内部继电器：与外界没有直接联系，仅作运算的中间结果使用。有时也称为辅助继电器或中间继电器。和输出继电器一样，只能由程序驱动。每个辅助继电器有无限多对常开、常闭触点，供编程使用。

（2）定时器逻辑

PLC一般采用硬件定时中断或软件计时的方法来实现定时逻辑功能。

（3）计数器逻辑

PLC为用户提供了若干计数器，它们是由软件来实现的，可采用递减、递增或双向计数。2.PLC的工作原理

众所周知，继电器控制系统是根据各种输入条件去执行逻辑控制电路，这些逻辑控制电路是根据控制对象的需要以某种固定的电路连接好的，所以不能灵活变更。

和继电器控制系统类似，PLC也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。

各部分的主要作用如下：

输入部分：收集并保存被控对象实际运行的数据的信息（被控对象上的各种开关量信息或操作命令等）。

逻辑部分：处理来自输入部分的信息，并按照被控对象的实际动作要求做出正确的反应。

输出部分：提供正在被控制的装置中，哪几个设备需要实施操作处理的信息。

用户程序通过编程器或其他输入设备输入并存放在PLC的用户存储器中。当PLC开始运行时，CPU根据系统监控程序的规定顺序，通过扫描，完成各输入点的状态采集或输入数据采集、用户程序的执行、各输出点状态更新、编程器键入响应和显示更新及CPU自检等功能。

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PLC扫描既可按固定的程序进行，也可按用户程序规定的可变顺序进行。

PLC采用集中采样、集中输出的工作方式，减少了外界的干扰。

由以上分析，可以把PLC的工作过程主要分为5个阶段，即初始化处理、输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段和END处理，

（1）初始化处理

上电运行或复位时处理一次，并完成如下任务。

1）复位输入输出模块；

2）进行自诊断；

3）清除数据区；

4）输入输出模块的地址分配以及种类登记

（2）输入采样阶段

PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入存入内存中各对应的输入映像寄存器。此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执阶段，在程序执行阶段或输出阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论信号如何变化，其内容保持不变直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容

（3）程序执行阶段

根据PLC的程序扫描原则，PLC先左后右，先上后下的步序语句逐句扫描。当指令涉及输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器中“读入”对应输入映像寄存器的当前状态，然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中，对元件映像寄存器来说，每一个元件会随着程序执行过程而变化。

（4）输出刷新阶段

在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有输出继电器的状态在输出刷新阶段转存到输出锁存寄存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。采用集中采样，集中输出工作方式的特点是：在采样周期中，将所有输入信号（不管该信号当时是否采用），一起读入，此后在整个程序处理过程中PLC系统与外界隔绝，直到输出控制信号到下一个工作周期再与外界交涉，从根本上提高了系统的抗干扰，提高了工作的可靠性。

（5）END处理

CPU模块完成一次扫描后，为进入下一循环，进行如下处理。

1）自诊断；

2）计数器、定时器更新；

3）同上位机、通信模块的通信处理；

4）检查模式设定键状态。

其中，PLC在输入输出的处理方面必须遵守以下原则：

1）输入映像寄存器的数据，取决于输入端子板上各输入端子在上一个周期间的接通、断开状态。

2）程序如何执行取决于用户所编程序和输入输出映像寄存器的内容。

3）输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。

4）输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中数据决定。

5）输出端子的接通断开状态，由输出锁存器决定。1.1.4 PLC的特点1.可靠性高，抗干扰能力强

工业生产一般对控制设备要求很高，应具有很强的抗干扰能力和高的可靠性，能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间长，故障修复时间短。这是PLC控制优于微机控制的一大特点。例如日本的三菱公司FX系列PLC平均故障间隔时间长达30万小时；美国通用电气公司制成的PLC控制模块平均无故障率可达1千万小时之多，组成系统后的平均无故障率可达4～5千万小时。

PLC与继电器控制的主要区别有以下几点：1.组成器件不同

继电器控制电路是由许多真正的硬件继电器组成的。而PLC是由许多“软继电器”组成的，这些“继电器”实际上是存储器中的触发器，可以置“0”或置“1”。2.触点的数量不同

硬继电器的触点数有限，一般只有4～8对；而“软继电器”可供编程的触点数有无限对，因为触发器状态可取用任意次。3.控制方法不同

继电器控制是通过元件之间的硬接线来实现的，因此其控制功能就固定在电路中了，因此功能专一，不灵活；而PLC控制是通过软件编程来解决的，只要程序改变，功能可跟着改变，控制很灵活。又因PLC是通过循环扫描工作的，不存在继电器控制电路中的联锁与互锁电路，控制设计大大简化了。4.工作方式不同

