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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 工工业机器人机器人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55.6PL
2、C的基本元器件与指令系统6v5.1.1 可可编程程逻辑控制器（控制器（PLC)的定的定义v1PLC定定义v 可可编程程逻辑控制器控制器简称称PLC（英文全称：（英文全称：Programmable Logic Controller）。）。1987年国年国际电工委工委员会（会（IEC）颁布的布的PLC标准草案中准草案中对PLC做了如下定做了如下定义：“PLC是一种数字是一种数字运算操作的运算操作的电子的子的电子系子系统，专门在工在工业环境下境下应用而用而设计。它采用可以。它采用可以编制程序的存制程序的存储器，用器，用来在来在执行存行存储逻辑运算和运算和顺序控制、定序控制、定时、计数数和算和算术运算
3、等操作的指令，并通运算等操作的指令，并通过数字或模数字或模拟的的输入入(I)和和输出出(O)接口，控制各种接口，控制各种类型的机械型的机械设备或生或生产过程。程。”5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v该定定义强调了可了可编程控制器是程控制器是“数字运算操作数字运算操作的的电子系子系统”，是一种，是一种计算机。它是算机。它是“专为工工业环境下境下应用而用而设计”的工的工业计算机，是一种用程序改算机，是一种用程序改变控制功能的控制功能的设备，该种种设备采用采用“面向用面向用户的指的指令令”，因此，因此编程方便，可完成程方便，可完成逻辑运算、运算、顺序控制、序控制、定定时计数和数学运算操
4、作，数和数学运算操作，还具有数字量与模具有数字量与模拟量的量的输入入输出能力。出能力。v可可编程控制器是程控制器是应用面广、功能用面广、功能强大、使用大、使用方便的通用工方便的通用工业控制控制设备，已，已经成成为当代工当代工业自自动化的主要支柱之一。化的主要支柱之一。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v2PLC的的应用范用范围。vPLC的的应用范用范围极其广极其广阔，经过30多年的多年的发展，展，目前目前PLC已已经广泛广泛应用于冶金、石油、化工、建用于冶金、石油、化工、建材、材、电力、力、矿山、机械制造、汽山、机械制造、汽车、交通运、交通运输、轻纺、环保等各行各保等各行各业。几乎
5、可以。几乎可以说，凡是有控，凡是有控制系制系统存在的地方就有存在的地方就有PLC。v概括起来，概括起来，PLC的的应用主要有以下用主要有以下5个方面。个方面。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v（1）开关量控制）开关量控制v这是是PLC最基本的最基本的应用用领域，可用域，可用PLC取代取代传统的的继电器控制系器控制系统，实现逻辑控制和控制和顺序控制。序控制。在在单机控制、多机群控和自机控制、多机群控和自动生生产线控制方面都控制方面都有很多成功的有很多成功的应用用实例。如机床例。如机床电气控制、起重气控制、起重机、皮机、皮带运运输机和包装机械的控制、注塑机的控机和包装机械的控制、注塑
6、机的控制、制、电梯的控制、梯的控制、饮料灌装生料灌装生产线、家用、家用电器器（电视机、冰箱、洗衣机等）自机、冰箱、洗衣机等）自动装配装配线的控制、的控制、汽汽车、化工、造、化工、造纸、轧钢自自动生生产线的控制等。的控制等。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v（2）模）模拟量控制量控制v 目前，很多目前，很多PLC都具有模都具有模拟量量处理功能，通理功能，通过模模拟量量I/O模模块可可对温度、温度、压力、速度、流量力、速度、流量等等连续变化的模化的模拟量量进行控制，而且行控制，而且编程和使用都程和使用都很方便。大、中型的很方便。大、中型的PLC还具有具有PID闭环控制功控制功能，运用
7、能，运用PID子程序或使用子程序或使用专用的智能用的智能PID模模块，可以可以实现对模模拟量的量的闭环过程控制。随着程控制。随着PLC规模的模的扩大，控制的回路已从几个增加到几十个甚至大，控制的回路已从几个增加到几十个甚至上百个，可以上百个，可以组成成较复复杂的的闭环控制系控制系统。PLC的模的模拟量控制功能己广泛量控制功能己广泛应用于工用于工业生生产各个行各个行业，例如自例如自动焊机控制、机控制、锅炉运行控制等都是典型的炉运行控制等都是典型的闭环过程控制的程控制的应用用场合。合。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v（3）运）运动控制控制v 运运动控制是指控制是指PLC对直直线运运
