2.2 PLC的工作原理

2.2.1 PLC的整机控制

PLC是一种以微处理器为核心的可编程序控制装置，由电源电路提供所需的工作电压。图2-40为PLC的整机控制及供电过程。

2.2.2 PLC的工作过程

PLC的工作过程主要可以分为用户程序的输入、用户程序的编译处理、用户程序的执行过程。

1 用户程序的输入

用户程序是由工程技术人员通过编程设备（编程器）输入的，如图2-41所示。

2 用户程序的编译处理

如图2-42所示，将程序写入PLC后，CPU会向存储器发出控制指令，从系统程序存储器中调用解释程序，进一步编译用户程序，使其成为PLC认可的编译程序。

3 用户程序的执行过程

用户程序的执行过程为PLC整机工作的核心内容，如图2-43所示。

为了更清晰地了解PLC的执行过程，将这一过程等效为三个功能电路，即输入电路、运算控制电路、输出电路，如图2-44所示。

① 输入电路

输入电路根据输入端电源的类型不同主要有直流输入电路和交流输入电路。图2-45为典型PLC中的直流输入电路。

图2-45电路分析

① 按下外接开关部件（按钮SB1）。

② 光电耦合器导通

③ 发光二极管LED点亮，指示开关部件SB1处于闭合状态。

④ 光电耦合器输出端输出高电平，送至内部电路。

⑤ CPU识别该信号后，将用户程序中对应的输入继电器触点置1。相反，当按钮SB1断开时，光电耦合器不导通，发光二极管不亮，CPU识别该信号时，将用户程序中对应的输入继电器触点置0。

典型PLC中的直流输入电路主要由电阻器R1、R2，电容器C，光电耦合器IC，发光二极管LED等构成。其中，R1为限流电阻；R2与C构成滤波电路，用于滤除输入信号中的高频干扰；光电耦合器起到光电隔离的作用，防止强电干扰进入PLC；发光二极管LED用于显示输入点的状态。

多说两句！

图2-46为典型PLC中的交流输入电路。PLC的交流输入电路与直流输入电路基本相同，外接交流电源根据不同CPU的类型有所不同（可参阅相应的使用手册）。

多说两句！

在图2-46中，电容器C2用于隔离交流强电中的直流分量，防止强电干扰损坏PLC。光电耦合器有两个方向相反的发光二极管，任意一个发光二极管导通都可以使光电耦合器中的光敏晶体管导通并输出相应的信号。状态指示灯LED也采用两个反向并联的发光二极管，光电耦合器中任意一个发光二极管导通都能使状态指示灯LED点亮（直流输入电路也可以采用此结构，外接直流电源时可不用考虑极性）。

② 输出电路

根据所用开关部件的不同，输出电路主要有3种，即晶体管输出电路、晶闸管输出电路和继电器输出电路。

图2-47为典型PLC晶体管输出电路的工作过程。

图2-47电路分析

① 内部电路接收到开关量信号后，使对应于晶体管VT内部继电器的触点置1，相应的输出继电器得电。

② 对应输出电路的光电耦合器IC导通。

③ 晶体管VT导通。

④ PLC外部设备或功能部件得电。

⑤ 状态指示灯LED点亮，表示当前该输出继电器状态为1。

多说两句！

输出电路即开关量的输出单元，由PLC输出接口电路、连接端子和外部设备及功能部件构成，CPU完成的运算结果由PLC提供给被控负载，完成PLC主机与工业设备或生产机械之间的信息交换。

图2-48为典型PLC晶闸管输出电路的工作过程。

图2-48电路分析

① 内部电路接收到输入电路的开关量信号后，使对应于双向晶闸管VS内部继电器的触点置1，相应的输出继电器得电。

② 对应输出电路的光电耦合器IC导通。

③ 双向晶闸管VS导通。

④ 外部设备或功能部件得电。

⑤ 状态指示灯LED点亮，表示当前该输出继电器状态为1。

图2-49为典型PLC继电器输出电路的工作过程。

图2-49电路分析

① 内部电路接收到输入电路的开关量信号后，使内部继电器置1，相应的输出继电器得电。

② 继电器K线圈得电，其常开触点闭合。

③ 外部设备及功能部件得电。

④ 状态指示灯LED点亮，表示当前该输出继电器状态为1。