC由以上三部分组成，下面以三相鼠笼式异步电动机启动/停车控制电路为例，说明PLC控制系统的基本工作过程，以加深对上述等效电路的理解。

【例1-1】 利用PLC改造三相鼠笼式异步电动机启动/停车的继电器控制系统。

图1-5（b）给出了电动机的继电接触器控制电路，当按下启动按钮SB1时，交流接触器KM的线圈接通，其主触点闭合，电动机启动，同时KM的另一个辅助触点也闭合，SB1断开后接触器仍保持接通状态。当按下停车按钮SB2时，KM线圈断开，电动机停止运转。

PLC的电动机启动/停车控制电路如图1-6所示。其电气线路的主电路仍如图1-5（a）所示。

图1-6（a）中PLC的输入端0.00接启动按钮SB1，0.01接停车按钮SB2（注意选用常开触点）；在PLC的输出端5.00接接触器线圈KM，输入/输出公共端（COM）分别接电源。用编程设备将图1-6（b）中的梯形图程序输入到PLC内，PLC即可按照这一控制程序工作。当按下SB1时，输入继电器0.00线圈接通，内部控制电路中的常开触点0.00闭合，输出继电器线圈5.00接通，内部控制电路中的常开触点5.00闭合产生自保持，同时5.00输出端的输出继电器外部硬件常开触点接通，使接触器KM线圈通电，电动机运转。当按下SB2时，输入继电器0.01线圈接通，使内部控制电路的常闭触点0.01断开，输出继电器线圈5.00断开，常开触点5.00断开，电动机停转。当负载（电动机）电流较小时，可将PLC输出点直接与负载相连。

分析此例可以看出，继电接触器控制是将各自独立的器件及触点以固定接线方式来实现控制要求的；PLC是将控制要求以程序形式（软件编程）存储在其内部，这些程序就相当于继电接触器控制的各种线圈、触点和接线，当需要改变控制要求时，只需修改程序，而不用改变接线，因此增加了控制的灵活性和通用性。