1、XA6132 万能铣床改造第 1 页 共 29 页摘 要XA6132 万能铣床是对工件进行特定加工的一种高效率、自动化的专用加工设备。原有的控制电路为继电器、接触器控制，其触点多、线路复杂，使用多年后，故障率高、维修量大、维护不便、可靠性差、生产率低，并且不适应目前小批量、多品种、复杂零件的加工，为了充分利用机床，就需要对机床进行机电一体改造以提高设备的自动化水平，提高生产效率，减轻工人的劳动强度，使得加工精度有所改善。PLC 是一种新型的通用控制装置，将传统的继电器控制技术计算机控制技术和通信技术融为一体，专门为工业控制而设计，具有功能强、通用灵活、可靠性强、环境适应性好、编程简单、使用方便
2、、体积小、重量轻、功能低等一系列优点。近年来，随着可编程控制器的日渐成熟、越来越多设备的控制都采用 PLC 控制器来代替传统的继电器控制、并取得了很好的经济效益。关键词：XA6132 万能铣床；PLC 应用；技术改造XA6132 万能铣床改造第 2 页 共 29 页第 1 章 可编程控制器1.1 可编程控制器的产生20 世纪 20 年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统。由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位，但是继电
3、接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。20 世纪 60 年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置。为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968 年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：(1)编程方便，可现场修改程序(2)维修方便，采用插件式结构(3)可靠性高于继电
4、器控制装置(4)体积小于继电器控制盘(5)数据可直接送入管理计算机(6)成本可与继电器控制盘竞争(7)输入可以是交流 150V 以上(8)输出为交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器，电磁阀等(9)扩展时原系统改变最小(10)用户存储器至少能扩张到 4KB（适应当时汽车装配过程的需要）十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。1986 年，美国通用汽车公司首先提出了可编程控制器的概念。在 1969 年，美国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台 PLC。这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽
5、车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。1971 年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的 PLC。1973 年，欧洲一些国家也研制出了自己的 PLC。1974 年，我国也开始仿照美国的 PLC 技术研制自己的 PLC，终于在 1977年研制出第一台具有实用价值的 PLC。与 DCS 的发展一样，PLC 的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，正是这些高新技术的发展推动了可编程控制器的发展。1. 初级阶段 从第一台 PLC 问世到 20 世纪 70 年代中期。由于第一代 PLC 是为了取代继电器的，因此，主要功能是逻
6、辑运算和计时、计数功能。CPU 由中小规模数字集成电路构成。主要产品有：MODICON 公司的 084，AB 公司的 PDQ-IL，DEC 公司的 PDP-14，日立公司的 SCY-022 等。第一阶段就采用了梯形图语言作为编程方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。2. 扩展阶段 从 20 世纪 70 年代中期到 70 年代末期。这一阶段 PLC 产品的控制功能得到很大扩展。扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。这一阶段的产XA6132 万能铣床改造第 3 页 共 29 页品有 MODICON 的 184，284，384，西门子公司的 SIMATIC S3 系
7、列，富士电机公司的 SC 系列产品。3. 通信阶段 20 世纪 70 年代末期到 80 年代中期，这一阶段产品与计算机通信的发展有关，形成了分布式通信网络。但是，由于各制造商各自为政，通信系统也是各有各的规范。由于在很短的时间，PLC 已经从汽车行业就迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。其次，产品功能也得到很大的发展。同时，可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的 SIMATIC S6 系列，GOULD 公司的 M84，884 等，富士电机的 MICRO 和 TI 公司的 TI530 等。4. 开放阶段 从 20 世纪 80 年代中期开
8、始。 由于国际标准化组织提出了开放系统互连的参考模型 OSI，使 PLC 在开放功能上有较大发展。主要表现为通信系统的开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。此外，PLC 开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。这一阶段的产品有西门子公司的 S7 和 S7 系列，AB公司的 PLC-5，SLC500 等。1.2 可编程控制器的定义美国国际电工委员会（IEC）在 1987 年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、
9、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。定义强调了 PLC 应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了 PLC 是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的” 工业计算机。这种工业计算机采用“ 面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟
10、量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体 ”，易于“扩充”。1.3 可编程控制器的发展趋势PLC 总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。1.3.1 向小型化、专用化、低成本方向发展随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使 PLC 结构更为紧凑，相当于一本精装本书的大小，操作使用十分方便。PLC 的功能不断增加，将原来大、中型 PLC 才有的功能部分地移植到小型 PLC 上。1.3.2 向大容量、高速度方向发展大型 PLC 采用多微处理器系统，有的采用了 32 位微处理器，可同时进行多任务操作，处理
11、速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。1.3.3 智能型 I/O 模块的发展智能型 I/O 模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的 CPU 与 PLC 的主 CPU 并行工作，占用主 CPU 的时间很少，有利于提高 PLC 的扫描速度。1.3.4 基于 PC 的编程软件取代编程器XA6132 万能铣床改造第 4 页 共 29 页随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对 PLC 控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。1.3.5 PLC
12、 编程语言的标准化与个人计算机相比，PLC 的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的 CPU 模块和 I/O 模块互不通用。PLC 的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可编程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，IEC 制定了可编程序控制器标准。标准中共有 5 种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。1.3.6 PLC 通信的易用化PLC 的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。1.3.7 组态软件与 PLC 的软件化个人
13、计算机（PC）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。1.3.8 PLC 与现场总线相结合现场总线 I/O 与 PLC 可以组成功能强大的、廉价的 DCS 系统。1.3.9 开发新型特殊功能模块I/O 组件可以提高 PLC 的智能化、高密集度和增大处理能力。1.3.10 CPU 的处理速度进一步加快目前，PLC 的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的 CPU 也不过 80486，将来会全面使用64 位的 RISC 芯片，采用多 CPU 进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使 PLC 的处理速度达到纳秒级。 1.4 可编