8、动或或圆周运周运动的控制，也称的控制，也称为位置控制。早期位置控制。早期PLC通通过开关量开关量I/O模模块与位置与位置传感器和感器和执行机构的行机构的连接来接来实现这一功能，一功能，现在一般都使用在一般都使用专用的运用的运动控制模控制模块来完成。目前，来完成。目前，PLC的运的运动控制功能广泛控制功能广泛应用在用在金属切削机床、金属切削机床、电梯、机器人等各种机械梯、机器人等各种机械设备上，上，典型的如典型的如PLC和和计算机数控装置算机数控装置(CNC)组合成一合成一体，构成先体，构成先进的数控机床。的数控机床。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v（4）数据）数据处理理v现代代
9、PLC都具有不同程度的数据都具有不同程度的数据处理功能，能理功能，能够完成数学运算（函数运算、矩完成数学运算（函数运算、矩阵运算、运算、逻辑运算）、运算）、数据的移位、比数据的移位、比较、传递、数、数值的的转换和和查表等操表等操作，作，对数捃数捃进行采集、分析和行采集、分析和处理。数据理。数据处理通常理通常用在大、中型控制系用在大、中型控制系统中，如柔性制造系中，如柔性制造系统、机器、机器人的控制系人的控制系统等。等。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v（5）通信）通信联网网v通信通信联网是指网是指PLC与与PLC之之间、PLC与上位与上位计算算机或其他智能机或其他智能设备间的通信
10、，利用的通信，利用PLC和和计算机的算机的RS-232或或RS-422接口、接口、PLC的的专用通信模用通信模块，用双用双绞线和同和同轴电缆或光或光缆将它将它们联成网成网络，可，可实现相互相互间的信息交的信息交换，构成，构成“集中管理、分散控制集中管理、分散控制”的多的多级分布式控制系分布式控制系统，建立工厂的自，建立工厂的自动化网化网络。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v5.1.2 PLC的特点的特点v1可靠性高，抗干可靠性高，抗干扰能力能力强v现代代PLC采用了集成度很高的微采用了集成度很高的微电子器件，大量子器件，大量的开关的开关动作由无触点的半作由无触点的半导体体电路来完
11、成，其可路来完成，其可靠程度是使用机械触点的靠程度是使用机械触点的继电器所无法比器所无法比拟的。的。为了保了保证PLC能在能在恶劣的工劣的工业环境下可靠工作，境下可靠工作，在其在其设计和制造和制造过程中采取了一系列硬件和程中采取了一系列硬件和软件件方面的抗干方面的抗干扰措施。措施。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要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的的输入、入、输出接口出接口电路一般都采用光路一般都采用光电耦合器耦合器来来传递信号，信号，这种光种光电隔离措施使外部隔离措施使外部电路与路与PLC内部之内部之间完全避免了完全避免了联，有
12、效的抑制了系部，有效的抑制了系部干干扰源源对PLC的影响，的影响，还可防止外部可防止外部强电窜入内入内部部CPU。v（2）滤波波v在在PLC电路路电源和源和输入、入、输出出(I/O)电路中路中设置置多种多种滤波波电路，可有效抑制高路，可有效抑制高频干干扰信号。信号。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v（3）在）在PLC内部内部对CPU供供电电源采取屏蔽、源采取屏蔽、稳压、保、保护等措施，防止干等措施，防止干扰信号通信号通过供供电电源源进入入PLC内部，另外各个内部，另外各个输入入输出出(I/O)接接口口电路的路的电源彼此独立，以避免源彼此独立，以避免电源之源之间的互相的互相干干扰。
