电气控制与可编程控制器技.ppt
第二篇第二篇 可编程控制器技术可编程控制器技术第五章第五章 可编程控制器概述可编程控制器概述 第一节第一节 可编程控制器的基本概念可编程控制器的基本概念可编程控制器（ProgrammableController）简称PC,而个人计算机（PersonalComputer）也称PC，为了避免混淆，人们将最初用于逻辑控制的可编程控制器叫做ProgrammablelogicController（简称为PLC）。本书也用PLC作为可编程控制器的简称。可编程控制器的问世只有30多年的历史，但发展极为迅速。为了确定它的性质，国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）在1987年颁布的PLC标准草案中对PLC作了如下定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。定义中有以下几点应值得注意的是：定义中有以下几点应值得注意的是：（1）可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，其中带有“可以编制程序的存储器”，能够进行“逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算”工作，可以认为可编程控制器具有计算机的基本特征。事实上，可编程控制器无论从内部构造、功能及工作原理上看都是不折不扣的计算机。（2）可编程控制器是”为工业环境下应用”而设计的计算机。工业环境和一般办公环境有较大的区别，PLC具有特殊的构造，使它能在高粉尘、高噪音、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。为了能控制”机械或生产过程”，它又要能”易于与工业控制系统形成一个整体“这些都是个人计算机不可能做到的。可编程控制器不是普通的计算机，它是一种工业现场使用的计算机。（3）可编程控制器能控制”各种类型“的工业设备及生产过程。它易于扩展其功能，它的程序能根据控制对象的不同要求，让使用者”可以编制程序“。也就是说，可编程控制器较其以前的工业控制计算机，如单片机工业控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各种场合，它是一种通用的工业控制计算机。通过以上定义可知，相对一般意义上的计算机，可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。它实质上是经过一次开发的工业控制用计算机。但是，从另一个方面来说，它是一种通用机，不经过二次开发，它就不能在任何具体的工业设备上使用。不过，自其诞生以来，电气工程技术人员感受最深刻的也正是可编程控制器二次开发编程十分容易。再加上体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善、适应性强、安装接线简单等众多优点，PLC在短短的30多年中获得了突飞猛进的发展，在工业控制中获得了非常广泛的应用。第二节第二节 可编程控制器的特点及应用可编程控制器的特点及应用一、一、PLC的特点的特点（一）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC采用大规模集成电路技术，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，用PLC构成的控制系统，电气接线及开关接点可以大大减少，故障也将随之大大降低。此外，PLC具有硬件故障的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息。在应用软件中，用户还可以编写外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样整个系统具有极高的可靠性。（二）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能模块大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、计算机数控（CNC）等各种工业控制中。加上PLC通讯能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（三）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备，编程语言易于为工程技术人员接受.像梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图非常接近，只用PLC的少量开关逻辑控制指令就可以方便地实现各种电气控制电路的功能。（四）系统设计周期短,维护方便,改造容易PLC用存储逻辑代替接线逻辑，可以大大地减少外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短。同时维护也变得容易。