第三章 可编程控制器概述

第三章可编程序控制器概述可编程序控制器（ProgrammableController）简称（PC），后又称为可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)简称（PLC），是在继电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。它具有结构简单、可靠性高、通用性强、易于编程、使用方便等优点。常识:PLC技术、CAD/CAM技术和机器人为现代工业自动化的三大支柱。3.1PLC的产生和定义

一、PLC的产生产生背景：20世纪20年代以来，继电器控制曾一度占据工业控制领域的主导地位。继电器控制系统的弱点：

体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差等。尤其是可靠性差、不具有通用性、灵活性。

PLC的由来

*1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）为适应汽车型号不断翻新（小批量、多品种、多规格、低成本和高质量），提出要用一种新型的控制装置取代继电—接触器控制装置，拟定了十项公开招标的技术要求。

十项技术要求

1.编程简单方便，可在现场修改程序；2.硬件维护方便，最好是插件式结构；3.可靠性要高于继电器控制装置；4.体积小于继电器控制装置;5.可将数据直接送入管理计算机；6.成本上可与继电器柜竞争；7.输入可以是交流115V(注：美国电网电压是110V)；8.输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀；9.通用性强，扩展方便，原有系统只需做很小的改动；10.用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。从上述10项指标可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器最基本的功能。将它们归纳一下，其核心为以下四点：

(1)用计算机代替继电器控制盘。(2)用程序代替硬件接线。(3)输入/输出电平可与外部装置直接连接。(4)结构易于扩展。*1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程序控制器（PDP-14型）二、PLC的定义

?可编程序控制器(PLC)ProgrammableLogicController定义

国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。注：近年来，可编程控制器发展很快，几乎每年都推出不少新系列产品，其功能已超出了上述定义的范围。区别于微机控制系统的重要特征

工业环境抗干扰能力适应能力应用范围3.2

PLC的发展与应用一、可编程序控制器的发展概况

第一阶段（初创期）

第二阶段（成熟期）第三阶段（大发展期）第四阶段（继续发展阶段）诞生于20世纪60年代末:MODICON084是世界上第一种投入生产的PLC。崛起于20世纪70年代：首先在汽车流水线上大量应用。成熟于20世纪80年代：全面采用微电子处理器技术，得到大量推广应用，年销售始终以高于20%的增长率上升，奠定了其在工业控制中不可动摇的地位。突破于20世纪90年代：从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统发展；编程语言和应用多样化。第一阶段（1969—1972）编程语言：采用计算机的初级语言硬件结构：采用中、小规模集成电路初创期把计算机的程序存储技术引入继电器控制系统

功绩PDP-14可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC可编程序控制器仅具有逻辑运算、定时、计数等一些功能，因此称为可编程序逻辑控制器，简称PLC。第二阶段（1973—1978）硬件：采用微处理器控制功能：增多编程技术：开发了梯形图编程法

成熟期进入实用化阶段

可编程序控制器（ProgrammableController）简称PCNEMAPLC？个人计算机（PersonalComputer）简称PC为与个人计算机（PC）相区别，又把可编程序控制器简称为PLC。

70年代后随着电子技术和计算机技术的发展，微处理技术应用，PLC还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。第三阶段（1978—1984）PLC应用面扩大、销售额剧增功能进一步增强、处理速度更快大发展期随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。第四阶段性能/价格比大幅度提高

编程语言多样化人机对话能力增强

继续发展阶段具备了计算机功能的一种通用工业控制装置，成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC技术、机器人、CAD/CAM）之一。二、可编程序控制器发展趋势大型化小型化发展趋势1.加强PLC通信联网的信息处理能力

2.开放性和标准化

3.体积小型化，运算速度高速化

4.软PLC的出现（一）大型化*大存储容量*高速度*高性能*增加I/O点数方向发展：

主要表现

1、增强网络通信功能2、发展智能模块3、外部故障诊断功能4、编程语言、编程工具标准化、高级化5、实现软件、硬件标准化6、编程组态软件发展迅速（二）小型化*简易化*体积小*功能强*价格低方向发展：