13、v（4）内部）内部设置置连锁、环境境检测与与诊断等断等电路，路，一旦一旦发生故障，立即生故障，立即报警。警。v（5）外部采用密封、防）外部采用密封、防尘、抗振的外壳封装、抗振的外壳封装结构，以适构，以适应恶劣的工作劣的工作环境。境。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v在在软件方面采取的主要措施有：件方面采取的主要措施有：v（1）设置故障置故障检测与与诊断程序，每次断程序，每次扫描都描都对系系统状状态、用、用户程序、工怍程序、工怍环境和故障境和故障进行行检测与与诊断，断，发现出出错后，立即自后，立即自动做出相做出相应的的处理，理，如如报警、保警、保护数据和封数据和封锁输出等：出等：v
14、（2）对用用户程序及程序及动态数据数据进行行电池后池后备，以保，以保障停障停电后有关状后有关状态及信息不会因此而及信息不会因此而丢失。失。v采用以上抗干采用以上抗干扰措施后，一般措施后，一般PLC的抗的抗电平干平干扰强度可达峰度可达峰值1000V，其平均无故障，其平均无故障时间可高达可高达3050万小万小时以上。以上。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v2编程程简单易学易学v PLC采用与采用与继电器控制器控制线路路图非常接近的非常接近的梯形梯形图作作为编程程语言，它既有言，它既有继电器器电路清晰直路清晰直观的特点，又充分考的特点，又充分考虑到到电气工人和技气工人和技术人人员的的读
15、图习惯：对使用者来使用者来说，几乎不需要，几乎不需要专门的的计算机知算机知识。因此，易学易懂，程序改。因此，易学易懂，程序改变时也容易也容易修改修改5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v3功能完善，适功能完善，适应性性强v 目前目前PLC产品已品已经标准化、系列化和模准化、系列化和模块化，不化，不仅具具有有逻辑运算、运算、计时、计数、数、顺序控制等功能，序控制等功能，还具有具有A/D、D/A转换、算、算术运算及数据运算及数据处理、通信理、通信联网和生网和生产过程程监控等功能。它能根据控等功能。它能根据实际需要，方便灵活地需要，方便灵活地组装装成大小各异、功能不一的控制系成大小各异、功
16、能不一的控制系统：既可控制一台：既可控制一台单机、机、一条生一条生产线，又可以控制一个机群、多条生，又可以控制一个机群、多条生产线；既可以；既可以现场控制，又可以控制，又可以远程控制。程控制。v 针对不同的工不同的工业现场信号，如交流或直流、开关量或信号，如交流或直流、开关量或模模拟量、量、电流或流或电压、脉冲或、脉冲或电位、位、强电或弱或弱电等，等，PLC都有相都有相应的的I/O接口模接口模块与工与工业现场控制器件和控制器件和设备直接直接连接，用接，用户可以根据需要方便地可以根据需要方便地进行配置，行配置，组成成实用、用、紧凑的控制系凑的控制系统。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概
17、要v4使用使用简单，调试维修方便修方便v PLC的接的接线极其方便，只需将极其方便，只需将产生生输入信号的入信号的设备（如按（如按钮、开关等）与、开关等）与PLC的的输入端子入端子连接，将接收接，将接收输出出信号的被控信号的被控设备（如接触器、（如接触器、电磁磁阀等）与等）与PLC的的输出端出端子子连接，接，仅用螺用螺丝刀即可完成全部接刀即可完成全部接线工作。工作。v PLC的用的用户程序可在程序可在实验室模室模拟调试，输入信号用入信号用开关来模开关来模拟，输出信号可以出信号可以观察察PLC的的发光二极管。光二极管。调试后再将后再将PLC在在现场安装通安装通调。调试工作量要比工作量要比继电器控
18、制器控制系系统少得多。少得多。v PLC的故障率很低，并且有完善的自的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运断功能和运行故障指示装置。一旦行故障指示装置。一旦发生故障，可以通生故障，可以通过PLC机上各种机上各种发光二极管的亮光二极管的亮灭状状态迅速迅速查明原因，排除故障。明原因，排除故障。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v5体体积小、重量小、重量轻、功耗低、功耗低v 由于由于PLC采用半采用半导体大体大规模集成模集成电路，因路，因此整个此整个产品品结构构紧凑、体凑、体积小、重量小、重量轻、功耗低，、功耗低，PLC很容易装入机械很容易装入机械设备内部，是内部，是实现机机电一体一体