更重要的是同一设备经过改变程序来改变生产过程已成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（五）体积小，重量轻，能耗低超小型PLC，其底部尺寸小于100mm见方，重量小于150g，功耗仅数瓦。装入机械内部方便，是实现机电一体化的理想控制设备。二、可编程控制器的应用领域二、可编程控制器的应用领域目前，PLC已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类:（一）开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制是PLC最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。（二）模拟量控制在工业生产过程中，为了使可编程控制器能处理如温度、压力、流量、液位和速度等模拟量信号，PLC厂家都有配套的A/D,D/A转换模块用于模拟量控制。（三）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。各主要PLC厂家几乎都有运动控制功能专用模块,如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,广泛地用于各种机械,机床,机器人,电梯等场合。（四）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。如PID调节就是一般闭环控制系统中常用的调节方法。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（五）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通讯功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（六）通信及联网PLC通信包含PLC之间的通信以及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展将会加快，各PLC厂商都十分重视PLC的通讯功能，纷纷推出各自的网络系统。最新生产的PLC都具有通讯接口，实现通讯非常方便。第三节第三节 可编程控制器的发展可编程控制器的发展世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得了广泛的应用。据美国权威情报机构1982年的统计数字显示，大量应用可编程控制器的工业厂家占美国重点工业行业厂家总数的82，已位于众多的工业自控设备之首。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。许多可编程控制器的生产厂家已闻名于全世界。如美国Rockwell自动化公司所属的AB（Allen-Bradley）公司，GE-Fanuc公司，日本的三菱公司和立石公司，德国的西门子（Siemens）公司等。他们的产品已风行全世界，成为各国工业控制领域中的著名品牌。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业控制的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各种控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元，通讯单元，使应用更加容易。目前，PLC在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车和轻工业等领域的应用都有了长足的发展。我国是20世纪80年代初引进、应用、研制、生产PLC的。目前，我国已能够生产中小型PLC，如上海东屋电气有限公司的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模。此外无锡华光公司、上海香岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。预计21世纪PLC将要会有更大的发展。在技术上，计算机技术的新成果会更多地应用于PLC的设计及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能水平更高的品种出现。在产品规模上，会进一步向超小型及超大型两个方向发展。在产品的配套性能上，产品的品种会更丰富、规格更齐备。完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。从市场上看，各国生产多品种PLC产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言。这将有利于可编程技术的发展及可编程产品普及的。从网络的发展状况来看，PLC和其他工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统（DistributedControlSystem）中已有大量的PLC应用。伴随着计算机网络的发展，PLC作为自动化控制网络或国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。