在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中各继电器都处于受制约状态，该合的合，该断的断。而在PLC的梯形图中，各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中，从客观上看，每个“软继电器”受条件制约，接通时间是短暂的。也就是说继电器在控制的工作方式是并行的，而PLC的工作方式是串行的。

1.2 大中型PLC的模块化结构1.2.1 PLC的分类

PLC种类很多，可从不同的角度进行分类。1.按控制规模分

控制规模主要指控制开关量的输入和输出点数及控制模拟量的模拟量输入和输出，或两者兼而有之（闭路系统）的路数。但主要以开关量计。模拟量的路数可折算成开关量的点，大致一路相当于8～16点。依这个点数，PLC大致可分为微型机、小型机、中型机、大型机和超大型机。

微型机控制点仅十几点，如西门子LOGO系列PLC，

小型机控制点可达100多点，如西门子S7-200和S7-1200型PLC，

中型机控制点数可达500点，甚至于千点。如西门子S7-300型PLC，

大型机的控制点数一般在1000点以上，如西门子S7-400型PLC，

超大型机的控制点数可达万点，以至于几万点。

以上这种划分只是大致的，目的是便于系统的配置及使用。一般讲，根据实际的I/O点数，选用相应的机型，其性能价格比必然要高；相反，肯定要低些。2.按结构划分

PLC可分为无背板及有背板两大类。微型机、小型机多为无背板的，如西门子S7-200和S7-1200系列。无背板的PLC把电源、CPU、内存、I/O系统都集成在一个小模块内，一个主机模块就是一台完整的PLC，就可用以实现控制。控制点数不符需要，可再接扩展模块，由主模块及若干扩展模块组成较大的系统，以实现对较多点数的控制。

背板式PLC是按功能分成若干独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等，并直接安装在背板上，通过背板进行数据联系。该类型PLC的模块功能更单一、品种更多，可便于系统配置，使PLC更能物尽其用，达到更高的使用效益。如西门子S7-300/400等中、大型机就是这种结构。

这里所阐述的底板、机架模块，是指它为PLC各模块的安装提供基板，并为模块间的联系提供总线。若干底板间的联系有的用接口模块，有的用总线接口。不同厂家或同一厂家但不同类型的PLC都不大相同，

一个实际的PLC系统，确定所有的模块后，要选择合适的电源模块，所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种功能模块等总消耗功率之和，并且要留有30%左右的裕量。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到远一个扩展单元的电路压降必须小于0.25V。

一个常规的大中型PLC系统往往只有一个独立的处理器和机架内的I/O模块组成，但是一个复杂的大中型PLC系统则可以在一个背板中同时使用多个处理器模块，多个处理器可以通过网络进行通信，多个平台上的I/O可以分布在不同的位置，它们之间则通过多条I/O链路连接起来。

与小型PLC（如西门子S7-200）不同，大中型PLC大的特点就是采用模块化控制系统，来满足中等或高性能要求的应用。在大中型PLC系统中，各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展，由于点数基本上不受太多的限制，其灵活性就非常高。

PLC控制系统的故障通常有两种：一种是偶发性故障，即由于恶劣环境（电磁干扰、超高温、过电压、欠电压）引起的，这类故障只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统本应随之恢复正常，但因PLC受外界影响后，内部存储的信息被破坏，必须从初始状态重新启动。另一类是性故障，是由于元件不可恢复的损坏引起的。2.编程简单，使用方便

这是PLC优于PC的另一个特点。目前，大多数PLC采用继电控制形式的“梯形图编程方式”，即有传统控制电路的清晰直观，又适合电气技术人员的读图习惯和微机应用水平，易于接受，与常用的汇编语言相比，更受欢迎。

为了进一步简化编程，当今的PLC还针对具体问题设计了诸如步进梯形指令、功能指令等。PLC是为车间操作人员而设计的，一般只要很短时间的训练即能学会使用。而微电脑控制系统则要求具有一定知识的人员操作。当然，PLC的功能开发，需要有软件专家的帮助。3.控制程序可变，具有很好的柔性

在生产工艺流程改变或生产线设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只要改变程序就可以满足要求。所以PLC取代继电器控制，而且具有继电器所不具备的无可比拟的优点。因此PLC除应用于单机控制外，在柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell，FMC）、柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS），以至工厂自动化（Factory Automation，FA）中也被大量采用。4.功能完善