19、化的理想的控制化的理想的控制设备。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v5.1.3 PLC编程程语言言vPLC普遍流行的梯形普遍流行的梯形图进行行讲解，直解，直观易懂。它易懂。它是通是通过连线把把PLC指令的梯形指令的梯形图符号符号连接在一起的接在一起的连通通图，与，与电气原理气原理图相似。梯形相似。梯形图通常有左右两通常有左右两条母条母线，两母，两母线之之间是内部是内部“软继电器器”的常开、常的常开、常闭触点以及触点以及继电器器线圈圈组成的平行的成的平行的逻辑行，每个行，每个逻辑行以触点与左母行以触点与左母线开始，以开始，以线圈和右母圈和右母线结束。束。5.1 可可编程序程序逻辑控
20、制器概要控制器概要v梯形梯形图沿用沿用继电器等概念，如器等概念，如输入入继电器、器、输出出继电器和内部器和内部辅助助继电器，它器，它们不是真不是真实的硬件的硬件继电器，而是在梯形器，而是在梯形图中使用的中使用的编程元件（程元件（软元元件），每一个件），每一个软元件都与元件都与PLC存存储器的元件映像器的元件映像存存储器的存器的存储单元相元相对应。5.1 可可编程序程序逻辑控制器概要控制器概要v5.2 PLC的硬件的硬件结构构v PLC是一种以微是一种以微处理器理器为核心的工核心的工业通用自通用自动控制装置，其控制装置，其实质是一种工是一种工业控制用的控制用的专用用计算机算机。因此其。因此其组成
21、与一般的微型成与一般的微型计算机基本相同，也是由算机基本相同，也是由硬件系硬件系统和和软件系件系统两大部分构成。两大部分构成。v 可可编程控制器主要由程控制器主要由CPU、存、存储器、器、I/O单元、外元、外设接口、接口、电源等源等组成。成。图5-1为硬件系硬件系统的的结构框构框图图5-1为PLC硬件系统的结构框图5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v5.2.1 中央中央处理理单元元(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、运算器和寄存器等等组成。它按照系成。它按照系统程序程序赋予的功能接收并存予的功能接收并存储用用户程序和数据，用程序和数据，用扫描的方式采集
22、由描的方式采集由现场输入入设备送来的状送来的状态或数据，将其存入或数据，将其存入输入寄存器中，入寄存器中，并能并能诊断断电源和内部源和内部电路的工作状路的工作状态。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v 当当PLC投入运行投入运行时，首先它以，首先它以扫描的方式接描的方式接收收现场各各输入装置的状入装置的状态和数据，并分和数据，并分别存入存入I/O映象区，然后从用映象区，然后从用户程序存程序存储器中逐条器中逐条读取取用用户程序，程序，经过命令解命令解释后按指令的后按指令的规定定执行行逻辑或算数运算，再将或算数运算，再将结果送入果送入I/O映象区或数据映象区或数据寄存器内。等所有的用寄存器内。等所
23、有的用户程序程序执行完行完毕之后，最之后，最后将后将I/O映象区的各映象区的各输出状出状态或或输出寄存器内的出寄存器内的数据数据传送到相送到相应的的输出装置，如此循出装置，如此循环运行，直运行，直到停止运行。到停止运行。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v为了了进一步提高一步提高PLC的可靠性，的可靠性，对大型大型PLC还采采用双用双CPU构成冗余系构成冗余系统，或采用三，或采用三CPU的表决式的表决式系系统。这样，即使某个，即使某个CPU出出现故障，整个系故障，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，它的重要参数，它们决决定着定着PLC的
24、工作速度，的工作速度，I/O数量及数量及软件容量等，件容量等，因此限制着控制因此限制着控制规模。模。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v5.2.2 存存储器器vPLC存存储器包括系器包括系统存存储器和用器和用户存存储器。器。v 系系统存存储器固化厂家器固化厂家编写的系写的系统程序，用程序，用户不可以修改，包括系不可以修改，包括系统管理程序和用管理程序和用户指令解指令解释程序等：用程序等：用户存存储器包括用器包括用户程序存程序存储器（程序器（程序区）和功能存区）和功能存储器（工作数据区）两部分。工作器（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，行信息交互