第四节第四节 PLC的组成及其各部分功能的组成及其各部分功能世界各国生产的可编程控制器的外观各异，但作为工业控制计算机，其硬件结构都大体相同。主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（IO接口）、电源及编程设备构成。PLC的硬件结构框图如图51所示。图5-1 单元式PLC结构框图 （一）中央处理器（CPU）中央处理器是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等任务。一般说来，可编程控制器的档次越高，CPU的位数也越多，运算速度也越快，指令功能也越强。为了提高PLC的性能，也有的一台PLC采用了多个CPU的。（二）存储器存储器是可编程控制器存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。和计算机一样，可编程控制器的存储器可分为只读存储器（ROM）和随机读写存储器（RAM）两大类，ROM是用来存放永久保存的系统程序，RAM一般用来存放用户程序及系统运行中产生的临时数据。为了能使用户程序及某些运算数据在可编程控制器脱离外界电源后也能保持，机内RAM均配备了电池或电容等掉电保持装置。可编程控制器的存储器区域按用途不同，又可分为程序区及数据区。程序区是用来存放用户程序的区域，一般有数千个字节。用来存放用户数据的区域一般较小，在数据区中，各类数据存放的位置都有严格的划分。可编程控制器的数据单元也叫做继电器，如输入继电器、时间继电器、计数器等。不同用途的继电器在存储区中占有不同的区域。每个存储单元有不同的地址编号。（三）输入输出接口输入输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。输入接口用来接受生产过程的各种参数。输出接口用来送出可编程控制器运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。生产现场对可编程控制器接口的要求是：一要有较好的抗干扰能力，二是能满足工业现场各类信号的匹配要求，因此厂家为可编程控制器设计了不同的接口单元。主要有以下几种：1、开关量输入接口其作用是把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。开关量输入接口按可接收的外信号电源的类型不同，分为直流输入单元和交流输入单元。如图52，图53，图54所示。输入接口中都有滤波电路及耦合隔离电路，具有抗干扰及产生标准信号的作用。图中输入口的电源部分都画在了输入口外（虚线框外），这是分体式输入口的画法，在一般单元式可编程控制器中输入口都使用可编程控制器本身的直流电源供电，不再需要外接电源。图5-2 直流输入电路2、开关量输出接口其作用是把PLC内部的标准信号转换成现场执行机构所需要的开关量信号。开关量输出接口内部参考电路如图55所示。各类输出接口中也都具有光电耦合电路。特别需要指出的是，输出接口本身不带电源。在考虑外驱动电源时，还需考虑输出器件的类型。继电器式的输出接口可用交直流两种电源，但通、断频率低；晶体管式的输出接口有较高的通、断频率，但只适用于直流驱动的场合；可控硅型的输出接口仅适用于交流驱动场合。图5-5 开关量输出电路3、模拟量输入接口其作用是把现场连续变化的模拟量标准电压或电流信号转换成适合可编程控制器内部处理的二进制数字信号。标准信号是指符合国际标准的通用交互用电压电流信号值，如420mA的直流电流信号，110V的直流电压信号等。工业现场中模拟量信号的变化范围一般是不标准的，在送入模拟量接口时一般都需经过变送处理才能使用，图56是模拟量输入接口的内部电路框图。模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行AD转换，再经光电耦合后为PLC提供一定位数的数字量信号。图5-6模拟量输入电路框图4、模拟量输出接口它的作用是将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需要。模拟量输出接口一般由光电隔离、DA转换和信号驱动等环节组成。其原理图见图57。模拟量输入输出接口一般安装在专门的模拟量工作单元上。图5-7模拟量输出电路框图5、智能输入输出接口为了适应较复杂的控制需要，PLC还有一些智能控制单元。如PID工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。这类单元大多是独立的工作单元。它们和普通输入输出接口的区别在于它们一般带有单独的CPU，有专门的处理能力。在具体的工作中，每个扫描周期智能单元和主机的CPU交换一次信息，共同完成控制任务。从目前的发展来看，不少新型的可编程控制器本身也带有PID功能及高速计数器接口，但它们的功能一般比专用单元的功能要弱。（四）电源可编程控制器的电源包括为可编程控制器各工作单元供电的开关电源以及为掉电保护电路供电的后备电源，后备电源一般为电池。（五）外部设备1、编程器 编程器除了编程以外，还具有一定的调试及监控功能，能实现人机对话操作。