项目PLC工作方式的研究

可编程控制器应用技术三菱FX2N系列PLC教学课件2026/6/131模块一：PLC的结构与工作原理

项目1-2PLC工作方式的研究2026/6/132学习目标

PLC的扫描工作方式PLC输入输出响应的滞后PLC程序输出执行过程的分析程序动态时序图绘制2026/6/133一、情景模拟

如图1-1-1所示的小车自动往返控制系统，其控制的梯形图如图1-1-18所示，若将其设计如1-2-1所示的梯形图，试分析并验证其能否完成以下的控制要求。图1-2-1小车控制梯形图2026/6/134【引导问题】

可编程控制器是一种工业控制计算机，故它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，即是在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。但是个人计算机与PLC的工作方式有所不同，计算机一般采用等待命令的工作方式。如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当键盘有键按下或I/O有信号输入时则中断转入相应的子程序。而PLC在装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，程序的执行是按程序顺序依次完成相应各输出机构的动作。由于PLC运算速度很高，各输入输出的动作看似在同时完成，而实际输入/输出的响应是有所滞后的。下面将举例来说明PLC工作方式及程序的执行过程。2026/6/135二、知识准备

PLC的工作过程采用串行扫描的工作方式，其工作过程分三个阶段进行。

1、输入采样阶段在程序执行之前，将所有输入信号的状态（ON/OFF）写入到输入映像寄存器中。

2、程序执行阶段PLC在程序执行阶段，总是按先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行扫描。每执行一条指令时，所需要的输入状态或其他元件的状态，分别从输入映像寄存器或元件映像寄存器中读取，而将执行结果写入到元件映像寄存器中。

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3、输出刷新阶段当整个程序执行完以后，将输出元件映像寄存器中元件的ON/OFF状态传送送到输出锁存电路，再驱动输出线圈，这才是PLC的实际输出。PLC反复执行上述三个阶段。因为计算机每一瞬间只能做一件事，因此工作的次序是输入→第一步运算→第二步运算……最后一步运算→输出。这种工作方式成为扫描工作方式。每重复一次的时间就是程序的一个扫描周期。2026/6/137【举例分析】

以图1-2-2为例，分析程序执行过程的三个周期中，各个阶段输入映像寄存器、输出映像寄存器及输出端的状态（接通为ON，断开为OFF）。图

1-2-2程序执行过程分析用梯形图2026/6/138设X000在程序执行的第一周期接通（已过输入采样阶段），根据程序执行三个阶段的作用，可知X000映像寄存器，Y002、Y000、Y001映像寄存器及输出端的状态，如表1-2-1所示。元件第一周期第二周期第三周期X000映像寄存器OFFONONY002映像寄存器OFFOFFONY000映像寄存器OFFONONY001映像寄存器OFFONONY000输出端OFFONONY001输出端OFFONONY002输出端OFFOFFON表1-2-1各寄存器状态表2026/6/139（1）分析三个扫描周期

1）第一周期

①输入采样阶段X000尚未接通，因此写入X000映像寄存器的状态为OFF。

②程序执行阶段程序按顺序执行，读出Y000-1为OFF，因此Y002为OFF，其结构寄存器；读出Y000-2为OFF，因此Y001为OFF，其结果写入Y001映像寄存器。

③输出刷新阶段程序执行完毕，Y000、Y001和Y002映像寄存器的状态均为OFF，传送到输出锁存电路，使Y000、Y001和Y002输出为OFF。2026/6/1310

2）第二周期

①输出采样阶段将X000的ON状态写入X000映像寄存器。

②程序执行阶段程序按顺序执行，读出Y000-1为OFF，因此Y002为OFF，其结果写入Y002映像寄存器；读出Y000-2为ON，因此Y001为ON，其结果写入Y001映像寄存器。

③输出刷新阶段程序执行完毕，Y000和Y001映像寄存器的状态为ON，Y002映像寄存器状态为OFF，其结果传送到输出锁存电路，使Y000和Y001输出ON，Y002输出为OFF。2026/6/1311