25、的主要交互区，它的每一个二它的每一个二进制位、每一个字制位、每一个字节单位和字位和字单位位都有唯一的地址。都有唯一的地址。v 系系统程序存程序存储器是存放系器是存放系统软件的存件的存储器；器；用用户程序存程序存储器是存放器是存放PLC用用户程序程序应用用;数据存数据存储器用来存器用来存储PLC程序程序执行行时的中的中间状状态与信息，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 输入入输出接口（出接口（I/O模模块）vPLC与与电气回路的接口，是通气回路的接口，是通过输入入输出部分出部分（I/O）完成的。）完成的。I/O模模块集成了集成了PLC的的I
26、/O电路，路，其其输入寄存器反映入寄存器反映输入信号状入信号状态，输出点反映出点反映输出出锁存器状存器状态。输入模入模块将将电信号信号变换成数字信号成数字信号进入入PLC系系统，输出模出模块则正好相反。正好相反。I/O分分为开关量开关量输入（入（DI），开关量），开关量输出（出（DO），模），模拟量量输入入（AI），模），模拟量量输出（出（AO）等模）等模块。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v 输入接口是入接口是连接外部接外部输入入设备和和PLC内部的内部的桥梁，梁，输入回路入回路电源源为外接直流外接直流电源。源。输入接口接收来自入接口接收来自输入入设备的控制信号，如限位开关、操作按的控制信
27、号，如限位开关、操作按钮及一些及一些传感器的信号。通感器的信号。通过接口接口电路将路将这些信号些信号转换成成CPU能能识别的二的二进制信号，制信号，进入内部入内部电路，存入路，存入输入映像寄入映像寄存器中。运行存器中。运行时CPU从从输入映像寄存器中入映像寄存器中读取取输入信入信息息进行行处理理v 输出接口出接口连接被控接被控对象的可象的可执行元件，如接触器、行元件，如接触器、电磁磁阀和指示灯等。它是和指示灯等。它是PLC与被控与被控对象的象的桥梁，梁，输出接口的出接口的输出的状出的状态是由是由输入接口入接口输入的数据与入的数据与PLC内部内部设计的程序决定的。的程序决定的。5.2 PLC的硬
28、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通信接口的主要作用是实现PLC与外部与外部设备之之间的数据交的数据交换（通信）。通信接口的形式多（通信）。通信接口的形式多样，最，最基本的有基本的有RS-232,RS-422/RS-485等的等的标准准串行接口。可以通串行接口。可以通过多芯多芯电缆，双，双绞线，同，同轴电缆，光，光缆等等进行行连接。接。5.2 PLC的硬件结构的硬件结构v5.2.5 电源源v为PLC电路提供工作路提供工作电源，在整个系源，在整个系统中起着十中起着十分重要的作用。一个良好的、可靠的分重要的作用。一个良好的、可靠的电源系源系统是是PLC稳定运行的最
29、基本保障。一般交流定运行的最基本保障。一般交流电压波波动在在+10%(+15%)范范围内，可以不采取其它措内，可以不采取其它措施而将施而将PLC直接直接连接到交流接到交流电网上去。网上去。电源源输入入类型有：交流型有：交流电源（源（220VAC或或110VAC），），直流直流电源（常用的源（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靠靠执行用行用户程序来程序来实现控制要求。控制要求。为了便于了便于执行程序，在存行程序，在存储器中器中设置置输入映像寄存器区和入映像寄存器区和输出映像寄存器区（或出映
30、像寄存器区（或统称称I/O映像区），分映像区），分别存放存放执行程序之前的各行程序之前的各输入状入状态和和执行行过程中各程中各运算运算结果的状果的状态。PLC对用用户程序的程序的执行是以循行是以循环扫描方式描方式进行的。所行的。所谓扫描，只不描，只不过是一种形是一种形象的象的说法，用来描述法，用来描述CPU对程序程序顺序、分序、分时操作操作的的过程。程。5.3 PLC的工作方式与工作的工作方式与工作过程程v扫描从第描从第O号存号存储地址所存放的第一条用地址所存放的第一条用户程序程序开始，在无中断或跳开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存控制的情况下，按存储地地址号址号递增的方向增的方向顺序逐条
31、序逐条扫描用描用户程序，也就是程序，也就是顺序序执行程序，直到程序行程序，直到程序结束，即完成一个束，即完成一个扫描描周期，然后再从周期，然后再从头开始开始执行用行用户程序，并周而复程序，并周而复始地重复。由于始地重复。由于CPU的运算的运算处理速度很高，使得理速度很高，使得从外从外观上看，用上看，用户程序似乎是同程序似乎是同时执行的。行的。5.3 PLC的工作方式与工作的工作方式与工作过程程v PLC的的扫描工作方式同描工作方式同传统的的继电器控制系器控制系统明明显不同。不同。继电器控制装置采用硬器控制装置采用硬逻辑并行运并行运行的方式；在行的方式；在执行行过程中，如果一个程中，如果一个继电