可编程控制器的编程设备一般有二类，一类是专用的编程器，有手持式的，其优点是携蒂方便，也有台式的，有的PLC机身上自带编程器。另一类是个人计算机。手持式编程器又可分为简易型及智能型两类。前者只能联机编程，后者即可联机编程又可脱机编程，它的优点是在编程及修改程序时，可以不影响PLC机内原有程序的执行。也可以在远离主机的异地编程后再到主机所在地下载程序。在个人计算机上运行PLC相关的编程软件即可完成编程任务。借助软件编程比较容易，一般是编好了以后再下载到PLC中去。图5-8 FX20P手持式编程器2、其他外部设备PLC还配有其他一些外部设备：（1）盒式磁带机，用以记录程序或信息。（2）打印机，用以打印程序或制表。（3）EPROM写入器，用以将程序写入到用户EPROM中。（4）高分辨率大屏幕彩色图形监控系统，用以显示或监视有关部分的运行状态。第第五五节节 可编程控制器的结构及软件可编程控制器的结构及软件一、可编程控制器的结构一、可编程控制器的结构（一）按硬件的结构类型分类 为了便于在工业现场安装，扩展，方便接线，其结构与普通计算机有很大区别，常见的有单元式、模块式及叠装式三种结构。1.单元式结构把CPU、RAM、ROM、IO接口及与编程器或EPROM写入器相连的接口、输入输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。称为基本单元。它的特点是结构紧凑，体积小、成本低、安装方便。缺点是输入输出点数是固定的，不一定适合具体的控制现场的需要。有时PLC基本单元的输入和输出端不能满足需要，希望一种能扩展一些I/O接口而不含CPU和电源的装置，这种装置叫做扩展单元。单元式系列PLC产品，通常都有不同点数的基本单元及扩展单元，单元的品种越多，系统配置就越灵活。有些PLC产品中还具有一些特殊功能模块，这是为某些特殊的控制目的而设计的具有专门功能的设备，如高速计数模块、位置控制模块、温度控制模块等等，通常都是智能单元，内部一般有自己专用的CPU，它们可以和基本单元的CPU协同工作，构成一些专用的控制系统。2.模块式结构模块式结构又叫积木式结构。这种模块式结构的特点是把PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、通讯模块等等。另外用一块带有插槽的母板（实质上就是计算机总线）把这些模块按控制系统需要选取后插到母板上，就构成了一个完整的PLC。这种结构的PLC的特点是系统构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方便。缺点是体积比较大。图510就是一种具有模块式PLC的外形示意图。图5-10 模块式可编程控制器 3.叠装式结构 叠装式结构是单元式和模块式相结合的产物。把某个系列的PLC工作单元的外形都制作成一致的外观尺寸，CPU、IO口及电源也可做成独立的，不使用模块式PLC中的母板，采用电缆联接各个单元，在控制设备中安装时可以一层层地叠装，就成了叠装式PLC。图511是一款西门子S7200叠装式PLC。图5-11 叠装式可编程控制器单元式PLC一般用于规模较小，输入输出点数固定，不需要扩展的场合。模块式PLC一般用于规模较大，输入输出点数较多，输入输出点数比例灵活的场合。叠装式PLC具有二者的优点，从近年来市场上看，单元式及模块式有结合为叠装式的趋势。（二）按应用规模及功能分类为了适应不同工业生产过程的应用要求，可编程控制器能够处理的输入信号数量是不一样的。一般将一路信号称作一个点，将输入点和输出点数的总和称为机器的点。按照点数的多少，可将PLC分为超小（微）、小、中、大、超大等五种类型。表51是PLC按点数规模分类的情况。只是这种划分并不十分严格，也不是一成不变的。随着PLC的不断发展，标准已有过多次的修改。可编程控制器还可以按功能分为低档机、中档机及高档机。低档机以逻辑运算为主，具有计时、计数、移位等功能。中档机一般有整数及浮点运算、数制转换、PID调节、中断控制及联网功能，可用于复杂的逻辑运算及闭环控制场合。高档机具有更强的数字处理能力，可进行矩阵运算、函数运算，可完成数据管理工作，有更强的通讯能力，可以和其他计算机构成分布式生产过程综合控制管理系统。二、可编程控制器的软件二、可编程控制器的软件（一）可编程控制器的软件分类可编程控制器的软件包含系统软件和应用软件二大部分：1、系统软件系统软件包含系统的管理程序，用户指令的解释程序，另外还包括一些供系统调用的专用标准程序块等。系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配、存储空间分配管理、及系统自检等工作。用户指令的解释程序用以完成用户指令变换为机器码的工作。系统软件在用户使用PLC之前就已装入机内，并永久保存，在各种控制工作中并不需要做什么调整。2、应用软件应用软件也叫用户软件。是用户为达到某种控制目的，采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序。根据控制要求使用导线连接继电-接触器来确定控制器件间逻辑关系的方式叫做接线逻辑。