什么是plc編程?

PLC是一種可編程的控制器，相當(dāng)于一種控制設(shè)備，主要用于工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，大都采用梯形圖編程，也可以用組態(tài)軟件。其特點(diǎn)是非常可靠。
PLC是可編程邏輯控制器，是Program Logic Controler的縮寫(xiě)，它是一個(gè)廣泛的概念，需要硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵還是在于編程實(shí)現(xiàn)。主要用在工業(yè)自動(dòng)化控制。

可編程控制器（Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱(chēng)混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。

一、PLC 的由來(lái)

在60 年代，汽車(chē)生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)汽車(chē)的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車(chē)型號(hào)更新的周期愈來(lái)愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)，費(fèi)工，費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國(guó)通用汽車(chē)公司在1969 年公開(kāi)招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即：

1．編程方便現(xiàn)場(chǎng)可修改程序；

2．維修方便采用模塊化結(jié)構(gòu)；

3．可靠性高于繼電器控制裝置；

4．體積小于繼電器控制裝置；

5．?dāng)?shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；

6．成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；

7． 輸入可以是交流115V；

8．輸出為交流115V 2A 以上能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥接觸器等；

9．在擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)只要很小變更；

10．用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。

1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC） 研制出第一臺(tái)PLC，在美國(guó)通用汽車(chē)自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971 年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品飲料冶金造紙等工業(yè)。

這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國(guó)家的高度重視。1971 日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國(guó)從1974 年開(kāi)始研制，于1977年開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。

二、PLC 的定義

PLC 問(wèn)世以來(lái)，盡管時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA（National Electrical Manufactory Association） 經(jīng)過(guò)四年的調(diào)查工作，于1984 年首先將其正式命名為PC（Programmable Controller），并給PC 作了如下定義

“PC 是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲(chǔ)存指令。用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或類(lèi)似的輸入/輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行PC 之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類(lèi)似的機(jī)械式順序控制器。”

以后國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）又先后頒布了PLC 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿，并在1987 年2 月通過(guò)了對(duì)它的定義：

“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”

總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。

三、PLC 的特點(diǎn)

1． PLC 的主要特點(diǎn)

（1）高可靠性

1）所有的I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。

2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms。

3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。

4）采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。

5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。

6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。

7）大型PLC 還可以采用由雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。

（2）豐富的I/O 接口模塊

PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：

? 交流或直流；

? 開(kāi)關(guān)量或模擬量；

? 電壓或電流；

? 脈沖或電位；

? 強(qiáng)電或弱電等。

有相應(yīng)的I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：

? 按鈕

? 行程開(kāi)關(guān)

? 接近開(kāi)關(guān)

? 傳感器及變送器

? 電磁線圈

? 控制閥

直接連接另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話(huà)的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。

（3）采用模塊化結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC 以外絕大多數(shù)PLC 均

采用模塊化結(jié)構(gòu)PLC 的各個(gè)部件包括CPU 電源I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)由

機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶(hù)的需要自行組合

（4）編程簡(jiǎn)單易學(xué)

PLC的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線路的梯形圖形式對(duì)使用者來(lái)說(shuō)

不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握

（5）安裝簡(jiǎn)單維修方便

PLC不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行使用時(shí)只需將現(xiàn)

場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC 相應(yīng)的I/O 端相連接即可投入運(yùn)行各種模塊上均有運(yùn)行和

故障指示裝置便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障

由于采用模塊化結(jié)構(gòu)因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶(hù)可以通過(guò)更換模塊的

方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行

2．PLC 的功能

（1） 邏輯控制

（2） 定時(shí)控制

（3） 計(jì)數(shù)控制

（4） 步進(jìn)（順序）控制

（5） PID 控制

（6） 數(shù)據(jù)控制

PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力

（七） 通信和聯(lián)網(wǎng)

（八） 其它

PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT 模塊。

四、PLC 的發(fā)展階段

雖然PLC 問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過(guò)程大致可分三個(gè)階段：

1．早期的PLC（60 年代末—70 年代中期）

早期的PLC一般稱(chēng)為可編程邏輯控制器。這時(shí)的PLC 多少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O 接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中PLC 特有的編程語(yǔ)言—梯形圖一直沿用至今。

2．中期的PLC（70 年代中期—80 年代中后期）

在70 年代微處理器的出現(xiàn)使PLC 發(fā)生了巨大的變化。美國(guó)，日本，德國(guó)等一些廠家先后開(kāi)始采用微處理器作為PLC 的中央處理單元（CPU）。

這樣，使PLC 得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC 得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。

3．近期的PLC（80 年代中后期至今）

進(jìn)入80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類(lèi)型的PLC 所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用邏輯處理芯片。這樣使得PLC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。

五、PLC 的分類(lèi)

1．小型PLC

小型PLC 的I/O 點(diǎn)數(shù)一般在128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體除了開(kāi)關(guān)量I/O 以外，還可以連接模擬量I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。

2．中型PLC

中型PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點(diǎn)數(shù)一般在256～1024 點(diǎn)之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶(hù)程序的過(guò)程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。

3．大型PLC

一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱(chēng)為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型PLC 還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。

六、PLC 的基本結(jié)構(gòu)

PLC 實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖所示：

?