32、器的器的线圈通圈通电，那么，那么该继电器的所有常开和常器的所有常开和常闭触点，触点，无无论处在控制在控制线路的什么位置，都会立即路的什么位置，都会立即动作：作：其常开触点其常开触点闭合，常合，常闭触点打开。而触点打开。而PLC采用循采用循环扫描控制程序的工作方式；在描控制程序的工作方式；在PLC的工作的工作过程程中，如果某个中，如果某个软继电器的器的线圈接通，圈接通，该线圈的所圈的所有常开和常有常开和常闭接点，并不一定都会立即接点，并不一定都会立即动作，只作，只有有CPU扫描到描到该接直接直时才会才会动作：其常开接点作：其常开接点闭合，常合，常闭接点打开。接点打开。5.3 PLC的工作方式与工
33、作的工作方式与工作过程程v5.3.2 PLC的工作的工作过程程v当当PLC投入运行后，其工作投入运行后，其工作过程一般分程一般分为三个三个阶段，即段，即输入采入采样、用、用户程序程序执行和行和输出刷新三个出刷新三个阶段。完成上述三个段。完成上述三个阶段称作一个段称作一个扫描周期。在描周期。在整个运行期整个运行期间，PLC的的CPU以一定的以一定的扫描速度重描速度重复复执行上述三个行上述三个阶段。段。5.3 PLC的工作方式与工作的工作方式与工作过程程v1输入采入采样阶段段v在在这个个阶段中，段中，PLC按按顺序逐个采集所有序逐个采集所有输入端入端子上的信号，而不子上的信号，而不论输入端子上是否
34、接入端子上是否接线。CPU将将顺序序读取的全部取的全部输入信号写入到入信号写入到输入映像寄存入映像寄存器中，器中，输入回路通入回路通则相相应端子的映像寄存器就端子的映像寄存器就为1，输入回路不通，入回路不通，则相相应端子的映像寄存器就端子的映像寄存器就为0。在当前。在当前扫描周期内，用描周期内，用户程序程序执行行时依据依据的的输入信号状入信号状态(ON或或OFF)均从均从输入映像寄存入映像寄存器中器中读取，取，5.3 PLC的工作方式与工作的工作方式与工作过程程v而不管此而不管此时外部外部输入信号状入信号状态是否是否变化。化。输入采入采样结束后，束后，转入用入用户程序程序执行和行和输出刷新出刷
35、新阶段。段。在在这两个两个阶段中，即使段中，即使输入状入状态和数据和数据发生生变化，化，I/O映象区中的相映象区中的相应单元的状元的状态和数据也不会改和数据也不会改变。因此，如果。因此，如果输入是脉冲信号，入是脉冲信号，则该脉冲信号脉冲信号的的宽度必度必须大于一个大于一个扫描周期，才能保描周期，才能保证在任何在任何情况下，情况下，该输入均能被入均能被读入。入。5.3 PLC的工作方式与工作的工作方式与工作过程程v2程序程序执行行阶段段v在用在用户程序程序执行行阶段，段，PLC总是按由上而下的是按由上而下的顺序依次地序依次地扫描用描用户程序程序(梯形梯形图)。在。在扫描每一条描每一条梯形梯形图时
36、，又，又总是先是先扫描梯形描梯形图左左边的由各触点的由各触点构成的控制构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的路，并按先左后右、先上后下的顺序序对由触点构成的控制由触点构成的控制线路路进行行逻辑运算，然后运算，然后根据根据逻辑运算的运算的结果，刷新果，刷新该逻辑线圈在系圈在系统RAM存存储区中区中对应位的状位的状态；或者刷新；或者刷新该输出出线圈在圈在I/O映象区中映象区中对应位的状位的状态；或者确定是否；或者确定是否要要执行行该梯形梯形图所所规定的特殊功能指令。定的特殊功能指令。5.3 PLC的工作方式与工作的工作方式与工作过程程v在用在用户程序程序执行行过程中，只有程中，只有输入点在入点在
37、I/O映象映象区内的状区内的状态和数据不会和数据不会发生生变化，而其他化，而其他输出点出点和和软设备在在I/O映象区或系映象区或系统RAM存存储区内的状区内的状态和数据都有可能和数据都有可能发生生变化，而且排在上面的梯化，而且排在上面的梯形形图，其程序，其程序执行行结果会果会对排在下面的凡是用到排在下面的凡是用到这些些线圈或数据的梯形圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下起作用；相反，排在下面的梯形面的梯形图，其被刷新的，其被刷新的逻辑线圈的状圈的状态或数据或数据只能到下一个只能到下一个扫描周期才能描周期才能对排在其上面的程序排在其上面的程序起作用。起作用。5.3 PLC的工作方式与工作的工作方
