第5章-工业机器人PLC控制ppt课件.pptx

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1、LOGO机械职业教育教学指导委员会推荐教材机械职业教育教学指导委员会推荐教材全国高等职业教育全国高等职业教育“十二五十二五”规划教材规划教材全国工业机器人技能培养系列精品教材全国工业机器人技能培养系列精品教材工业机器人工业机器人电气控制与维修电气控制与维修（ISBN 978-7-121-29476-1ISBN 978-7-121-29476-1）邢美峰邢美峰 主主 编编卢彦林卢彦林 李伟娟李伟娟 副主编副主编第第5章章 工业机器人工业机器人PLC控制控制5.1可编程序逻辑控制器概要15.2PLC的硬件结构25.3PLC的工作方式与工作过程35.4PLC的程序结构45.5PLC的寄存器55.6P

2、LC的基本元器件与指令系统6v5.1.1 可编程逻辑控制器（可编程逻辑控制器（PLC)的定义的定义v1PLC定义定义v 可编程逻辑控制器简称可编程逻辑控制器简称PLC（英文全称：（英文全称：Programmable Logic Controller）。）。1987年国际电工委员会（年国际电工委员会（IEC）颁布的）颁布的PLC标标准草案中对准草案中对PLC做了如下定义：做了如下定义：“PLC是一种数是一种数字运算操作的电子的电子系统，专门在工业环境字运算操作的电子的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算

3、和顺序控制、定时、计用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入的输入(I)和输出和输出(O)接口，控制各种类型的机械接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。设备或生产过程。”5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v该定义强调了可编程控制器是该定义强调了可编程控制器是“数字运算操作数字运算操作的电子系统的电子系统”，是一种计算机。它是，是一种计算机。它是“专为工业环专为工业环境下应用而设计境下应用而设计”的工业计算机，是一种用程序改的工业计算机，是一种用程序改变控制功能的设备，该种设备采用变控

4、制功能的设备，该种设备采用“面向用户的指面向用户的指令令”，因此编程方便，可完成逻辑运算、顺序控制、，因此编程方便，可完成逻辑运算、顺序控制、定时计数和数学运算操作，还具有数字量与模拟定时计数和数学运算操作，还具有数字量与模拟量的输入输出能力。量的输入输出能力。v可编程控制器是应用面广、功能强大、使用可编程控制器是应用面广、功能强大、使用方便的通用工业控制设备，已经成为当代工业自方便的通用工业控制设备，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。动化的主要支柱之一。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v2PLC的应用范围。的应用范围。vPLC的应用范围极其广阔，经过的应用范围极其广阔

5、，经过30多年的发展，多年的发展，目前目前PLC已经广泛应用于冶金、石油、化工、建已经广泛应用于冶金、石油、化工、建材、电力、矿山、机械制造、汽车、交通运输、材、电力、矿山、机械制造、汽车、交通运输、轻纺、环保等各行各业。几乎可以说，凡是有控轻纺、环保等各行各业。几乎可以说，凡是有控制系统存在的地方就有制系统存在的地方就有PLC。v概括起来，概括起来，PLC的应用主要有以下的应用主要有以下5个方面。个方面。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v（1）开关量控制）开关量控制v这是这是PLC最基本的应用领域，可用最基本的应用领域，可用PLC取代传统取代传统的继电器控制系统，实现逻辑

6、控制和顺序控制。的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。如机床电气控制、起重有很多成功的应用实例。如机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机的控机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机的控制、电梯的控制、饮料灌装生产线、家用电器制、电梯的控制、饮料灌装生产线、家用电器（电视机、冰箱、洗衣机等）自动装配线的控制、（电视机、冰箱、洗衣机等）自动装配线的控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线的控制等。汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线的控制等。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序