3）第三周期

①输出采样阶段将X000的ON状态重新写入X000的映像寄存器。

②程序执行阶段程序按顺序执行，读出Y000-1为ON，因此Y002为ON，其结果写入Y002映像寄存器；读出X000为ON，因此Y000为ON，其结果写入Y000映像寄存器；读出Y000-2为ON，因此Y001为ON，其结果写入Y001映像寄存器。

③输出刷新阶段程序执行完毕，Y000、Y001和Y002映像寄存器的状态均为ON，其结果传送到输出锁存电路，使Y000、Y001和Y002输出为ON。2026/6/1312

（2）画出程序执行过程中各元件状态时序图。根据以上分析，作出程序执行过程中各元件状态时序图，如图1-2-3所示。图1-2-3程序执行过程各元件状态时序图2026/6/1313

（3）分析输出响应的滞后现象由图1-2-3可见，虽然X000在第一周期程序执行开始为ON，但X000的ON状态真正是第二周期输出采样阶段读入的，因此Y00和Y001的输出，是在第二周期程序执行完毕输出刷新阶段为ON；而Y000-1为ON的状态是在第三周期程序执行阶段读取，所以Y002的输出是在第三周期程序执行完毕输出刷新阶段为ON。由此可见，Y000和Y001输出响应滞后于输出X000约两个扫描周期，而Y002输出响应滞后与X000约三个扫描周期。2026/6/1314输入/输出滞后时间又称为系统响应时间，是指从PLC外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的间隔。它由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。

PLC总的响应延迟时间一般为数十毫秒，对于一般的控制系统无关紧要。但对于少数系统对响应时间有特别的要求，这时就需选择扫描时间快的PLC，或选择专门的高速输入输出端口以及采用使输出与扫描周期脱离的控制方式（如中断的工作方式）来解决。2026/6/1315三、任务实施

1、工作过程分析分析小车为什么不能按照设想的控制要求运行,试使用PLC执行过程即扫描工作方式的原理来说明原因。如图1-1-18（项目1-1）所示，按下启动按钮SB，X000接通，Y001得电并自锁，台车前进；台车前进至位置1解除Y001自锁，Y001失电，台车停止前进；同时启用二次启动服务电路，使M100常开触点接通，为二次启动做好准备；又通过X001常开触点使Y002得电并自锁，台车反向启动，台车后退。

图1-1-18小车控制的梯形图及指令表2026/6/1316

台车后退至位置2解除Y002自锁，台车停止，并启用延时电路；经5s延时后，T0常开触点接通，实现二次启动，Y001得电并自锁，台车前进；台车前进至位置3解除Y001自锁，台车停止，同时接触二次启动服务电路的自锁；又通过X003常开触点使Y002得电并自锁，台车反向启动，台车后退。

为了使台车在二次返回途中经位置1时不启用二次启动服务电路，在该电路中增设Y002的常闭触点以实现位置互锁，这样可保证台车下次前进至位置1停而不是位置3停，以满足控制要求。图1-1-18小车控制的梯形图及指令表2026/6/1317

如果将台车控制的梯形图1-1-18设计成图1-2-1（项目1-2）所示的梯形图，即将二次启动服务电路与后退电路的次序换以下，由于PLC在程序执行阶段，总是按先左后右，先上后下的顺序每条指令进行扫描，所以PLC在扫描程序时，二次启动服务电路中X001常开触点的动作滞后于后退电路中X001常开触点的动作，由于Y002常闭触点首先实现了位置互锁，台车在位置1不能启用二次启动服务电路，所以台车二次启动后，就不可能达到预定位置3了。图1-2-1小车控制梯形图2026/6/13182、实训内容

初学者可以使用时序图的方法来分析和理解程序。时序图反映了随时间变化PLC输出随输入变化的关系，通过时序图的绘制可以弄清楚PLC梯形图程序的工作过程。试通过时序图方法分析图1-2-4定时点