38、式与工作过程程v3输出刷新出刷新阶段段v当当CPU对全部用全部用户程序程序扫描描结束后，将元件映像束后，将元件映像寄存器中所有寄存器中所有输出映像出映像继电器的状器的状态同同时送到送到输出出锁存器中，再由存器中，再由输出出锁存器存器经输出端子去出端子去驱动各各输出出继电器所器所带的的负载，所以，所以输出刷新出刷新阶段也段也是集中批是集中批处理理过程。程。输出刷新出刷新阶段段结束后，束后，CPU进入下一个入下一个扫描周期，周而复始直至描周期，周而复始直至PLC停机或停机或切切换到到STOP工作状工作状态。5.3 PLC的工作方式与工作的工作方式与工作过程程v5.4 华中中PLC的程序的程序结构构
39、v 华中中PLC程序通常由程序通常由顺序程序由三部分序程序由三部分组成：成：初始化程序部分、第一初始化程序部分、第一级程序部分和第二程序部分和第二级程序部程序部分和子程序，程序分和子程序，程序结构如构如图5-2所示，所示，v初始化程序部分只在系初始化程序部分只在系统启启动时执行一次。行一次。v 第第1级程序从程序开始到程序从程序开始到1END命令之命令之间，每，每1ms 执行一次。主要特点是信号采行一次。主要特点是信号采样实时以及以及输出信号响出信号响应快。它主要快。它主要处理短脉冲信号，如急停、理短脉冲信号，如急停、跳跳转、超程等信号。在第、超程等信号。在第1级程序中，程序程序中，程序应尽可
40、尽可能短，能短，这样可以可以缩短短PLC程序程序执行行时间。第二。第二级程序每程序每n ms 执行一次。行一次。n 为第二第二级程序的分割程序的分割数。程序数。程序执行行时，第二，第二级程序将被自程序将被自动分割。分割。5.4 PLC的程序的程序结构构图5-2 PLC程序结构示意图5.4 PLC的程序的程序结构构v第第2级程序是程序是END1命令之后，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程序通常包括功能程序与运动程程序程序。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
41、将具有特定功能并且多次使用的程序段作程序段作为子程序。主程序中用指令决定具体子子程序。主程序中用指令决定具体子程序的程序的执行状行状态。当主程序中。当主程序中调用子程序并用子程序并执行行时，子程序，子程序执行全部指令直到行全部指令直到结束，然后系束，然后系统将将返回返回调研子程序的主程序。研子程序的主程序。5.4 PLC的程序的程序结构构v子程序用于子程序用于为程序分段和分程序分段和分块，使其成，使其成为较小的、小的、更易于管理的快。在程序更易于管理的快。在程序调试和和维护时，通，通过使使用用较小的程序小的程序块，对这些区域和整个程序些区域和整个程序进行行简单的的调试并排除故障。只有在需要并排
42、除故障。只有在需要时才才调用子程用子程序序块，可以更有效地使用，可以更有效地使用PLC，因，因为所有的子程所有的子程序序块可能无需可能无需执行每次行每次扫描，所以能描，所以能够缩短短PLC程序程序处理理时间。5.4 PLC的程序的程序结构构v梯形梯形图程序分成两部分：第一程序分成两部分：第一级程序和第二程序和第二级程程序。第一序。第一级程序每个程序每个扫描周期都要描周期都要执行一次，第行一次，第二二级程序程序则分分块执行，每个行，每个扫描周期只描周期只执行一行一块。因此第二因此第二级程序程序执行周期行周期为（参（参见图5-3）：）：v第二第二级程序程序执行周期行周期=PLC扫描周期描周期第二第
43、二级程程序分序分块数数图5-3 梯形图程序执行过程5.4 PLC的程序的程序结构构v5.5 PLC的寄存器的寄存器vPLC与与继电器控制的根本区器控制的根本区别在于在于PLC采用采用软器器件，通件，通过程序将各器件程序将各器件联系起来。通常系起来。通常习惯将将PLC中的中的软器件仍称器件仍称为继电器、定器、定时器、器、计数器数器等。其等。其实它它们并不是并不是实际的物理的物理实体。体。对于上述于上述器件在使用器件在使用时都必都必须用用编号来加以号来加以识别。下面介。下面介绍编址方法：每个址方法：每个编程元件（程元件（软器件）的器件）的编码由由字母和数字字母和数字组成。字母成。字母X表示表示输入