7、逻辑控制器概要v（2）模拟量控制）模拟量控制v 目前，很多目前，很多PLC都具有模拟量处理功能，通都具有模拟量处理功能，通过模拟量过模拟量I/O模块可对温度、压力、速度、流量模块可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用都很方便。大、中型的都很方便。大、中型的PLC还具有还具有PID闭环控制闭环控制功能，运用功能，运用PID子程序或使用专用的智能子程序或使用专用的智能PID模模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。随着块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。随着PLC规模的扩大，控制的回路已从几个增加到几规模的扩大，控制的回路已从几

8、个增加到几十个甚至上百个，可以组成较复杂的闭环控制系十个甚至上百个，可以组成较复杂的闭环控制系统。统。PLC的模拟量控制功能己广泛应用于工业生的模拟量控制功能己广泛应用于工业生产各个行业，例如自动焊机控制、锅炉运行控制产各个行业，例如自动焊机控制、锅炉运行控制等都是典型的闭环过程控制的应用场合。等都是典型的闭环过程控制的应用场合。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v（3）运动控制）运动控制v 运动控制是指运动控制是指PLC对直线运动或圆周运动对直线运动或圆周运动的控制，也称为位置控制。早期的控制，也称为位置控制。早期PLC通过开关量通过开关量I/O模块与位置传感器和执行机构的

9、连接来实现模块与位置传感器和执行机构的连接来实现这一功能，现在一般都使用专用的运动控制模块这一功能，现在一般都使用专用的运动控制模块来完成。目前，来完成。目前，PLC的运动控制功能广泛应用在的运动控制功能广泛应用在金属切削机床、电梯、机器人等各种机械设备上，金属切削机床、电梯、机器人等各种机械设备上，典型的如典型的如PLC和计算机数控装置和计算机数控装置(CNC)组合成一组合成一体，构成先进的数控机床。体，构成先进的数控机床。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v（4）数据处理）数据处理v现代现代PLC都具有不同程度的数据处理功能，能够都具有不同程度的数据处理功能，能够完成数学

10、运算（函数运算、矩阵运算、逻辑运算）、完成数学运算（函数运算、矩阵运算、逻辑运算）、数据的移位、比较、传递、数值的转换和查表等操数据的移位、比较、传递、数值的转换和查表等操作，对数捃进行采集、分析和处理。数据处理通常作，对数捃进行采集、分析和处理。数据处理通常用在大、中型控制系统中，如柔性制造系统、机器用在大、中型控制系统中，如柔性制造系统、机器人的控制系统等。人的控制系统等。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v （5）通信联网）通信联网v通信联网是指通信联网是指PLC与与PLC之间、之间、PLC与上位计算与上位计算机或其他智能设备间的通信，利用机或其他智能设备间的通信，利用

11、PLC和计算机的和计算机的RS-232或或RS-422接口、接口、PLC的专用通信模块，的专用通信模块，用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络，可实用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络，可实现相互间的信息交换，构成现相互间的信息交换，构成“集中管理、分散控制集中管理、分散控制” 的多级分布式控制系统，建立工厂的自动化网络。的多级分布式控制系统，建立工厂的自动化网络。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v5.1.2 PLC的特点的特点v1可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强v现代现代PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无

12、触点的半导体电路来完成，其可的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。靠程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证为了保证PLC能在恶劣的工业环境下可靠工作，能在恶劣的工业环境下可靠工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施。方面的抗干扰措施。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v在硬件方面采取的主要措施有：在硬件方面采取的主要措施有：v（1）隔离）隔离vPLC的输入、输出接口电路一般都采用光电耦合的输入、输出接口电路一般都采用光电耦合器来传递信号，这种光电隔离措施使