用预先存储在PLC机内的程序实现某种控制功能，就是人们所指的存储逻辑。图5-12绘出了实现多地点控制异步电动机启/停的继电接触控制线路图、用三菱公司FX2N-16MR型PLC实现该功能的接线图、梯形图和指令表程序。图5-12 实现多地址控制异步电动机启/停的PLC控制方案及程序（二）应用软件编程语言的表达方式应用程序的编制需使用可编程控制器生产厂方提供的编程语言。至今为止还没有一种能适合于各种可编程序控制器的通用编程语言。但由于各国可编程控制器的发展过程有类似之处，可编程序控制器的编程语言及编程工具都大体差不多。一般常见的有如下几种编程语言的表达方式。1、梯形图（Ladderdiagram）梯形图语言是一种以图形符号及其在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变过来的。从图512（c）的梯形图程序可见，梯形图中所绘的图形符号和图（a）继电器线路图中的符号十分相似。而且这二个控制实例中梯形图的结构和继电器控制线路图也十分相似。梯形图是PLC编程语言中使用最广泛的一种语言。可编程控制器中参与逻辑组合的元件可看成和继电器一样的器件，具有常开、常闭触点及线圈；且线圈的得电及失电将导致触点的相应动作。再用母线代替电源线；用能量流概念来代替继电器线路中的电流概念，采用绘制继电器线路图类似的思路绘出梯形图。需要说明的是，PLC中的继电器等编程元件并不是实际物理元件，而是机内存储器中的存储单元，它的所谓接通不过是相应存储单元置1而已。表52给出了继电接触器线路图中部分符号和PLC梯形图符号对照关系。图5-2符号对照表符号名称继电器电路图符号梯形图符号常开触点常闭触点线图2、指令表（Instructionlist）指令表也叫做语句表，是程序的另一种表示方法。语句表中语句指令依一定的顺序排列而成。一条指令一般由助记符和操作数二部分组成，有的指令只有助记符没有操作数，称为无操作数指令。指令表程序和梯形图程序有严格的对应关系。对指令表编程不熟悉的人可以先画出梯形图，再转换为语句表。应说明的是程序编制完毕输入机内运行时，对简易的编程设备，不具有直接读取图形的功能，梯形图程序只有改写成指令表才能送入可编程控制器运行。图512（d）是与梯形图（c）所对应的语句表。3、顺序功能图（Sequentialfunctionchart）顺序功能图常用来编制顺序控制类程序。它包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编程法可将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态，对这些小的工作状态的功能分别处理后再依一定的顺序控制要求连接组合成整体的控制程序。顺序功能图体现了一种编程思想，在程序的编制中有很重要的意义。图513是顺序功能图的示意图。图5-13 顺序功能图（四）功能块图（Functionblockdiagram）功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，熟悉数字电路的人比较容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，信号自左向右流动。就像电路图一样，它们被“导线”连接在一起。功能块图与指令表见图5-14。（五）结构文体（Structuredtext）为了增强PLC的数学运算、数据处理、图表显示、报表打印等功能，许多大中型PLC都配备了PASCAL、BASIC、C语言等高级编程语言。这种编程方式叫作结构文本。与梯形图相比，结构文本有两个很大的优点，其一是能实现复杂的数学运算，其二是非常简洁和紧凑，用结构文本编制极其复杂的数学运算程序可能只占一页纸。结构文本用来编制逻辑运算程序也很容易。以上编程语言的五种表达方式是由国际电工委员会（IEC）1994年5月在PLC标准中推荐的。对于一款具体的PLC，生产厂家可在这五种表达方式中提供其中的几种编程语言供用户选择。也就是说，并不是所有的PLC都支持全部的五种编程语言。可编程控制器的编程语言是编制PLC应用软件的工具。它是以PLC的输入口、输出口、机内元件进行逻辑组合以及数量关系实现系统的控制要求，并存储在机内的存储器中。第六节第六节 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 可编程控制器的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。但PLC的工作方式与个人计算机有所不同，PLC是在确定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，采用循环扫描的工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是以循环扫描方式完成的。现叙述如下。一、一、分时处理及扫描工作方式分时处理及扫描工作方式 PLC系统正常工作时要完成如下的任务：1.计算机内部各工作单元的调度、监控;2.计算机与外部设备间的通讯；3.用户程序所要完成的工作。