44、入继电器，器，Y表示表示输出出继电器，器，R表示中表示中间继电器，器，T表示定表示定时器，器，C表示表示计数器。数器。5.5 PLC的寄存器的寄存器v5.5.1 输入寄存器（入寄存器（X）vPLC的的输入寄存器是用于存入寄存器是用于存储外部外部输入信号的（按入信号的（按钮、行程开关等、行程开关等输入信号）。每一个入信号）。每一个输入寄存器都与入寄存器都与一个一个输入端子相入端子相对应，当，当输入端子得到一个有效信号入端子得到一个有效信号之后，之后，对应的的输入寄存器内的数据将由入寄存器内的数据将由“0”变为“1”。v1输入寄存器用字母入寄存器用字母X表示，表示，输入地址由入地址由X+字字节+位
45、地址表示，参位地址表示，参见图5-4。v v 图5-4 输入寄存器入寄存器5.5 PLC的寄存器的寄存器v2输入寄存器只能由外部信号入寄存器只能由外部信号驱动，驱动信号多是信号多是直流直流电源信号，可以是源信号，可以是DC24V电源中的正极，也可源中的正极，也可是是DC24V电源中的源中的负极。极。v3寄存器的位地址寄存器的位地址编址采用址采用8进制。制。v4其其拥有常开触点与常有常开触点与常闭触点，触点使用的次数不触点，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 输出寄存器出寄存器(Y)vPLC的的输出寄存器是用于存出寄存器是用于存储PLC程序运算程序运算结果
46、，果，并通并通过输出接口控制外部出接口控制外部执行元件（行元件（继电器、器、电磁磁阀等）。每一个等）。每一个输出寄存器都与唯一的出寄存器都与唯一的输出端子相出端子相对应。v1输出寄存器用字母出寄存器用字母Y表示，表示，输入地址由入地址由Y+字字节+位地址表示，参位地址表示，参见图5-5。v v v 图5-5 输出寄存器出寄存器5.5 PLC的寄存器的寄存器v v2输出寄存器只能由程序运算出寄存器只能由程序运算结果果驱动，也就是只，也就是只有在程序中控制寄存器有在程序中控制寄存器线圈的通断圈的通断电，才能控制寄，才能控制寄存器内的数据。存器内的数据。v3输出寄存器的位地址出寄存器的位地址编址采用
47、址采用8进制。制。v4输出寄存器既有出寄存器既有线圈也有触点，在同一程序中，圈也有触点，在同一程序中，同一地址的同一地址的线圈只能出圈只能出现一次，而触点可以无限次一次，而触点可以无限次被使用。触被使用。触头有常开触点与常有常开触点与常闭触点。触点。5.5 PLC的寄存器的寄存器v5.5.3 G/F寄存器寄存器vG/F寄存器是用来寄存器是用来对PLC与与IPC进行通信的存行通信的存储器。器。vG寄存器用于寄存器用于PLC给IPC传递控制信息，每一个控制信息，每一个G寄存器具有特定的功能，寄存器具有特定的功能，该功能由功能由IPC厂家指厂家指定。定。vF寄存器用于寄存器用于IPC给PLC返回确返
48、回确认信息，每一个信息，每一个F寄存器具有特定的功能，寄存器具有特定的功能，该功能由功能由IPC厂家指定。厂家指定。5.5 PLC的寄存器的寄存器v5.5.4 R寄存器寄存器vPLC的的R寄存器寄存器类似于似于继电控制中的中控制中的中间继电器，器，它不能接受它不能接受输入信号，也不能入信号，也不能对外外输出信号，只出信号，只能存放中能存放中间运算运算结果。某些特殊的果。某些特殊的R寄存器寄存器还具具有特殊的功能，有特殊的功能，这些功能是由些功能是由PLC生生产厂家指定厂家指定的。的。v1R寄存器用字母寄存器用字母R表示，表示，输入地址由入地址由R+字字节+位地址表示，参位地址表示，参见图5-6
49、。v v 图5-6 R寄存器寄存器5.5 PLC的寄存器的寄存器 v2R寄存器只能由程序运算寄存器只能由程序运算结果果驱动，也就是只，也就是只有在程序中控制寄存器有在程序中控制寄存器线圈的通断圈的通断电，才能控制寄，才能控制寄存器内的数据。存器内的数据。v3输出寄存器的位地址出寄存器的位地址编址采用址采用8进制。制。v4R寄存器既有寄存器既有线圈也有触点，在同一程序中，圈也有触点，在同一程序中，同一地址的同一地址的线圈只能出圈只能出现一次，而触点可以无限次一次，而触点可以无限次被使用。触被使用。触头有常开触点与常有常开触点与常闭触点触点5.5 PLC的寄存器的寄存器v5.5.5 计数器数器vP
50、LC通通过计数器完成信号累数器完成信号累计加减的控制要求。加减的控制要求。华中中PLC共有共有20个个计数器，数器，计数器号数器号为120.计数器的指令表示如数器的指令表示如图5-7所示。所示。1控制条件控制条件v（1）指定初始指定初始值（CN0）vCN0=0：计数数值从从0开始，即开始，即0,1,2,3,4,5,vCN0=1：计数数值从从1开始开始(0不使用不使用)，即，即1,2,3,4,5,5.5 PLC的寄存器的寄存器v（2）指定上升型或下降型）指定上升型或下降型计数器数器（UPDOWN）vUPDOWN=0：减减计数器。数器。计数器从数器从预置置值开开始减始减计数，到达由数，到达由CN0