13、外部电路与器来传递信号，这种光电隔离措施使外部电路与PLC内部之间完全避免了联，有效的抑制了系部内部之间完全避免了联，有效的抑制了系部干扰源对干扰源对PLC的影响，还可防止外部强电窜入内的影响，还可防止外部强电窜入内部部CPU。v（2）滤波）滤波v在在PLC电路电源和输入、输出电路电源和输入、输出(I/O)电路中设置电路中设置多种滤波电路，可有效抑制高频干扰信号。多种滤波电路，可有效抑制高频干扰信号。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v（3）在）在PLC内部对内部对CPU供电电源采取屏蔽、供电电源采取屏蔽、稳压、保护等措施，防止干扰信号通过供电电稳压、保护等措施，防止干扰信号

14、通过供电电源进入源进入PLC内部，另外各个输入输出内部，另外各个输入输出(I/O)接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的互相干扰。互相干扰。v（4）内部设置连锁、环境检测与诊断等电路，）内部设置连锁、环境检测与诊断等电路，一旦发生故障，立即报警。一旦发生故障，立即报警。v（5）外部采用密封、防尘、抗振的外壳封装结）外部采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构，以适应恶劣的工作环境。构，以适应恶劣的工作环境。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v在软件方面采取的主要措施有：在软件方面采取的主要措施有：v（1）设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对

15、）设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对系统状态、用户程序、工怍环境和故障进行检测系统状态、用户程序、工怍环境和故障进行检测与诊断，发现出错后，立即自动做出相应的处理，与诊断，发现出错后，立即自动做出相应的处理，如报警、保护数据和封锁输出等：如报警、保护数据和封锁输出等：v（2）对用户程序及动态数据进行电池后备，以）对用户程序及动态数据进行电池后备，以保障停电后有关状态及信息不会因此而丢失。保障停电后有关状态及信息不会因此而丢失。v采用以上抗干扰措施后，一般采用以上抗干扰措施后，一般PLC的抗电平干扰的抗电平干扰强度可达峰值强度可达峰值1000V，其平均无故障时间可高，其平均无故障时间可高达达3

16、050万小时以上。万小时以上。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v2编程简单易学编程简单易学v PLC采用与继电器控制线路图非常接近的采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言，它既有继电器电路清晰直梯形图作为编程语言，它既有继电器电路清晰直观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯：对使用者来说，几乎不需要专门的计读图习惯：对使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识。因此，易学易懂，程序改变时也容易算机知识。因此，易学易懂，程序改变时也容易修改修改5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v 3功能完善，适应

17、性强功能完善，适应性强v 目前目前PLC产品已经标准化、系列化和模块化，不仅具产品已经标准化、系列化和模块化，不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有A/D、D/A转换、算术运算及数据处理、通信联网和生转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根据实际需要，方便灵活地组装产过程监控等功能。它能根据实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统：既可控制一台单机、成大小各异、功能不一的控制系统：既可控制一台单机、一条生产线，又可以控制一个机群、多条生产线；既可以一条生产线，又可以控制一个机群、多条生产线；既可以现

18、场控制，又可以远程控制。现场控制，又可以远程控制。v 针对不同的工业现场信号，如交流或直流、开关量或针对不同的工业现场信号，如交流或直流、开关量或模拟量、电流或电压、脉冲或电位、强电或弱电等，模拟量、电流或电压、脉冲或电位、强电或弱电等，PLC都有相应的都有相应的I/O接口模块与工业现场控制器件和设备直接接口模块与工业现场控制器件和设备直接连接，用户可以根据需要方便地进行配置，组成实用、紧连接，用户可以根据需要方便地进行配置，组成实用、紧凑的控制系统。凑的控制系统。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v 4使用简单，调试维修方便使用简单，调试维修方便v PLC的接线极其方便，只

19、需将产生输入信号的设备的接线极其方便，只需将产生输入信号的设备（如按钮、开关等）与（如按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接收输出的输入端子连接，将接收输出信号的被控设备（如接触器、电磁阀等）与信号的被控设备（如接触器、电磁阀等）与PLC的输出端的输出端子连接，仅用螺丝刀即可完成全部接线工作。子连接，仅用螺丝刀即可完成全部接线工作。v PLC的用户程序可在实验室模拟调试，输入信号用的用户程序可在实验室模拟调试，输入信号用开关来模拟，输出信号可以观察开关来模拟，输出信号可以观察PLC的发光二极管。调试的发光二极管。调试后再将后再将PLC在现场安装通调。调试工作量要比继电器控制在现场安装通调。

