1.4　PLC的工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式工作的。在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描。如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条按顺序执行用户程序，直至程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

图1-6　PLC的工作原理图

如图1-6所示，PLC扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段：

（1）输入采样阶段：首先PLC以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各自对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

（2）程序执行阶段：PLC按用户程序指令存放的先后顺序扫描、执行每条指令，执行的结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

（3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外部设备。这才是PLC的真正输出。

图1-7　PLC梯形图

这两段程序执行的结果完全一样，但在PLC中执行的过程不一样。程序1只用一次扫描周期，就可完成对M4的刷新；程序2则需要用四次扫描周期，才能完成对M4的刷新。

这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的过程不同，执行的结果却相同。采用扫描用户程序的运行结果与用继电器控制装置的硬逻辑并行的运行结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。

以上是一般的PLC工作原理，但在现代出现的比较先进的PLC中，输入映像刷新循环、程序执行循环和输出映像刷新循环已经各自独立地工作，提高了PLC的执行效率。在实际的工控应用中，编程人员应当知道以上的工作原理，才能编写出质量好、效率高的工艺程序。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通信等，即一个扫描周期等于自诊断、通信、输入采样、程序执行、输出刷新等所有时间的总和。