输入电路用来对输入信号进行隔离和电平转换；输出电路用来对PLC的输出结果进行放大和电平转换，驱动现场设备

5)电源

包括系统电源，备用电源和掉电保护电源 4.3.4 PLC的工作原理

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段:

1)输入采样。即检查各输入的开关状态，将这些状态数据存储起来为下一阶段使用；

2)执行程序。然后PLC按用户程序中的指令逐条执行，但是把执行结果暂时存储起来；

3)输出刷新。按第1阶段的输入状态在第2阶段执行程序中确定的结果，在本阶段中对输出予以刷新。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。PLC对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出分别在1个扫描周期的不同时间进行的方式有助于排除系统中受到的干扰。 4.3.5 可编程控制器（PLC）的特点

PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。

1)可靠性高,对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。 (1) PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。

(2) PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTBF，降低了MTTR使可靠性提高。

(3) PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的失误。可靠性高。

(4) PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置。

35

(5) 在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。

(6) PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波；软件自诊断；简化编程语言等。

2)易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面：

(1) 操作方便。对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。

(2) 编程方便。PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。

(3) 维修方便。PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。

3)灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面：

(1) 编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。

(2) 扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。

(3) 操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。 4.3.6 可编程控制器（PLC）的主要功能和应用

1)开关逻辑和顺序控制 这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或复杂的控制要求。

2)模拟控制 在工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些多属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品多具备处理这类模拟量的功能。特别是在系统中

36

的模拟控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC具有其它控制装置所无法比拟的优势。

3)定时控制 PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时和计数器。其定时时间间隔可以由用户加以设定。对与计数器，如果需要对于频率较高的信号进行计数，可以选择高速计数器。

4)数据处理 新型PLC多具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印功能，有些PLC还可以进行浮点运算、函数运算。

5)信号连锁系统 信号连锁是安全生产所需要的。在信号连锁系统中，采用高可靠性的PLC是安全生产的要求。对安全要求高的系统还可以采用多重的检出元件和连锁系统，而对其中的逻辑运算等，可采用冗余的PLC实现。

6)通信 把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因而PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器。 4.3.7 PLC与其他工业控制的比较

系统硬件设计几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前依然在工业领域中大量的应用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，与PLC相比较存在着质的差别，表1给出了PLC与继电器控制系统的功能和特点比较。

1)与继电器顺序逻辑控制系统的比较

继电器顺序逻辑控制系统有大量的活动触点和元器件，只要其中任一部件或触点故障， 将造成系统的故障。另外，它的体积和重量较大， 维修的工作量也较大。与此比较，由可编程序控制器组成的控制系统，采用软接线的方式实现程序所需的功能， 通过在线或离线的编程，方便地实施所需的控制要求。由于采用可靠性的设计，其故障率和维修时间都大大降低。

系统硬件设计几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前依然在工业领域中大量的应用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，与PLC相比较存在着质的差别，表1给出了PLC与继电器控制系统的功能和特点比较。[1]

37

表1 PLC与继电器控制功能的比较

比较项目 控制功能的实现 对生产工艺变化的适应性 可靠性 柔韧性和灵活性 控制的适时性 占用空间和安装 使用寿命 复杂控制能力 价格 维护

继电器控制 通过对继电器硬件接线完成相应的控制功能 PLC 对进行编程实现所需控制要求 只需对程序进行修改，适应性需要进行重新设计和接线，适应性差 强 元件多、触点多，容易出现故障 采用大规模的集成电路，绝大部分是软继电器，可靠性高 具有种类齐全的扩展单元，扩展灵活 微处理器控制，适时性非常好 体积少，重量轻，安装工作量小 差 机械动作时间常数大，适时性差 控制柜体积大、笨重，安装施工工作量大 易损，寿命短 极差 较低 复杂、工作量大 寿命长 很强 较高 工作量小 2)与计算机控制系统的比较

计算机控制系统是指用单片处理器或工控机组成的计算机控制系统。在可编程序控制器发展的阶段中， 单片处理器组成的计算机控制系统对顺序逻辑控制系统的发展发挥了较大的作用。但可编程序控制器对此进行了改造。它变通用为专用， 降低了成本， 缩小了体积。采用扫描方式工作，有利于顺序逻辑控制的实施。功能分散、危险分散，并适应恶劣工业应用环境。通用计算机具有十分强大的计算和数据

38