20、调试工作量要比继电器控制系统少得多。系统少得多。v PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置。一旦发生故障，可以通过行故障指示装置。一旦发生故障，可以通过PLC机上各种机上各种发光二极管的亮灭状态迅速查明原因，排除故障。发光二极管的亮灭状态迅速查明原因，排除故障。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v5体积小、重量轻、功耗低体积小、重量轻、功耗低v 由于由于PLC采用半导体大规模集成电路，因采用半导体大规模集成电路，因此整个产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低，此整个产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低， PLC很容易

21、装入机械设备内部，是实现机电一体很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备。化的理想的控制设备。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v5.1.3 PLC编程语言编程语言vPLC普遍流行的梯形图进行讲解，直观易懂。它普遍流行的梯形图进行讲解，直观易懂。它是通过连线把是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的指令的梯形图符号连接在一起的连通图，与电气原理图相似。梯形图通常有左右两连通图，与电气原理图相似。梯形图通常有左右两条母线，两母线之间是内部条母线，两母线之间是内部“软继电器软继电器”的常开、常的常开、常闭触点以及继电器线圈组成的平行的逻辑行，每个闭触点以及继

22、电器线圈组成的平行的逻辑行，每个逻辑行以触点与左母线开始，以线圈和右母线结束。逻辑行以触点与左母线开始，以线圈和右母线结束。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻辑控制器概要v梯形图沿用继电器等概念，如输入继电器、输出梯形图沿用继电器等概念，如输入继电器、输出继电器和内部辅助继电器，它们不是真实的硬件继电器和内部辅助继电器，它们不是真实的硬件继电器，而是在梯形图中使用的编程元件（软元继电器，而是在梯形图中使用的编程元件（软元件），每一个软元件都与件），每一个软元件都与PLC存储器的元件映像存储器的元件映像存储器的存储单元相对应。存储器的存储单元相对应。5.1 可编程序逻辑控制器概要可编程序逻

23、辑控制器概要v5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。因此其组成与一般的微型计算机基本相同，也机。因此其组成与一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分构成。是由硬件系统和软件系统两大部分构成。v 可编程控制器主要由可编程控制器主要由CPU、存储器、存储器、I/O单元、外设接口、电源等组成。图单元、外设接口、电源等组成。图5-1为硬件系统为硬件系统的结构框图的结构框图CPU存储器输入接口输出接口电源图5-1为PLC硬

24、件系统的结构框图5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v5.2.1 中央处理单元中央处理单元(CPU)vCPU是是PLC的核心，由控制器、运算器和寄存器的核心，由控制器、运算器和寄存器等组成。它按照系统程序赋予的功能接收并存储等组成。它按照系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入设备送来的状态或数据，将其存入输入寄存器中，设备送来的状态或数据，将其存入输入寄存器中，并能诊断电源和内部电路的工作状态。并能诊断电源和内部电路的工作状态。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v 当当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接投入运行时，首先

25、它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算，再将结果送入辑或算数运算，再将结果送入I/O映象区或数据映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止

26、运行。到停止运行。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v为了进一步提高为了进一步提高PLC的可靠性，对大型的可靠性，对大型PLC还采还采用双用双CPU构成冗余系统，或采用三构成冗余系统，或采用三CPU的表决式的表决式系统。这样，即使某个系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统出现故障，整个系统仍能正常运行。仍能正常运行。vCPU速度和内存容量是速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决的重要参数，它们决定着定着PLC的工作速度，的工作速度，I/O数量及软件容量等，数量及软件容量等，因此限制着控制规模。因此限制着控制规模。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v5.2.2 存储器存储器vPLC存储器