14、程控制器的分类1.4.1 按结构分类PLC 按其硬件的结构形式可分为整体式和组合式。1.4.2 按控制规模分类PLC 的控制规模主要是指开关量的输入/输出点数及模拟的输入 /输出路数。但主要以开关量的点数计数，模拟量的路数可以折算成开关量的点数。按照此项进行分类主要包括小型、中型和大型。1.5 可编程控制器的特点1.5.1 抗干扰能力强，可靠性好PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：1.
15、 隔离：这是抗干扰的主要措施之一。PLC 的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于 PLC 的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 2. 滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在 PLC 的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。XA6132 万能铣床改造第 5 页 共 29 页3. 对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。4. 内部设置了连锁、环境检测与诊断、
16、watchdog（“看门狗” ）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（WDT）规定时间（预示程序进入了死循环） ，立即报警，以保证CPU 可靠运行。5. 利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。6. 对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。7. 采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。8. 以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。1.5.2 灵活性PLC 的灵活性主要表现在以下 3 个方面：1. 编程的
17、灵活性 PLC 采用的标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和结构化文本编程语言等。使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程，编程方法的多样性使编程方便。由于 PLC 内部采用软连接，因此，在生产工艺流程更改或者生产设备更换后，可不必改变 PLC 的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统和数字电路控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使 PLC 成为工业控制领域的重要控制设备，在柔性制造系统 FMS，计算机集成制造系统（CIMS）和计算机流程工业系统（CIPS）中，PLC 正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。2. 扩展的灵活
18、性 PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可以根据应用的规模不断扩展，即进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出卡件增加点数，通过扩展单元扩大容量和功能，也可以通过多台 PLC 的通信来扩大容量和功能，甚至可以与其它的控制系统如 DCS 或其它上位机的通信来扩展其功能，并与外部的设备进行数据交换。这种扩展的灵活性大大方便了用户。3. 操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作量的减少。操作变得十分方便和灵活，监视和控制变得很容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生产过程可采用相同的控制台和控制屏等。1.5.3 编程方便，易于
19、使用PLC 的易操作性表现在下列三个方面：1. 操作方便对 PLC 的操作包括程序的输入和程序更改的操作，大多数 PLC 采用编程器进行程序输入和更改操作。现在的 PLC 的编程器大部分可以用电脑直接进行，更改程序也可根据所需地址编号、继电器编号或接点号等直接进行搜索或按顺序寻找，然后可以在线或离线更改。2. 编程方面 PLC 有多种程序设计语言可以使用，对现场电气人员来说，由于梯形图与电气原理图相似，因此，很容易理解和掌握。采用语句表语言编程时，由于编程语句是功能的缩写，便于记忆，并且与梯形图有一一对应的关系，所有有利于编程人员的编程操作。功能图表语言以过程流程进展为主线，十分适合设计人员与
20、工艺专业人员设计思想的沟通。功能模块图和结构化文本语言编程方法的应用尚未普及，但由于它们具有功能清晰，易于理解等优点，而且与 DCS 组态语言的统一，正受到广大技术人员的重视。3. 维修方便 PLC 所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求降低，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以根据有关故障代码的显示和故障信号灯的提示等信息，或XA6132 万能铣床改造第 6 页 共 29 页通过编程器和 HMI 屏幕的设定，直接找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间，降低了 MTTR。为便于维修工作的开展，有些 PLC 制造商提供维修用的专用仪表或设备，提供故障维修树等维修用资
21、料；有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。此外，PLC 的面板和结构设计也考虑了维修的方便性。例如，对需要维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的位置，接线端子采用便于接线和更换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，大大缩短了维修时间。采用标准化元件和标准化工艺生产流水作业，使维修用备品备件简化等，也使维修工作变得方便。1.5.4 功能完善PLC 的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在 PLC 内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很
22、方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制 I/O 等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。1.5.5 设计、施工、调试、的周期短用继电器接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用 PLC 控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在 PLC 到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。1.5.6 体积小，维护操作方便PLC 体积小，质
23、量轻，便于安装。PLC 的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。1.5.7 易于实现网络化PLC 可连成功能很强的网络系统。1.5.8 可实现三电一体化为了使工业生产的过程的控制更平稳，更可靠，向优质高产低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化仪表、电子、计算机综合的要求，而 PLC 正是这一要求的产物，它是专门为工业过程而设计的控制设备，具有体积小、功能强，抗干扰性好等优点，它将机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合集成在一起，因此，它已经成为当今数控技术、工业机器人、离散制造和过程流程等领域的
24、主要控制设备，成为工业自动化三大支柱（PLC ，机器人， CAD/CAM）之一。1.6 可编程控制器的主要功能1.6.1 条件控制功能条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用 PLC 的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。1.6.2 定时/记数控制功能定时/记数控制功能指用 PLC 提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。1.6.3 数据处理功能数据处理功能是指 PLC 能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。1.6.4 步进控制功能XA6132 万能铣床改造第 7 页