PLC具有体积小、可靠性高、功能强、程序设计方便、通用性强、维护方便等优点，在各个行业中有着广泛的应用，以成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）。1.模拟控制在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能。特别是当系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC具有其他控制装置所无法比拟的优势。另外，某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而可实现对系统的PID等反馈或其他模拟量的控制运算。三、PLC的功能和应用2.开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。3.定时控制PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。对于定时器，其定时间隔可以由用户加以设定。对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。4.数据处理新型PLC都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些PLC还可以进行浮点运算和函数运算。5.信号联锁系统

信号联锁是安全生产所必需的。在信号联锁系统中，采用高可靠性的PLC是安全生产的要求。对安全要求高的系统还可采用多重的检出元件和联锁系统，而对其中的逻辑运算等，可采用冗余的PLC实现。6.通信联网把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，可完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器。PLC的应用领域1.中小型单机电气控制系统

2.制造业自动化

3.运动控制

4.过程控制3.3PLC的特点

1.可靠性高、抗干扰能力强

2.控制系统结构简单、通用性强

3.丰富的I/O接口模块

4.编程简单、使用方便

5.设计安装简单、维修方便

6.体积小、重量轻、能耗低PLC是综合继电—接触器控制技术和计算机控制技术而开发的，是以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术、通信技术于一体的控制装置，PLC具有其他控制器无法比拟的特点：1、可靠性高，抗干扰能力强。PLC是专门为工业环境下应用而设计的，在硬件和软件上都采用了抗干扰措施。2、编程简单，使用方便PLC编程语言：梯形图、指令语句、功能图。大多数PLC采用梯形图的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，具有形象、直观、易学的特点。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。3、功能完善、通用性强现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。4、设计安装简单、维护方便PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，使得控制柜的设计、安装的接线工作量大为减少。PLC用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。5、体积小、重量轻、能耗低由于PLC采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低。3.4

PLC的分类1、按输入/输出点数分根据PLC的输入/输出（I/O）点数的多少，一般可将PLC分为以下3类。1）小型机小型PLC的I/O总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4KB字节以下。适合于控制单台设备，开发机电一体化产品。2）中型机中型PLC的I/O总点数在256～2048点之间，用户程序存储器容量达到2~8KB字节。适合于有温度控制和开关动作要求复杂的机械以及连续生产过程控制的场合。3）大型机大型PLC的I/O总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达到8~16KB字节。适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统。按PLC的控制规模分类小型机中型机大型机控制点数<256点256点～2048点>2048点用户程存储器容量<8K字<50K字>50K字

样机西门子S7-200西门子S7-300西门子S7-4002、按结构形式分根据PLC结构形式的不同，可分为整体式、模块式、叠装式和分布式。1)整体式又称箱体式，从结构上看，早期的可编程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O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。一个箱体就是一个完整的PLC。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，不一定能适合具体的控制现场的需要。这类产品有OMRON公司的C20P、C40P、C60P，三菱公司的Fl系列，东芝公司的EX20/40系列等。一个完整的PLC安装在一个机箱中。整体式2）模块式模块式结构又叫积木式。这种结构形式的特点是把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、电源模块、通信模块等。另外，机器上有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，都插到母板上，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。常见产品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。系统构成非常灵活，安装、扩展和维修都很方便，但是体积比较大。模块式模块式PowerinaSmallPackage!!电源模块CPU模块I/O模块底板3）叠装式吸收了整体式和模块式的优点，其基本单元、扩张单元等高等宽，但是长度不同。它不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的、体积小巧的长方体，而且输入、输出点数的配置也相当灵活。如三菱公司的FX2系列。4）分布式PLC特点是各组模块式可以安装在不同的工作场所。注意：中央控制PLC（主站）与工作站（从站）之间一般需要通过总线进行连接与通信，构成一种网络系统。按PLC的结构形式分类整体式模块式叠装式特点电源,CPU,I/O集中在一个机箱内由机架和各种模块组成整体式与模块式结合起来优点结构紧凑,价格低,体积小配置灵活,装配方便,便于扩展维修结构紧凑体积小配置灵活安装方便样机美国GE公司的GE-I系列S7-300S7-400S7-2003、按功能分类1)低档PLC：具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能，主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