27、包括系统存储器和用户存储器。存储器包括系统存储器和用户存储器。v 系统存储器固化厂家编写的系统程序，用户系统存储器固化厂家编写的系统程序，用户不可以修改，包括系统管理程序和用户指令解释不可以修改，包括系统管理程序和用户指令解释程序等：用户存储器包括用户程序存储器（程序程序等：用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和功能存储器（工作数据区）两部分。工作区）和功能存储器（工作数据区）两部分。工作数据区是外界与数据区是外界与PLC进行信息交互的主要交互区，进行信息交互的主要交互区，它的每一个二进制位、每一个字节单位和字单位它的每一个二进制位、每一个字节单位和字单位都有唯一的地址。都有唯一的地址。v

28、系统程序存储器是存放系统软件的存储器；系统程序存储器是存放系统软件的存储器；用户程序存储器是存放用户程序存储器是存放PLC用户程序应用用户程序应用;数据存数据存储器用来存储储器用来存储PLC程序执行时的中间状态与信息，程序执行时的中间状态与信息，它相当于它相当于PC的内存。的内存。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v5.2.3 输入输出接口（输入输出接口（I/O模块）模块）vPLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。）完成的。I/O模块集成了模块集成了PLC的的I/O电路，电路，其输入寄存器反映输入信号状态，输出点反映输出其输入寄存器反映输

29、入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入入PLC系统，输出模块则正好相反。系统，输出模块则正好相反。I/O分为开关分为开关量输入（量输入（DI），开关量输出（），开关量输出（DO），模拟量输入），模拟量输入（AI），模拟量输出（），模拟量输出（AO）等模块。）等模块。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v 输入接口是连接外部输入设备和输入接口是连接外部输入设备和PLC内部的桥梁，内部的桥梁，输入回路电源为外接直流电源。输入接口接收来自输输入回路电源为外接直流电源。输入接口接收来自输入设备的控制信号，如限位开关、操作按钮及

30、一些传入设备的控制信号，如限位开关、操作按钮及一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成CPU能能识别的二进制信号，进入内部电路，存入输入映像寄识别的二进制信号，进入内部电路，存入输入映像寄存器中。运行时存器中。运行时CPU从输入映像寄存器中读取输入信从输入映像寄存器中读取输入信息进行处理息进行处理v 输出接口连接被控对象的可执行元件，如接触器、输出接口连接被控对象的可执行元件，如接触器、电磁阀和指示灯等。它是电磁阀和指示灯等。它是PLC与被控对象的桥梁，输与被控对象的桥梁，输出接口的输出的状态是由输入接口输入的数据与出接口的输出的状态是由输入接口输

31、入的数据与PLC内部设计的程序决定的。内部设计的程序决定的。 5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v5.2.4 通信接口通信接口v通信接口的主要作用是实现通信接口的主要作用是实现PLC与外部设备之间与外部设备之间的数据交换（通信）。通信接口的形式多样，最的数据交换（通信）。通信接口的形式多样，最基本的有基本的有RS-232,RS-422/RS-485等的标准等的标准串行接口。可以通过多芯电缆，双绞线，同轴电串行接口。可以通过多芯电缆，双绞线，同轴电缆，光缆等进行连接。缆，光缆等进行连接。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v5.2.5 电源电源v为为PLC电路提供工作电源，在整个系统中起着十电路提

32、供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。一个良好的、可靠的电源系统是分重要的作用。一个良好的、可靠的电源系统是PLC稳定运行的最基本保障。一般交流电压波动稳定运行的最基本保障。一般交流电压波动在在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措范围内，可以不采取其它措施而将施而将PLC直接连接到交流电网上去。电源输入直接连接到交流电网上去。电源输入类型有：交流电源（类型有：交流电源（220VAC或或110VAC），），直流电源（常用的为直流电源（常用的为24VDC）。）。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v5.3.1 PLC的工作方式的工作方式vPLC靠执行用

