PLC基本控制原理解析

PLC是微机技术和控制技术相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用于控制的特殊计算机，因此PLC的基本组成与一般的微机系统类似。

PLC控制系统的输入、输出部分和继电器—控制器系统的输入、输出部分基本相同，但PLC控制部分是采用可编程的PLC，而不是实际的继电器电路。继电器—控制器系统是根据操作指令及被控对象发出的信号，由控制电路按规定的动作要求决定执行什么动作或动作的顺序，然后驱动输出设备去实现各种操作。由于控制电路是采用硬接线将各种继电器及按钮、开关等按一定的要求连接而成，所以接线复杂且故障点多，同时不易灵活改变。

由PLC构成的控制系统如图2-1所示。PLC控制系统可以方便地通过改变用户程序，以实现各种控制功能，从根本上解决了继电器—控制器系统的控制电路难以改变的问题。同时，PLC控制系统不仅能实现逻辑运算，还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能。

图2-1 PLC控制系统的组成

输入部分：收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。

逻辑控制部分：处理输入部分取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求做出反映。

输出部分：提供正在被控制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。

PLC将输入信息采入PLC内部，通过执行用户程序来实现输入信号和输出信号之间的逻辑关系，再执行逻辑部件组合后所达到的逻辑功能，并将程序的执行结果通过输出端输出来实现对设备的控制。PLC用于简易指示灯控制的电路图如图2-2所示。

从上述可知，PLC的用户程序（软件）代替了继电器控制电路（硬件）。因此，对于使用者来说，可以将PLC等效成是许许多多各种各样的软继电器和软接线的集合，而用户程序就是用软接线将软继电器及其触点按一定要求连接起来的控制电路。

图2-2 PLC用于指示灯控制电路

为了更好地理解这种等效关系，下面通过一个继电器—接触器控制例子来说明。图2-3所示为三相异步电动机单向起动运行的继电器—接触器控制系统。其中，由输入设备SB1、SB2、FR的触点构成系统的输入部分，由输出设备KM构成系统的输出部分。

如果用PLC来控制这台三相异步电动机，组成一个PLC控制系统，根据上述分析可知，系统主电路不变，只要将输入设备SB1、SB2、FR的触点与PLC的输入端连接，输出设备KM线圈与PLC的输出端连接，就构成PLC控制系统的输入、输出硬件电路。而控制部分的功能则由PLC的用户程序来实现，其等效电路如图2-4所示。

图2-4中，输入设备SB1、SB2、FR与PLC内部的软继电器X0、X1、X2的线圈对应，由输入设备控制相对应的软继电器的状态，即通过这些软继电器将外部输入设备状态变成PLC内部的状态，这类软继电器称为输入继电器；同理，输出设备KM与PLC内部的软继电器Y0对应，由软继电器Y0状态控制对应的输出设备KM的状态，即通过这些软继电器将PLC内部状态输出，以控制外部输出设备，这类软继电器称为输出继电器。

图2-3 三相异步电动机单向起动运行继电器—接触器控制系统

a）主电路 b）控制电路

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图2-4 PLC的等效电路

因此，PLC用户程序要实现的是：如何用输入继电器X0、X1、X2来控制输出继电器Y0。当控制要求复杂时，程序中还要采用PLC内部的其他类型的软继电器，如辅助继电器、定时器、计数器等，以达到控制要求。

要注意的是，PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实质上是存储器单元的状态。单元状态为1，相当于继电器接通；单元状态为0，则相当于继电器断开。因此，我们称这些继电器为软继电器。

PLC控制系统的特点：

（1）从控制方法上

继电器控制系统采用机械触点的串、并联的硬接线来实现对设备的控制，同时继电器的触点数量有限，使系统构成后灵活性和扩展性受到很大限制。

PLC采用程序（软）的方式来实现对设备的控制，系统连线少，要改变控制逻辑只需改变程序。同时PLC中的各种软继电器实际上是存储器中的触发器，当软继电器通时相当于该触发器为1，反之为0，而触发器的状态可取用任意次，因此每个软继电器的触点数量是无限的。

（2）从工作方式上

继电器控制系统为并行工作方式，即该吸合的继电器都同时吸合。

PLC控制系统为串行工作方式，其程序按一定顺序循环执行，各软继电器处于周期性循环扫描接通状态，其动作顺序取决于程序的扫描顺序。

（3）从控制速度上

继电器控制系统依靠机械触点来实现控制，动作慢，存在抖动现象。

PLC控制系统采用程序方式来实现控制，指令的执行时间在微秒级。

（4）从定时和计数方式上

继电器控制系统的时间继电器的延时精度易受环境温度和湿度的影响，精度不高。无计数功能。

PLC控制系统的时钟脉冲由晶振产生，精度高，范围宽。用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能。

（5）从可靠性和可维护性上

继电器控制系统采用机械触点，寿命短，连线多，可靠性和可维护性差。PLC控制系统采用微电子技术，体积小，可靠性高，同时PLC还有自诊断功能，为调试和维护提供了方便，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。