作者：岂兴明
出版社：人民邮电出版社有限公司
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PLC步进与伺服从入门到精通试读：
前言
早在20世纪60年代，步进伺服系统就已经出现。20世纪80年代后，随着电动机技术、现代电力电子技术、微电子技术、控制技术及计算机技术的快速发展，步进伺服系统得到了迅速发展，其应用已经对人类社会产生了巨大影响。当今，伺服控制器和步进电动机已经开始向着高性能、高速度、数字化、智能型、网络化的方向发展。
本书系统地阐述了各类步进伺服系统的基本概念、原理、设计方法及综合应用实例。本书分为3篇，分别为基础篇、提高篇和实践篇。
基础篇介绍PLC的工作原理、基本结构及西门子和三菱两个品牌的PLC特点，简单介绍了步进电动机及驱动器的发展历史、分类方法及步进电动机驱动器的基础知识；讲解各种步进电动机的工作原理，它是学习步进电动机的基础；此外，还对伺服系统进行概述，主要讲述了伺服系统的发展、功能、结构组成、分类及特点；阐述了各种类型伺服系统的工作原理，如步进伺服系统原理、电—液伺服系统原理、气动伺服系统原理、直流伺服系统原理、交流伺服系统原理、数字伺服系统原理、各类伺服系统结构框图等，加深读者对伺服系统组成原理的认识。
提高篇阐述PLC、步进系统、伺服系统的设计方法，逐一介绍步进电动机的特性、控制系统、参数测试、参数选型、数学模型、振动与噪声及阻尼处理；深入细致地分析每类伺服系统的硬件选型、数学模型及元件特性，强调设计过程中需要特别注意的事项；介绍步进伺服系统维护与故障分析方法，以及西门子和三菱两个品牌的步进与伺服驱动相关产品的特性；为广大工程设计人员提供了各类伺服元件的引脚图和规格表等参考数据。
实践篇提供了大量PLC步进与伺服相关实例，介绍西门子工程常用步进电动机控制的实例，分别为S7-200 PLC驱动三相混合式步进电动机、S7-300 PLC驱动三相混合式步进电动机及工控机驱动混合式步进电动机，重点讲解步进电动机选型、电气控制原理图和对应的步进电动机控制程序；以三菱步进伺服系统为例着重讲述三菱伺服系统模块中应用广泛的MR-J2S-A伺服驱动器，分别从结构功能、控制模式、工作模式、参数设置等方面对MR-J2S-A伺服驱动器进行描述，读者可以全面、深入地掌握三菱伺服系统的应用设计技术；对数控伺服系统、电—液伺服系统及步进伺服系统的工程开发进行详细说明：首先介绍西门子数控伺服系统840D在轧辊车床上的应用，接着阐述电—液伺服系统在仿形铣床上的应用，最后分析基于DSP的混合式步进电动机伺服系统的应用；这三类实例特点突出、代表性强、图表丰富、内容简单易懂，读者可以进一步熟悉掌握步进伺服系统的设计方法及其在工程上的应用。
本书具有以下特点。
①突出了选取内容的实用性、典型性。本书的应用实例大多来自工程实践，且内容丰富、翔实，所介绍的各种设计方案均采用经典的设计方法。
②强调了应用系统的设计。本书不仅翔实地介绍了各种硬件选型和接口的设计过程，还对如何组成硬件系统进行了详细的讲解，使读者能快速掌握各类伺服系统设计。
③本书文字简练，通俗易懂，深入浅出，便于自学。
④本书应用面广，既可作为各学校的教学用书，又可作为广大工程技术人员设计伺服系统的参考用书。
本书由岂兴明主编，初云涛、汤涛、刘仲祥参与策划和校对。
由于编者水平有限，书中难免有疏漏与不足之处，殷切期望广大读者不吝批评指正。编者基础篇
第1章 可编程序控制器概述
第2章 步进电动机及驱动器概述
第3章 步进电动机工作原理
第4章 伺服系统概述
第5章 伺服系统原理第1章 可编程序控制器概述
PLC是在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，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的一种新型工业自动化控制装置。PLC将传统的继电器控制技术和现代计算机信息处理技术的优点有机地结合起来，具有结构简单、性能优越、可靠性高等优点，在工业自动化控制领域得到了广泛的应用，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。本章主要介绍PLC的发展历史及相关技术的发展历程，进而概述PLC的工作原理，并详细讨论PLC的功能特点及结构组成，最后对西门子和三菱两个品牌的PLC型号和性能进行了简单介绍。1.1 PLC的发展
PLC是一种数字运算操作的电子系统，即计算机。不过PLC是专为在工业环境下应用而设计的工业计算机，它具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围，这也是其区别于其他计算机控制系统的一个重要特征。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程更方便。PLC能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，其具有数字量和模拟量输入/输出能力，并且非常容易与工业控制系统连成一个整体，易于“扩充”。由于PLC引入了微处理器及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，因此PLC是通过软件方式来实现“可编程”的，程序修改灵活、方便。1.1.1 PLC的定义
早期的PLC主要用来实现逻辑控制。但随着技术的发展，PLC不仅有逻辑运算功能，还有算术运算、模拟处理和通信联网等功能。PLC这一名称已不能准确地反映其功能。因此，1980年美国电气制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）将它命名为可编程序控制器（Programmable Controller），并简称PC。但是由于个人计算机（Personal Computer）也简称为PC，为避免混淆，后来仍习惯称其为PLC。