2)中档PLC：除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能，有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。

3)高档PLC：除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。4、按生产厂家分1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家：美国A－B公司（Allen－Bradley）德国西门子公司（Siemens）美国GE－Fanuc公司美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司日本欧姆公司（OMRON）日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）日本富士电机株式会社（FujiElectric）日本东芝公司（TOSHIBA）日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE）日本松下电工株式会社（MEW）：MatsushitaElectricWorksLtdPLC面临的课题PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC1131－3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。

3.5PLC的硬件结构和各部分的作用PLC的基本组成

PLC是一种工控计算机，与计算机的组成十分相似，但具有更强的与工业过程相连接的接口。PLC的硬件结构主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出（I/O）接口、电源及外围编程设备等几大部分构成。其结构框图如图所示。结构框图PLC各组成部分的作用1、中央处理单元（CPU）

★微处理器：实现逻辑运算、数学运算，协调控制系统内部各部分的工作★按照系统程序所赋予的任务运行★任务：1.控制接收与存储用户程序和数据2.进行自诊断3.

执行用户程序微处理器控制接口电路CPU微处理器是可编程序控制器的核心，指挥PLC有条不紊地进行各种工作。作用：在可编程序控制器控制系统中，CPU模块相当于人的大脑，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。

微处理器具体作用

1）接收并存储用户程序和数据。2）检查、校验用户程序。对正在输入的用户程序进行检查，发现语法错误立即报警，并停止输入；在程序运行过程中若发现错误，则立即报警或停止程序的执行。3）接收现场的状态或数据并存储。将接收到现场输入的数据保存起来，在需要改数据的时候将其调出、并送到需要该数据的地方。

4）PLC进入运行后，执行用户程序，存储执行结果，并将执行结果输出。当PLC进入运行状态，CPU根据用户程序存放的先后顺序，逐条读取、解释和执行程序，完成用户程序中规定的各种操作，并将程序执行的结果送至输出端口，以驱动可编程控制器的外部负载。5）诊断电源、PLC内部电路的工作故障。诊断电源、可编程控制器内部电路的故障，根据故障或错误的类型，通过显示器显示出相应的信息，以提示用户及时排除故障或纠正错误。微处理器类型1）通用微处理器（8080、8086、80286、80386等）2）单片机（8031、8096等）3）位片式微处理器（AM2900、AM2901、AM2903等）

PLC大多用8位和16位微处理器。单片机是将微处理器、部分存储器、部分输入／输出接口以及连接它们的控制接口电路等集成在一块芯片上的处理器，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低成本等优点。控制接口电路控制接口电路是微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件，主要有数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理等功能。微处理器通过它来实现与各个单元之间的可靠的信息交换和最佳的时序配合。控制接口电路

是微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件数据缓冲单元选择信号匹配中断管理功能2、存储器用于存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。

存储器系统程序存储器

用户程序存储器

1）系统程序存储器存放由可编程控制器生产厂家编写的系统监控程序，并固化在ROM内，用户不能直接更改。2）用户程序存储器根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。

小型的PLC的存储容量一般在8K字节以下。系统程序存储器存放：监控程序用户指令解释标准程序模块系统调用管理程序系统参数系统程序关系到PLC的性能，不能由用户访问和修改。