25、 共 29 页步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。1.6.5 A/D 与 D/A 转换功能A/D 与 D/A 转换功能是指通过 A/D、D/A 模块完成模拟量和数字量之间的转换。1.6.6 运动控制功能运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。1.6.7 过程控制功能过程控制功能是指通过 PLC 的 PID 控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。1.6.8 扩展功能扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即 I/O 扩展单元）模块来增加
26、输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高 PLC 的控制功能。1.6.9 远程 I/O 功能远程 I/O 功能是指通过 I/O 单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与 PLC 主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。1.6.10 通信联网功能通信联网功能是指通过 PLC 之间的联网、PLC 与上位机的链接等，实现远程 I/O 控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。1.6.11 监控功能监控功能是指 PLC 能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制
27、I/O 状态。XA6132 万能铣床改造第 8 页 共 29 页第 2 章 PLC 的基本结构及原理2.1 PLC 的基本结构目前 PLC 种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。可编程控制器的硬件组成与微型计算机相似，其主机由 CPU、存储器、输入/输出接口、电源等几大部分组成。2.1.1 中央处理器CPU 是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要
28、功能如下：1. 诊断 PLC 电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。2. 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入 PLC 的寄存器中。3. 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。4. 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。5. 应各种外部设备的工作请求。2.1.2 存储器可编程控制器的存储器分为系统程序存储器和用户存储器两种。1. 系统程序存储器系统程序存储器用来存放制造商为用户提供的监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其他各种管理程序。2. 用户存储器用户存储器是专门提供给用户存放程序和数据的，所
29、以用户存储器通常又分为用户程序存储器和数据存储器两个部分。2.1.3 输入输出接口电路PLC 通过输入输出（ I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过 PLC 的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成 CPU 所能接受和处理的数字信号。2.1.4 电源PLC 的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足 PLC 的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。2.1.5 输入输出 I/O 扩展接口若主机单元的 I/O 点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将 I/O 扩展单元与主机单元相连接。XA61
30、32 万能铣床改造第 9 页 共 29 页2.2 PLC 的基本工作原理最初研制生产的 PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作
31、时间一般在 100ms 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一般均小于 100ms，因此，PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。这样在对于 I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。PLC 采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，CPU 从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC 的扫描全过程如图 2-1 所示。图 2-1 PLC 的扫描全过程2.2.1 扫描技术当 PLC
32、 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，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1. 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，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，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果XA6132 万能铣床改造第 10 页 共 29 页输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况
33、下，该输入均能被读入。2. 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序依次地扫描用户程序(梯形图)。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；或者刷新该输出线圈在 I/O 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。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象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 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生
34、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据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。3. 输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成 PLC 的实际输出。显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次 I/O 刷新，即每一个扫描周期 PLC 只对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应
35、速度。由此可见，若输入变量在 I/O 刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的 I/O 刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行，PLC 在一个工作周期的大部分时间里实际上是外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较严格、响
36、应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响。2.2.2 PLC 的 I/O 响应时间为了增强 PLC 的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC 的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC 采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术） 。以上两个主要原因，使得 PLC 得 I/O 响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。以上是一般的 PLC 的工作原理，但在现代出现的比较先进的 PLC 中，输入映像刷新循环、程序执行循环和输出映像刷新循环已经各自独立的工作，提高了 PLC 的执行效率。在实际的工控应用之中，编程人员应当知道以上的工作原理，才能编写出质量好、效率高的工艺程序。如图 2-2 所示，PLC 控制系统由输入量PLC输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 PLC 的输入量，它们经 PLC 外部输入端子，作为 PLC 的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC 的基本控制部分输入和输出组成。
