PLC工作原理课堂教学方法的探讨

侯凤云

摘 要 PLC工作原理是该课程中的重点也是难点，能够深入理解PLC的工作原理是学会PLC编程和应用的基础。本文介绍了PLC工作原理的教学方法，结合几年来这门课程的一些教学经验，叙述了PLC工作原理的教学过程。由参观实验入手，先对PLC有个初步认识，接着从PLC系统结构对其工作过程有一个概括的了解，然后深入分析PLC工作全過程的每个环节，找出PLC工作过程的中心内容，即PLC工作原理。

关键词 PLC 课堂教学 教学方法

中图分类号：G642.3 文献标识码：A

0引言

可编程控制器（PLC），由最初功能简单的Programmable Logic Controller发展到功能强大的Programmable Controller，由专门的工业控制推广到各种自动控制领域。PLC是一门实用技术课程，对于计算机专业，这门课程要求学生熟悉PLC的基本知识，深入理解PLC的工作原理，掌握PLC的程序设计方法。能否更好地理解PLC的工作原理是学会PLC编程和应用的基础和关键，下面给出讲述PLC工作原理的一些教学经验。

1通过参观实验初识PLC

讲述PLC工作原理之前，先带学生进行参观实验。院系现有自动化立体仓库综合实验室，通过现场介绍和演示，让学生了解立体仓库系统的组成，有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送装置是如何驱动的，PLC在控制系统中的作用。初步认识PLC的外观和组成、PLC工作时的状态以及PLC的编程软件。

2由PLC系统组成进一步认识PLC

PLC控制系统的核心是PLC，PLC主机和其它微型计算机一样，采用典型的计算机结构，主要由CPU、电源、存储器和输入输出组成，外部输入电路是PLC的输入信号，外部输出电路由PLC的运行结果来驱动，编程设备完成程序输入、修改和系统调试等工作。如图1所示。

PLC的输入接口单元接收来自外部电路的各种输入信号，如按钮、行程开关等。当外部电路导通或断开时，PLC的内部接口电路将输入信号的状态存入相应的寄存器中。PLC接到输入信号后，执行用户程序，产生运行结果。PLC的输出接口单元，根据程序运行结果，使对应输出端子的触点闭合或断开，从而输出触点就能够控制外部电路的通断。

3 PLC系统与继电器控制系统的比较

PLC控制系统是由继电器控制系统发展而来，PLC程序取代的是继电器控制系统中复杂的控制电路部分，其实PLC程序相当于继电器电路图，它和硬件电路的读图习惯相似，但两者存在本质的区别。如图2所示。

图2（a）、图2（b）分别为继电器控制系统和PLC控制系统，PLC程序中的元器件对应着继电器控制系统中的硬件器件，程序中的元器件为软元件，它们“看不见、摸不着”，但有着硬件器件的功能，还具备优于硬件器件的特性。图2（a）的三条支路是并行工作，当按下SF1，中间继电器KF1线圈得电，KF1的辅助触点闭合，接触器QA1、QA2同时得电，因此继电器控制系统属于并行工作方式。图2（b）是基于计算机的工作原理，通过执行用户程序实现控制要求。由于CPU以分时操作方式处理各项任务，执行程序时从左到右、逐行扫描依次完成各器件的动作，因此PLC控制系统属于串行工作方式。

4 PLC的工作过程

PLC工作过程用如图3所示的运行框图来表示。整个过程分为三部分。第一部分是上电处理，PLC通电后对PLC系统进行一次初始化工作。第二部分是扫描过程，完成输入处理，其次是与外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新，然后当CPU处于STOP方式时，转入执行自诊断检查，当CPU处于RUN方式时，完成用户程序的执行和输出处理，再执行自诊断检查。第三部分是出错处理，PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，若检查出异常，面板上LED提示并存放出错代码，若出现致命错误，所有扫描被强制停止。

分析PLC工作的全过程，上电处理部分只进行一次，不参与循环扫描，而循环扫描过程中的每个环节并不是每一次都执行，例如PLC正常工作时不用执行错误处理，系统也可以没有通信功能，那么我们暂不考虑远程I/O、特殊模块、自诊断等枝叶环节，循环扫描过程就剩下输入采样、程序执行和输出处理三个阶段，这三个阶段是PLC工作过程的中心内容，也就是PLC工作原理的实质。

PLC在输入采样阶段，先扫描所有输入端子，将各输入电路的通断状态存入相对应的输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新。然后系统进入程序执行阶段，这个阶段系统不再接收输入信号，输入映像寄存器的内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段。

系统进入程序执行阶段后，PLC从输入映像寄存器中读入对应输入端的状态，程序的中间结果存入相应的元件映像寄存器，每一个软元件的状态随着程序执行而刷新，程序的输出结果存入输出映像寄存器。

程序执行阶段结束后，各输出映像寄存器中的状态在输出处理阶段一起存到输出锁存器中，集中输出，使得对应的各输出端子的触点闭合或断开，进而驱动外部负载。输出锁存器的状态一直保持到下一个输出处理阶段。

5小结

理解PLC工作原理，首先从PLC系统结构入手，了解外部输入信号是如何通过PLC的输入接口单元接收的，输入信号的状态存入输入映像寄存器中。PLC执行程序时，读取输入映像寄存器的状态，程序的执行结果存入输出映像寄存器，输出映像寄存器对应的输出端子闭合或断开，进而驱动外部负载。

随着对PLC系统结构的了解，进一步分析PLC工作的全过程，弄清楚上电处理、扫描过程和出错处理三个部分所做的工作，然后撇开循环扫描过程中的枝叶环节，找出PLC工作过程的中心内容，即输入采样、程序执行和输出处理三个阶段，即是PLC的工作原理。对应PLC系统结构，深入理解PLC工作过程的三个阶段所完成的工作和处理原则，为学习并使用PLC打好基础。

参考文献

[1] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2016.

[2] 廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2014.endprint