用户程序存储器用户程序区数据区系统区用户程序存储器用户程序工作数据系统参数系统参数（CPU组态数据）：*输入输出组态

*功能的设置

类型(1)随机读取存储器(RAM)用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，它是易失性的存储器，当供电电源关掉后，其存储的内容会丢失，因此在实际使用中，通常为其配备掉电保护电路，当正常电源关断后，由备用电池为它供电，保护其存储的内容不丢失。随机读取存储器(RAM)在PLC中用作用户程序的存储器和数据的存储器。类型(2)只读存储器(ROM)ROM又称掩膜只读存储器，它存储的内容在其制造过程中确定，不允许再改变。只能读出，不能写入。它是非易失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序。PROM是可编程只读存储器，它的存储内容是由用户用编程器一次性写入的，不能再改变。类型(3)EPROM是可擦除可编程只读存储器它的存储内容也是由用户用编程器写入的，但是可以在紫外线灯的照射下擦除，因此，它允许反复多次地擦除和写入；为了调试和修改的方便，总是先把用户程序存放在随机存取存储器(RAM)中，经过运行、考核、修改、完善、达到设计要求后，再把它固化到EPROM中，替代RAM使用。类型(4)可电擦除可编程的只读存储器(EEPROM)它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程．兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多。EEPROM用来存放用户程序和需长期保存的重要数据。3、输入、输出单元PLC与被控对象之间传送输入输出信号的接口部件，输入/输出单元有良好的电隔离和滤波功能。PLC的CPU与现场I/O装置或其它外部设备之间连接的接口部件。是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。I/O单元的作用1）电平转换功能：由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信息只能是标准电平。2）光电隔离和滤波功能：以提高PLC的抗干扰能力。3）状态指示：工作状况直观，便于维护。类型晶体管输出方式晶闸管输出方式继电器输出方式输入单元输出单元直流交流交直流（1）开关量输入/输出接口

1）开关量输入接口开关量输入器件：按钮、选择开关、数字拨码开关、行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点等。作用：现场的数字（开关）量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。分类：按可接纳的外部信号电源的类型不同分为直流输入接口单元和交流输入接口单元。一般单元式PLC中输入接口单元都使用可编程本机的直流电源供电，不再需要外接电源。2）开关量输出接口开关量输出器件：接触器线圈、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。作用：将PLC内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。开关量输出接口类型：继电器输出（电磁隔离）说明：用于交流、直流负载，但接通断开的频率低。晶体管输出（光电隔离）说明：有较高的接通断开频率，用于直流负载。晶闸管输出（光触发型进行电气隔离）说明：仅适用于交流负载。（2）模拟量输入/输出接口1）模拟量输入接口作用：将现场的模拟量标准信号转换成PLC内部处理的由若干位二进制数字表示的信号。模拟量输入接口接受标准模拟信号，标准模拟信号可以是电压信号或电流信号。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变送处理才能使用。模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A/D转换，再经光电耦合后转换为PLC能识别数字量信号。2）模拟量输出接口作用：将PLC运算处理后的数字量信号转换模拟量信号输出，即将二进制数字信号转换成4～20mA的电流输出信号或0～10V、1～5V的电压输出信号，以提供给执行机构以满足生产过程现场连续控制信号的需求。组成：光电隔离、D/A转换和信号驱动等。其它常用接口4、通信接口：通过各种通信接口，PLC可与监视器、打印机、PLC或计算机相连，实现数据和信息的交换。5、智能接口：闭环控制模板，高速计数模板等。6、扩展接口：扩展接口用于将扩展单元与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活。7、编程设备作用：供用户进行程序的编制，编辑，调试和监视。通过编程器可以把新的用户程序输入到PLC的RAM中，或者对RAM中已有程序进行编辑。通过编程器还可以对PLC的工作状态进行监视和跟踪。

编程器分类：1）简易型：只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符（指令表）后，才能输入。它一般由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。2）智能型两类（图形编程器）：可以联机，也可以脱机编程，具有LCD（液晶显示器）或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。