这些工作都是分时完成的。每项工作又都包含着许多具体的工作，以用户程序的完成来说又可分为以下三个阶段。1、输入处理阶段也称输入采样阶段。在这个阶段中，可编程序控制器读入输入口的状态，并将它们存放在输入数据暂存区中。在输入处理阶段之后，即使输入口状态有变化，输入数据暂存区中的内容也不变，直到下一个周期的输入处理阶段，才读入这种变化。2、程序执行阶段在这个阶段中，PLC根据本次读入的输入数据，依用户程序的顺序逐条执行用户程序。执行的结果均存储在输出状态暂存区中。3、输出处理阶段也叫输出刷新阶段。这是一个程序执行周期的最后阶段。PLC将本次用户程序的执行结果一次性地从输出状态暂存区送到各个输出口，对输出状态进行刷新。以上三个阶段是分时完成的。为了连续地完成PLC所承担的工作，系统必须周而复始地依一定的顺序完成这一系列的具体工作。这种工作方式叫做循环扫描工作方式。二、扫描周期及二、扫描周期及PLC的两种工作状态的两种工作状态PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。运行状态是执行应用程序的状态。停止状态一般用于程序的编制与修改。图515给出了运行和停止两种状态PLC不同的扫描过程。由图可知，在这两个不同的工作状态中，扫描过程所要完成的任务是不尽相同的。图5-15扫描过程示意图PLC在RUN工作状态时，执行一次图515所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1100ms。以OMRON公司C系列的P型机为例，其内部处理时间为1.26ms；执行编程器等外部设备命令所需的时间为12ms（未接外部设备时该时间为零）；输入、输出处理的执行时间小于1ms。指令执行所需的时间与用户程序的长短，指令的种类和CPU执行速度有很大关系，PLC厂家一般给出每执行1K（1K1024）条基本逻辑指令所需的时间（以ms为单位）。某些厂家在说明书中还给出了执行各种指令所需的时间。一般说来，一个扫描过程中，执行指令的时间占了绝大部分。三、输入输出滞后时间三、输入输出滞后时间 输入输出滞后时间又称为系统响应时间，是指PLC外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的时间间隔。它由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。输入模块采用RC滤波,其典型值为10ms左右。输出模块的滞后时间与输出所用的开关元件的类型有关：若是继电器型输出电路，负载被接通时的滞后时间约为1ms，负载由导通到断开时的最大滞后时间为10ms；晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms左右，因此开关频率高。扫描工作方式引起的滞后时间可用图516来说明：输入信号在第一个扫描周期的输入处理阶段之后才出现，所以在第一个扫描周期内各数据锁存器均为“0”状态。在第二个扫描周期的输入处理阶段，输入继电器X000的输入锁存器变为“1”状态。在程序执行阶段，由梯形图可知，Y001,Y002依次接通，它们的输出锁存器都变为“1”状态。在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于Y001的接通使Y000接通。Y000的输出锁存器驱动负载接通，响应延迟最长可达两个多扫描周期。若交换梯形图中第一行和第二行的位置，Y000的延迟时间将减少一个扫描周期，可见延迟时间可以使用程序优化的方法减少。PLC总的响应延迟时间一般只有数十毫秒图5-16PLC的输入/输出延迟第七节第七节 可编程控制器系统与可编程控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别继电接触器系统工作原理的差别1.逻辑关系上的差别继电器、接触器用导线依一定的规律将它们连接起来得到的控制系统，接线表达了各元器件之间的关系。要想改变逻辑关系就要改变接线关系，显然是比较麻烦的。而PLC是计算机。在它的接口上接有各种元器件，而各种元器件之间的逻辑关系是通过程序来表达的，改变这种关系只要重新编排原来的程序就行了，比较方便。2.运行时序上差别继电器的所有触点的动作是和它的线圈通电或断电同时发生的。但在PLC中，由于指令的分时扫描执行，同一个器件的线圈工作和它的各个触点的动作并不同时发生。由此可知：继电接触系统是并行工作方式，PLC是串行工作方式。图517所示的梯形图程序是“定时点灭电路”：图5-17“定时点灭”电路程序中使用了一个时间继电器T5及一个输出继电器Y005，X005接收电路启动开关信号。电路的功能是：Y005接通0.5s，断开0.5s，反复交替进行，形成周期为1秒的振荡器。这个电路是以PLC为基础才得以实现其功能，若将图中的器件换为继电接触器，电路是不可能工作的。例如，当时间继电器T5的线圈得电计时且时间到而动作时，接在线圈前边的T5的常闭触点就将断开线圈电路，使线圈失去得电条件，无法交替周而复始工作。这个梯形图的分析过程能很好地体现PLC程序扫描执行的特点。有兴趣的读者可自己分析。本章小结本章小结
