今天這篇文章，我們聊點關于PLC的基礎性的東西。基礎性的東西，其實也是很重要的東西。對于那些剛?cè)腴T的或者想入門的朋友，這篇文章能讓你對PLC有個概括性的了解；對于那些已經(jīng)入門的朋友，這篇文章能幫你重溫PLC的工作原理，結(jié)合你已經(jīng)有的經(jīng)驗，溫故知新。

我們之前的文章經(jīng)常提到“PLC”這個詞，那么“PLC”代表什么意思呢？PLC是英文"Programmable Logic Controller"的縮寫,中文名稱“ 可編程邏輯控制器”。在PLC還沒有問世的年代，工業(yè)自動化的控制要使用大量的中間繼電器，時間繼電器，計數(shù)器等元器件。數(shù)量龐大元器件的使用導致電控柜很臃腫，接線繁瑣、復雜、易出錯。

1968年1月1日，一個叫迪克.莫利的人，在新年的第一天，起草了一個備忘錄，導致了后來PLC的發(fā)明。這個備忘錄是這樣寫的：“這個東東（當時還沒有起名）應有如下特性：沒有過程中斷；直接映像進入存儲器；沒有軟件處理重復的事務；運行速度慢（莫利隨后認識到該特性是一個錯誤）；堅固地設計以便能真正地工作；有自己的編程語言（幾個月之后出現(xiàn)了梯形圖邏輯）”。

迪克.莫利拿這個備忘錄給貝德福德的團隊看，包括麥克.格林伯格，喬納斯.蘭道和湯姆. 布瓦塞萬。他們一起繼續(xù)設計這個裝置，并給它起了個代號：084。“084”的目標是模塊化、堅固可靠、可連續(xù)工作的裝置。迪克.莫利團隊完成了設計并建造了084，它是今天“可編程邏輯控制器”的前身，下圖是世界上第一臺PLC及它的設計團隊的合影：

PLC的問世改變了工業(yè)自動化的面貌，它以軟件編程的方式代替了繼電器控制系統(tǒng)中的大量的元器件，設計人員只需要考慮系統(tǒng)的輸入和輸出，中間的邏輯運算由軟件來實現(xiàn)，這使得控制柜的設計、安裝、接線簡單了很多，推動了工業(yè)自動化的進步。

當今的PLC的功能已經(jīng)不僅僅限于邏輯運算，還包括模擬量采集、運動控制、通信及自我診斷等功能；PLC具有很高的可靠性，能夠在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境下正常工作，從而減少了停機時間，降低了維修人員的工作量，提高了生產(chǎn)效率；

PLC的種種優(yōu)點，使其成為現(xiàn)代工業(yè)控制不可或缺的角色，世界各國的工業(yè)自動化廠商紛紛推出自己的PLC產(chǎn)品，以期能在這個領域占有自己的一席之地。

目前世界上主要的PLC廠商包括：德國的西門子公司（Siemens）；美國的羅克韋爾公司（RockWell）；法國的施耐德公司（Schneider）；日本的三菱公司（Mitsubishi）和歐姆龍公司（Omron）等；我們國家也有生產(chǎn)PLC的廠商，但影響力都不大，諸君多努力吧。

各大公司的PLC在工作原理上 都基本相同的，這里我們以西門子SIMATIC PLC產(chǎn)品的工作原理為例，講解PLC的工作過程（工作原理）：

PLC的CPU內(nèi)部包括兩類程序：操作系統(tǒng)和用戶程序。操作系統(tǒng)由PLC廠家編寫并固化在CPU芯片的內(nèi)部，用戶不可以修改，但可以通過固件升級的方式進行更新。操作系統(tǒng)管理PLC的存儲資源、調(diào)用用戶程序、刷新輸入/輸出存儲區(qū)、檢測中斷及調(diào)用中斷處理函數(shù)、檢測錯誤及進行處理、對PLC進行熱啟動等等；用戶程序完成項目的實際需求，由編程人員編寫并下載到CPU中執(zhí)行；用戶程序的各種功能的實現(xiàn)都需要操作系統(tǒng)的支持。

CPU有兩種工作模式：運行（RUN）模式和停止（STOP）模式。

處于停止（STOP）模式的CPU不執(zhí)行用戶程序，不刷新輸入/輸出過程映像區(qū)，但會處理通信請求、執(zhí)行診斷功能，可以下載程序?；诎踩目紤]，對于輸出模塊的輸出值，有兩種選擇：保持上一次的值（Keep last value）或者使用替代值（Substitute a value），兩種方案可以通過硬件組態(tài)修改，如下圖：

一般情況下，我們希望CPU停機后，輸出模塊的值為0。這時，你可以在“CPU停機響應（Reaction to CPU STOP）”中選擇“使用替代值（Substitute a value）”，同時不要勾選“使用替代值1（Apply substiute value 1）”；如果你確實需要當CPU停機時，激活某個輸出通道，則勾選“使用替代值1（Apply substiute value 1）"，如下圖：

處于運行（RUN）模式的CPU以循環(huán)掃描的方式進行工作，依次分為如下幾個步驟：

1）將輸出過程映像區(qū)的值寫入到外設的物理地址中；

2）將外設的輸入值讀取到輸入過程映像區(qū)中；

3）調(diào)用主程序組織塊（OB1）；

4）處理通信請求、進行自我診斷；

5）任何時候如果發(fā)生中斷事件，則進行中斷處理；

PLC每執(zhí)行一循環(huán)掃描所用的時間稱為掃描周期，每一個掃描周期內(nèi)，外設的值（輸入/輸出）只更新一次，從而保證了PLC在執(zhí)行程序時，不受外界信號變化的影響。

小結(jié)：這篇文章我們介紹了PLC的誕生和PLC的內(nèi)部程序（操作系統(tǒng)和用戶程序），講解了兩種工作模式（運行和停止）以及在這兩種模式下PLC是怎樣工作的。

關于CPU的擴展閱讀可以看看這篇文章：S7-1200硬件篇之重新認識CPU