为使PLC生产和发展标准化，1987年国际电工委员会（International Electechnial Committee，IEC）颁布了PLC标准草案第三稿，对PLC的定义如下：PLC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接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
该定义强调了PLC应用于工业环境，必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围，这是区别于一般微机控制系统的重要特征。
综上所述，PLC是专为工业环境应用而设计制造的计算机，它具有丰富的I/O接口，并具有较强的驱动能力。但PLC产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需要根据实际需要进行选用配置，其软件需要根据控制需求进行设计编制。1.1.2 PLC技术的产生
20世纪20年代，继电器控制系统开始盛行。继电器控制系统就是将继电器、定时器、接触器等电子器件按照一定的逻辑关系连接起来而组成的控制系统。由于继电器控制系统结构简单、操作方便、价格低廉，在工业控制领域一直占据着主导地位。但是继电器控制系统具有明显的缺点：体积大，噪声大，能耗大，动作响应慢，可靠性差，维护性差，功能单一，采用硬连线逻辑控制，设计安装调试周期长，通用性和灵活性差等。
1968年，美国通用汽车公司为了提高竞争力，更新汽车生产线，以便将生产方式从少品种大批量转变为多品种小批量，公开招标一种新型工业控制器。为了尽可能地减少更换继电器控制系统的硬件及连线，缩短重新设计、安装、调试周期，降低成本，美国通用汽车公司提出了以下10条技术指标。
①编程方便，可现场编辑及修改程序。
②维护方便，最好是插件式结构。
③可靠性高于继电器控制装置。
④数据可直接输入管理计算机。
⑤输入电压可为市电115V（国内PLC产品电压多为220V）。
⑥输出电压可为市电115V，电流大于2A，可直接驱动接触器、电磁阀等。
⑦用户程序存储器容量大于4KB。
⑧体积小于继电器控制装置。
⑨扩展时系统变更最少。
⑩成本与继电器控制装置相比，有一定的竞争力。
1969年，美国数字设备公司根据上述要求，研制出了世界上第一台PLC：型号为PDP-14的一种新型工业控制器。它把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成了一种适合于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用“面向控制过程，面向对象”的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。它在美国通用汽车公司的汽车生产线上首次应用成功，取得了显著的经济效益，开创了工业控制的新局面。1.1.3 PLC的发展历史
PLC问世时间虽然不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术、自动控制技术、网络技术的不断进步，PLC也在迅速发展。其发展过程大致可分为以下5个阶段。（1）从1969年到20世纪70年代初期
PLC的CPU由中小规模数字集成电路组成，存储器为磁心式存储器；控制功能比较简单，主要用于定时、计数及逻辑控制。其产品没有形成系列，应用范围不是很广泛，与继电器控制装置比较，可靠性有一定的提高，但仅仅是其替代产品。（2）20世纪70年代末期
PLC采用CPU微处理器、半导体存储器，使整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大的提高，增加了数据运算、传送、比较、模拟量运算等功能。其产品已初步实现了系列化，并具备软件自诊断功能。（3）从20世纪70年代末期到80年代中期
由于大规模集成电路的发展，PLC开始采用8位和16位微处理器，数据处理能力和速度大大提高；PLC开始具有了一定的通信能力，为实现PLC分散控制、集中管理奠定了重要基础；软件上开发出了面向过程的梯形图语言及助记符语言，为PLC的普及提供了必要条件。在这一时期，发达的工业化国家在多种工业控制领域开始应用PLC控制。（4）从20世纪80年代中期到90年代中期
超大规模集成电路促使PLC完全计算机化，CPU已经开始采用32位微处理器；数学运算、数据处理能力大大提高，增加了运动控制、模拟量PID控制等，联网通信能力进一步加强；PLC在功能不断增加的同时，体积在减小，可靠性更高。在此期间，国际电工委员会颁布了PLC标准，使PLC向标准化、系列化发展。（5）从20世纪90年代中期至今
PLC实现了特殊算术运算的指令化，通信能力进一步加强。1.1.4 PLC技术的发展趋势
PLC诞生不久就在工业控制领域占据了主导作用，日本、法国、德国等国家相继研制成各自的PLC。PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的1位机发展到现在16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术使PLC的应用得到了进一步的发展。PLC技术的发展趋势是向高集成化、小体积、大容量、高速度、使用方便、高性能和智能化方向发展，具体表现在以下几个方面。
1. 小型化、低成本
随着微电子技术的发展，大幅度地提高了新型器件的功能并降低成本，使PLC结构更为紧凑，一些PLC只有手掌大小，其体积越来越小，使用也越来越方便、灵活。同时，PLC的功能不断提升，将原来大、中型PLC才具有的功能移植到小型PLC上，如模拟量处理，数据通信和其他更复杂的功能指令，而价格却在不断地下降。
2. 大容量、模块化
大型PLC采用多处理器系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度大幅提高，特别是增强了过程控制和数据处理功能，另外存储容量也大大增加。所以PLC的另一个发展方向是大型PLC，它具有上万个输入量、输出量，广泛用于石化、冶金、汽车制造等领域。