除了上述专用的编程器外，还可以利用计算机，配上PLC生产厂家提供的相应的软件包来作为编程器，这种编程方式已成为PLC发展的趋势。现在，有些PLC不再提供编程器，而只提供微机编程软件，并且配有相应的通信连接电缆。编程器*程序的编制、编辑、调试、监视······*简易型*智能型计算机编程通信接口编程软件8、电源单元◆把外部电源变换成系统内部各单元所需的电源，并可向外部提供直流24V稳压电源，用于对外部供电，如传感器等。◆采用开关电源◆电源的性能直接影响PLC的抗干扰能力◆掉电保护电路◆后备电池电源(锂离子电池)

电源单元是PLC的电源供给部分。它的作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源，有的电源单元还向外提供直流电源，给与开关量输入单元连接的现场电源开关使用。电源单元还包括掉电保护电路和后备电池电源，以保持RAM在外部电源断电后存储的内容不丢失。1）可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC5V、±12V、24V等直流电源。2）对电源的稳定性要求不是太高，允许在额定电源电压值的±15%范围波动。3)小型PLC，电源与CPU合为一体，中大型PLC，用单独的电源模块。9、其它外部设备（如外存储器、EPROM写入器、人机接口装置）一、PLC控制系统的组成3.6可编程序控制器的工作原理PLC控制系统由三部分组成：输入部分逻辑部分输出部分PLC与继电器控制系统的比较⑴组成器件不同：继电器控制线路是许多真正的硬件继电器组成，而梯形图则由许多所谓“软继电器”组成。⑵触点数量不同：硬继电器的触点数量有限，用于控制的继电器的触点数一般只有4～8对；而梯形图中每个“软继电器”供编程使用的触点数有无限对。⑶实施控制的方法不同：在继电器控制线路中，实现某种控制是通过各种继电器之间硬接线解决的。而PLC控制是通过梯形图即软件编程解决的。⑷工作方式不同：在继电器控制线路中，采用并行工作方式；而在梯形图的控制线路中，采用串行工作方式。图3-7PLC控制系统与继电器-接触器控制系统的比较系统的每一个输入点与输入映象区的某一位相对应系统的每一个输出点与输出映象区的某一位相对应

建立I/O映象区I：O：Q0.0I0.0存储器

系统的输入、输出点的编址号与I/O映像区的映像寄存器地址号相对应。PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映像区对应的位上；将运算的结果存放到输出映像区对应的位上。作用：I/O映像区使PLC工作时只和内存有关地址单元内所存信息状态发生关系，而系统输出也是只给内存某一地址单元设定一个状态。优点加快程序执行速度，使控制系统与外界隔开，提高系统的抗干扰能力，同时控制系统远离实际控制对象，为硬件标准化生产创造了条件。二、PLC循环扫描的工作方式

（一）可编程序控制器的工作过程

在系统程序的监控下，周而复始地按固定顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程实质上是一个不断循环的顺序扫描过程。一个循环扫描过程所需的时间称为一个扫描周期。扫描周期：与CPU时钟频率、指令类型（扫描速度）、程序长短有关。

扫描周期是PLC一个很重要的指标，一般小型PLC的扫描周期为十几毫秒到几十毫秒。周期循环扫描原因：1）PLC在运行时需要处理许多操作；2）PLC的CPU却不能同时执行多个操作，每一刻只能执行一个操作。具体表现在：在一个扫描周期内，前面执行的任务结果立即就可被后面将要执行的任务所用；可以通过设定一个监视定时器来监视每个扫描周期的时间是否超过规定值，避免某个任务进入死循环而引起的故障。PLC的工作过程一个扫描周期内基本上要执行以下六个任务(1)运行监控任务。为了保证系统可靠工作，PLC内部设置了系统监视定时器WDT，由它来监视扫描周期是否超时。PLC在每个扫描周期内都要对WDT进行复位操作，如果不能执行该任务，则WDT的计时会超过设定值，也就是扫描周期超过了规定时间，这表明系统的硬件或用户软件发生了故障。当WDT超时后，它会自动发出故障报警信号，并停止PLC的运行。WDT的时间设定值一般为扫描周期的2～3倍，通常为100～200ms，很多PLC可以由用户根据实际应用情况通过硬件或软件来设定。