1．中央處理單元（CPU）

中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，當(dāng)PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。

為了進(jìn)一步提高PLC 的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型PLC 還采用雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

2．存儲(chǔ)器

存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。

存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。

（1） PLC 常用的存儲(chǔ)器類(lèi)型

1）RAM （Random Assess Memory）

這是一種讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器（隨機(jī)存儲(chǔ)器）其存取速度最快由鋰電池支持。

2）EPROM （Erasable Programmable Read Only Memory）

這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器在斷電情況下存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。（在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容）

3）EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory）

這是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易地對(duì)其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修改。

（2） PLC 存儲(chǔ)空間的分配

雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：

系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)

系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）

用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)

1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)

在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在EPROM 中，用戶(hù)不能直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC 的性能。

2）系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)

系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)包括I/O 映象區(qū)以及各類(lèi)軟設(shè)備，如：

邏輯線圈

數(shù)據(jù)寄存器

計(jì)時(shí)器

計(jì)數(shù)器

變址寄存器

累加器

等存儲(chǔ)器

A．I/O 映象區(qū) 由于PLC 投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元（RAM）以存放I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱(chēng)作I/O 映象區(qū)。

一個(gè)開(kāi)關(guān)量I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit），一個(gè)模擬量I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16 個(gè)bit）。因此整個(gè)I/O 映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：

開(kāi)關(guān)量I/O 映象區(qū)

模擬量I/O 映象區(qū)

B．系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)

除了I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC 內(nèi)部各類(lèi)軟設(shè)備（邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在PLC 斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì)遺失；后者當(dāng)PLC 斷電時(shí)，數(shù)據(jù)被清零。

1） 邏輯線圈

與開(kāi)關(guān)輸出一樣，每個(gè)邏輯線圈占用系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)位，但不能直接驅(qū)動(dòng)外設(shè)，只供用戶(hù)在編程中使用，其作用類(lèi)似于電器控制線路中的繼電器。另外，不同的PLC 還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。

2）數(shù)據(jù)寄存器

與模擬量I/O 一樣，每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)字（16bits）。另外，PLC 還提供數(shù)量不等的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。

3） 計(jì)時(shí)器

4） 計(jì)數(shù)器

（3）用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)

用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶(hù)編制的用戶(hù)程序。不同類(lèi)型的PLC，其存儲(chǔ)容量各不相同。

3．電源

PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。

一般交流電壓波動(dòng)在±10%（±15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。

七、PLC 的工作原理

最初研制生產(chǎn)的PLC 主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的：

繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。

PLC 的CPU 則采用順序邏輯掃描用戶(hù)程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開(kāi)，該線圈的所有觸點(diǎn)（包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)）不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。

為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類(lèi)觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms 以上，而PLC 掃描用戶(hù)程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式—掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I/O 響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合，PLC 與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒(méi)有什么區(qū)別了。

1．掃描技術(shù)

當(dāng)PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC 的CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。

（1） 輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以?huà)呙璺绞揭来蔚刈x入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

（2） 用戶(hù)程序執(zhí)行階段

在用戶(hù)程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

即，在用戶(hù)程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O 映象區(qū)或系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。

（3）輸出刷新階段

當(dāng)掃描用戶(hù)程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC 的真正輸出。

比較下二個(gè)程序的異同：

程序1

程序2

這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣但在PLC中執(zhí)行的過(guò)程卻不一樣。

程序1 只用一次掃描周期，就可完成對(duì)%M4 的刷新；

程序2 要用四次掃描周期，才能完成對(duì)%M4 的刷新。

這兩個(gè)例子說(shuō)明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶(hù)程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來(lái)說(shuō)可以忽略，那么二者之間就沒(méi)有什么區(qū)別了。

一般來(lái)說(shuō)，PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。

2．PLC 的I/O 響應(yīng)時(shí)間

為了增強(qiáng)PLC 的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。

為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC 采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。

以上兩個(gè)主要原因，使得PLC 得I/O 響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿(mǎn)的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。

所謂I/O 響應(yīng)時(shí)間指從PLC 的某一輸入信號(hào)變化開(kāi)始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。其最短的I/O 響應(yīng)時(shí)間與最長(zhǎng)的I/O 響應(yīng)時(shí)間如圖所示：

最短I/O 響應(yīng)時(shí)間：

最長(zhǎng)I/O 響應(yīng)時(shí)間：

八、PLC 的I/O 系統(tǒng)

1．I/O 尋址方式

PLC的硬件結(jié)構(gòu)主要分單元式和模塊式兩種。前者將PLC 的主要部分（包括I/O 系統(tǒng)和電源等）全部安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。后者將PLC 的主要硬件部分分別制成模塊，然后由用戶(hù)根據(jù)需要將所選用的模塊插入PLC 機(jī)架上的槽內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)PLC 系統(tǒng)。

不論采取哪一種硬件結(jié)構(gòu)，都必須確立用于連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)輸入/輸出點(diǎn)與PLC 的I/O 映象區(qū)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即給每一個(gè)輸入/輸出點(diǎn)以明確的地址確立這種對(duì)應(yīng)關(guān)系所采用得方式稱(chēng)為I/O 尋址方式。

I/O尋址方式有以下三種

固定的I/O 尋址方式

這種I/O 尋址方式是由PLC 制造廠家在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)PLC 時(shí)確定的，它的每一個(gè)輸入/輸出點(diǎn)都有一個(gè)明確的固定不變的地址。一般來(lái)說(shuō)，單元式的PLC 采用這種I/O尋址方式。

開(kāi)關(guān)設(shè)定的I/O 尋址方式

這種I/O 尋址方式是由用戶(hù)通過(guò)對(duì)機(jī)架和模塊上的開(kāi)關(guān)位置的設(shè)定來(lái)確定的。

用軟件來(lái)設(shè)定的I/O 尋址方式

這種I/O 尋址方式是有用戶(hù)通過(guò)軟件來(lái)編制I/O 地址分配表來(lái)確定的。
參考資料：百度里的ＰＬＣ教程