33、户程序来实现控制要求。为了便于靠执行用户程序来实现控制要求。为了便于执行程序，在存储器中设置输入映像寄存器区和执行程序，在存储器中设置输入映像寄存器区和输出映像寄存器区（或统称输出映像寄存器区（或统称I/O映像区），分别映像区），分别存放执行程序之前的各输入状态和执行过程中各存放执行程序之前的各输入状态和执行过程中各运算结果的状态。运算结果的状态。PLC对用户程序的执行是以循对用户程序的执行是以循环扫描方式进行的。所谓扫描，只不过是一种形环扫描方式进行的。所谓扫描，只不过是一种形象的说法，用来描述象的说法，用来描述CPU对程序顺序、分时操作对程序顺序、分时操作的过程。的过程。5.3 PLC的工

34、作方式与工作过程的工作方式与工作过程v扫描从第扫描从第O号存储地址所存放的第一条用户程序号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序，也就是址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序执行程序，直到程序结束，即完成一个扫描顺序执行程序，直到程序结束，即完成一个扫描周期，然后再从头开始执行用户程序，并周而复周期，然后再从头开始执行用户程序，并周而复始地重复。由于始地重复。由于CPU的运算处理速度很高，使得的运算处理速度很高，使得从外观上看，用户程序似乎是同时执行的。从外观上看，用户程序似乎

35、是同时执行的。5.3 PLC的工作方式与工作过程的工作方式与工作过程v PLC的扫描工作方式同传统的继电器控制系的扫描工作方式同传统的继电器控制系统明显不同。继电器控制装置采用硬逻辑并行运统明显不同。继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式；在执行过程中，如果一个继电器的线行的方式；在执行过程中，如果一个继电器的线圈通电，那么该继电器的所有常开和常闭触点，圈通电，那么该继电器的所有常开和常闭触点，无论处在控制线路的什么位置，都会立即动作：无论处在控制线路的什么位置，都会立即动作：其常开触点闭合，常闭触点打开。而其常开触点闭合，常闭触点打开。而PLC采用循采用循环扫描控制程序的工作方式；在环扫描控

36、制程序的工作方式；在PLC的工作过程的工作过程中，如果某个软继电器的线圈接通，该线圈的所中，如果某个软继电器的线圈接通，该线圈的所有常开和常闭接点，并不一定都会立即动作，只有常开和常闭接点，并不一定都会立即动作，只有有CPU扫描到该接直时才会动作：其常开接点闭扫描到该接直时才会动作：其常开接点闭合，常闭接点打开。合，常闭接点打开。5.3 PLC的工作方式与工作过程的工作方式与工作过程v5.3.2 PLC的工作过程的工作过程v当当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

37、完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，整个运行期间，PLC的的CPU以一定的扫描速度重以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。复执行上述三个阶段。5.3 PLC的工作方式与工作过程的工作方式与工作过程v1输入采样阶段输入采样阶段v在这个阶段中，在这个阶段中，PLC按顺序逐个采集所有输入端按顺序逐个采集所有输入端子上的信号，而不论输入端子上是否接线。子上的信号，而不论输入端子上是否接线。CPU将顺序读取的全部输入信号写入到输入映像寄存将顺序读取的全部输入信号写入到输入映像寄存器中，输入回路通则相应端子的映像寄存器就为器中，输入回路通则相应端子的

38、映像寄存器就为1，输入回路不通，则相应端子的映像寄存器就，输入回路不通，则相应端子的映像寄存器就为为0。在当前扫描周期内，用户程序执行时依据。在当前扫描周期内，用户程序执行时依据的输入信号状态的输入信号状态(ON或或OFF)均从输入映像寄存均从输入映像寄存器中读取，器中读取，5.3 PLC的工作方式与工作过程的工作方式与工作过程v而不管此时外部输入信号状态是否变化。输入采而不管此时外部输入信号状态是否变化。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区

