1.1.3 PLC的软件组成
1.PLC软件的逻辑部件
由图1-2可见，PLC实质上是一种工业控制用的专用计算机。PLC系统也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。其软件主要有以下几个逻辑部件：
（1）继电器逻辑
为适应电气控制的需要，PLC为用户提供继电器逻辑，用逻辑与或非等逻辑运算来处理各种继电器的连接。PLC内部有储单元有“1”和“0”两种状态，对应于“0N”和“0FF”两种状态。因此，PLC中所说的继电器是一种逻辑概念的，而不是真正的继电器，有时称为“软继电器”。这些“软继电器”与通常的继电器相比有以下特点：
1）体积小、功耗低；
2）无触点、速度快、寿命长；
3）有无数个触点，使用中不必考虑接点的容量。
PLC一般为用户提供以下几种继电器：
1）输入继电器：把现场信号输入PLC，同时提供无限多个常开、常闭触点供用户编程使用。在程序中只有触点没有线圈，信号由外部信号驱动。编号可采用八进制、十进制或十六进制。
2）输出继电器：具备一对物理接点，可以串接在负载回路中，对应物理元件有继电器、晶闸管和晶体管。外部信号不能直接驱动，只能在程序中用指令驱动。编号与输入继电器相同。
3）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。如图1-5所示。
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）。
图1-5 PLC的组成
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。
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，如图1-6所示。
（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。
图1-6 PLC的工作过程
（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。