(2)与编程器交换信息任务。编程器是PLC的外部设备，它与主机的外设I/O接口相连。作为编制、调试用户程序的外部设备，编程器在PLC的外部设备中占有非常重要的地位，所以在主机的扫描周期中，把与编程器交换信息的任务单独列出，而不包括在与外部设备信息交换的任务中。编程器是人机交互的设备，用户把应用程序输入到PLC中，或对应用程序进行在线运行监视和修改都要用到它。这就要求PLC能与编程器进行信息交换。当PLC执行到与编程器交换信息任务时，就把系统的控制权交给编程器，并启动信息交换的定时器。在编程器取得控制权后，用户就利用它来修改内存中的应用程序，对系统的工作状态进行修改。如读微处理器的状态，读或写数字变量和逻辑变量，封锁或开放输入/输出以及控制微处理器等。编程器在完成处理任务或达到信息交换的规定时间后，就把控制权交还给PLC。在每个扫描周期内都要执行此项任务。(3)与数字处理器(DPU)交换信息任务。一般大中型PLC多为双处理器系统，一个是字节处理器(CPU)，另一个是数字处理器(DPU)。CPU是系统的主处理器，由它处理字节操作指令，控制系统总线，统一管理各种接口和输入/输出单元；DPU是系统的从处理器，它的作用是处理位操作指令，协助主处理器加快整个系统的处理速度。当PLC为双处理器系统时，就会有与数字处理器交换信息的任务。该任务主要是数字处理器(DPU)的寄存器信息与主系统的寄存器信息和开关量信息的交换。这个任务占用的时间随信息交换量而变化。在一般小型PLC中是没有这个任务的。(4)与外部设备交换信息任务。该任务主要是PLC与上位计算机、其他PLC或一些终端设备(如彩色图形显示器、打印机等设备)进行信息交换。这一任务的大小和占用时间的长短随主机外部设备的数量和数据通信量而变化。如果没有连接外部设备，则该任务跳过。(5)执行用户程序任务。用户程序是由用户根据实际应用情况而编制的程序，存放在RAM或EPROM中。PLC在每个扫描周期内都要把用户程序执行一遍，用户程序的执行是按用户程序的实际逻辑关系结构由前向后逐步扫描处理的，并把运行结果装入输出状态暂存区中，系统的全部控制功能都在这一任务中实现。(6)输入/输出信息处理任务。PLC内部开辟了两个暂存区，即输入信号和输出信号状态暂存区。用户程序从输入信号状态暂存区中读取输入信号状态，运算处理后将结果放入输出信号状态暂存区中。输入/输出信号状态暂存区与实际输入/输出单元的信息交换是通过输入/输出任务实现的。输入/输出任务还包括对输入/输出扩展接口的操作，通过输入/输出扩展接口实现主机的输入/输出状态暂存区与简单输入/输出扩展环节中的输入/输出单元或与智能型输入/输出扩展环节中的输入/输出状态区之间的信息交换。PLC在每个扫描周期中都执行该任务。3、PLC用户程序的工作过程（循环扫描工作方式）用户程序的完成可分为以下三个阶段输入采样阶段PLC顺序读入所有输入端子的状态，并将读入的信息存入内存中所对应的输入映像寄存器。程序执行阶段

根据PLC梯形图程序的扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。输出刷新阶段

将输出映像寄存器中寄存器的状态，转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

特点集中采样与集中输出的工作方式外界信号状态的变化要到下一个周期才被读入程序执行阶段输出映象区的内容随着程序执行的进程而变化输入、输出延迟响应语句的安排影响响应时间PLC扫描工作方式的特点1、特点：集中采样、集中输出、循环扫描1）集中采样：对输入状态的扫描只在输入采样阶段进行。即在程序执行阶段或输出阶段，即使输入端状态发生变化，输入