39、中的相应单元的状态和数据也不会改映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。情况下，该输入均能被读入。5.3 PLC的工作方式与工作过程的工作方式与工作过程v2程序执行阶段程序执行阶段v在用户程序执行阶段，在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序序依次地扫描用户程序(梯形图梯形图)。在扫描每一条。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点梯形图时，又总是先

40、扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。5.3 PLC的工作方式与工作过程的工作方式与工作过程v在用户程序执行过程中，只有输入点在在

41、用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在和软设备在I/O映象区或系统映象区或系统RAM存储区内的存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程据只能到下一个扫

42、描周期才能对排在其上面的程序起作用。序起作用。5.3 PLC的工作方式与工作过程的工作方式与工作过程v3输出刷新阶段输出刷新阶段v当当CPU对全部用户程序扫描结束后，将元件映像对全部用户程序扫描结束后，将元件映像寄存器中所有输出映像继电器的状态同时送到输寄存器中所有输出映像继电器的状态同时送到输出锁存器中，再由输出锁存器经输出端子去驱动出锁存器中，再由输出锁存器经输出端子去驱动各输出继电器所带的负载，所以输出刷新阶段也各输出继电器所带的负载，所以输出刷新阶段也是集中批处理过程。输出刷新阶段结束后，是集中批处理过程。输出刷新阶段结束后，CPU进入下一个扫描周期，周而复始直至进入下一个扫描周期，周

43、而复始直至PLC停机或停机或切换到切换到STOP工作状态。工作状态。5.3 PLC的工作方式与工作过程的工作方式与工作过程v5.4 华中华中PLC的程序结构的程序结构v 华中华中PLC程序通常由顺序程序由三部分组成：程序通常由顺序程序由三部分组成：初始化程序部分、第一级程序部分和第二级程序初始化程序部分、第一级程序部分和第二级程序部分和子程序，程序结构如图部分和子程序，程序结构如图5-2所示，所示，v初始化程序部分只在系统启动时执行一次。初始化程序部分只在系统启动时执行一次。v 第第1级程序从程序开始到级程序从程序开始到1END命令之间，每命令之间，每1ms 执行一次。主要特点是信号采样实时以

44、及输执行一次。主要特点是信号采样实时以及输出信号响应快。它主要处理短脉冲信号，如急停、出信号响应快。它主要处理短脉冲信号，如急停、跳转、超程等信号。在第跳转、超程等信号。在第1级程序中，程序应尽可级程序中，程序应尽可能短，这样可以缩短能短，这样可以缩短PLC程序执行时间。第二级程序执行时间。第二级程序每程序每n ms 执行一次。执行一次。n 为第二级程序的分割为第二级程序的分割数。程序执行时，第二级程序将被自动分割。数。程序执行时，第二级程序将被自动分割。5.4 PLC的程序结构的程序结构图5-2 PLC程序结构示意图5.4 PLC的程序结构的程序结构v第第2级程序是级程序是END1命令之后，

45、命令之后， END2命令之前命令之前的程序。第的程序。第2级程序通常包括功能程序与运动程级程序通常包括功能程序与运动程序程序。子程序是序程序。子程序是END2命令之后、命令之后、END命令之命令之前的程序。通常将具有特定功能并且多次使用的前的程序。通常将具有特定功能并且多次使用的程序段作为子程序。主程序中用指令决定具体子程序段作为子程序。主程序中用指令决定具体子程序的执行状态。当主程序中调用子程序并执行程序的执行状态。当主程序中调用子程序并执行时，子程序执行全部指令直到结束，然后系统将时，子程序执行全部指令直到结束，然后系统将返回调研子程序的主程序。返回调研子程序的主程序。5.4 PLC的程序

46、结构的程序结构v子程序用于为程序分段和分块，使其成为较小的、子程序用于为程序分段和分块，使其成为较小的、更易于管理的快。在程序调试和维护时，通过使更易于管理的快。在程序调试和维护时，通过使用较小的程序块，对这些区域和整个程序进行简用较小的程序块，对这些区域和整个程序进行简单的调试并排除故障。只有在需要时才调用子程单的调试并排除故障。只有在需要时才调用子程序块，可以更有效地使用序块，可以更有效地使用PLC，因为所有的子程，因为所有的子程序块可能无需执行每次扫描，所以能够缩短序块可能无需执行每次扫描，所以能够缩短PLC程序处理时间。程序处理时间。5.4 PLC的程序结构的程序结构v梯形图程序分成两

47、部分：第一级程序和第二级程梯形图程序分成两部分：第一级程序和第二级程序。第一级程序每个扫描周期都要执行一次，第序。第一级程序每个扫描周期都要执行一次，第二级程序则分块执行，每个扫描周期只执行一块。二级程序则分块执行，每个扫描周期只执行一块。因此第二级程序执行周期为（参见图因此第二级程序执行周期为（参见图5-3）：）：v第二级程序执行周期第二级程序执行周期 = PLC扫描周期扫描周期第二级程第二级程序分块数序分块数图5-3 梯形图程序执行过程5.4 PLC的程序结构的程序结构v5.5 PLC的寄存器的寄存器vPLC与继电器控制的根本区别在于与继电器控制的根本区别在于PLC采用软器采用软器件，通过

48、程序将各器件联系起来。通常习惯将件，通过程序将各器件联系起来。通常习惯将PLC中的软器件仍称为继电器、定时器、计数器中的软器件仍称为继电器、定时器、计数器等。其实它们并不是实际的物理实体。对于上述等。其实它们并不是实际的物理实体。对于上述器件在使用时都必须用编号来加以识别。下面介器件在使用时都必须用编号来加以识别。下面介绍编址方法：每个编程元件（软器件）的编码由绍编址方法：每个编程元件（软器件）的编码由字母和数字组成。字母字母和数字组成。字母X表示输入继电器，表示输入继电器，Y表示表示输出继电器，输出继电器，R表示中间继电器，表示中间继电器，T表示定时器，表示定时器，C表示计数器。表示计数器。

49、5.5 PLC的寄存器的寄存器v5.5.1 输入寄存器（输入寄存器（X）vPLC的输入寄存器是用于存储外部输入信号的（按的输入寄存器是用于存储外部输入信号的（按钮、行程开关等输入信号）。每一个输入寄存器都与钮、行程开关等输入信号）。每一个输入寄存器都与一个输入端子相对应，当输入端子得到一个有效信号一个输入端子相对应，当输入端子得到一个有效信号之后，对应的输入寄存器内的数据将由之后，对应的输入寄存器内的数据将由“0”变为变为“1”。v1输入寄存器用字母输入寄存器用字母X表示，输入地址由表示，输入地址由X+字节字节+位地址表示，参见图位地址表示，参见图5-4。v v 图图5-4 输入寄存器输入寄存

50、器X0.0寄存器类型字节地址位地址5.5 PLC的寄存器的寄存器v2输入寄存器只能由外部信号驱动，驱动信号多是输入寄存器只能由外部信号驱动，驱动信号多是直流电源信号，可以是直流电源信号，可以是DC24V电源中的正极，也可电源中的正极，也可是是DC24V电源中的负极。电源中的负极。v3寄存器的位地址编址采用寄存器的位地址编址采用8进制。进制。v4其拥有常开触点与常闭触点，触点使用的次数不其拥有常开触点与常闭触点，触点使用的次数不受限制。受限制。5.5 PLC的寄存器的寄存器v5.5.2 输出寄存器输出寄存器(Y)vPLC的输出寄存器是用于存储的输出寄存器是用于存储PLC程序运算结果，程序运算结果