PLC的扩展模块发展迅速，大量特定的复杂功能由专用模块来完成，主机仅仅通过通信设备箱模块发布命令和测试状态。PLC的系统功能进一步增强，控制系统设计进一步简化，如计数模块、位置控制和位置检测模块、闭环控制模块、称重模块等。尤其是PLC与PC技术相结合后，使PLC的数据存储、处理功能大大增强；计算机的硬件技术也越来越多地应用于PLC上，并可以使用多种语言编程，可以直接与PC相连进行信息传递。
3. 多样化、标准化
各个PLC生产商均在加大力度开发新产品，以求更大的市场占有率。因此，PLC产品正在向多样化方向发展，出现了欧、美、日等多个流派。与此同时，为了避免各种产品之间的竞争而导致的技术不兼容。国际电工委员会不断为PLC的发展制定一些新的标准，对各种类型的产品进行归纳或定义，为PLC的发展指明了方向。目前，越来越多的PLC生产厂家均能提供符合IEC 1131-3标准的产品，甚至还推出了按照IEC 1131-3标准设计的“软件PLC”在PC上运行。
4. 网络通信增强
目前，PLC可以支持多种工业标准总线，使联网更加简单。计算机与PLC之间及各个PLC之间的联网和通信能力不断增强，使工业网络可以有效地节省资源、降低成本、提高系统的可靠性和灵活性。
5. 人机交互
PLC可以配置操作面板、触摸屏等人机对话装置，不仅为系统设计开发人员提供了便捷的调试手段，还为用户提供了一个掌控PLC运行状态的窗口。在设计阶段，设计开发人员可以通过计算机上的组态软件，方便快捷地创建各种组件，设计效率大大提高；在调试阶段，调试人员可以通过操作面板、状态指示灯、触摸屏等反馈的报警、故障代码，迅速定位故障源，分析排除各类故障；在运行阶段，用户操作人员可以方便地根据反馈的数据和各类状态信息掌控PLC的运行情况。1.2 PLC的特点和应用范围1.2.1 PLC的特点
PLC专为工业环境下应用而设计，以用户需要为主，采用了先进的微型计算机技术，所以具有以下几个显著特点。
1. 可靠性高，抗干扰能力强
PLC由于选用了大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，而且在硬件和软件的设计制造过程中采取了一系列的隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，因此具有很高的可靠性。PLC控制系统平均无故障工作时间可达到2万小时以上，高可靠性是PLC成为通用自动控制设备的首选条件之一。PLC的使用寿命一般在5万小时以上，西门子、ABB等品牌的微小型PLC寿命可达10万小时以上。在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC更安全、可靠地工作，采取了很多措施以确保PLC耐振动、耐冲击、耐高温（有些产品的工作环境温度为80℃～90℃）。另外，软件与硬件采取了一系列提高可靠性和抗干扰的措施，如系统硬件模块冗余、采用光电隔离、掉电保护、对干扰的屏蔽和滤波、在运行过程中运行模块热插拔、设置故障检测与自诊断程序及其他措施等。（1）硬件措施
主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。
①对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。
②对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或π型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，削弱了各种模块之间的相互影响。
③对于微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调节器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。
④在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间的联系，减少故障和误动作；各I/O接口之间亦彼此隔离。
⑤采用模块式结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。（2）软件措施
PLC编程软件具有极强的自检和保护功能。
①采用故障检测技术，软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等，以便及时进行处理。
②采用信息保护与恢复技术，当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可以恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防止存储信息被冲掉。
③设置警戒时钟WDT，如果程序每循环执行时间超高了WDT的规定时间，预示了程序进入死循环，立即报警。
④加强对程序的检查和校验，一旦程序有错，立即报警，并停止执行。
⑤对程序及动态数据进行电池后备，停电后，利用后备电池供电，有关状态和信息不会丢失。
2. 通用性强，控制程序可变，使用方便
PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己设计和制造硬件装置。在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，用户不必改变PLC的硬件设备，只需更改程序就可以满足要求，因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。
PLC实现对系统的各种控制是非常方便的。首先，PLC控制逻辑的建立是通过程序实现的，而不是硬件连线，更改程序比更改接线方便得多；其次，PLC的硬件高度集成化，已集成为各种小型化、系列化、规格化、配套的模块。各种控制系统所需的模块，均可在市场上选购到各PLC厂家提供的丰富产品。因此，硬件系统配置与建造同样方便。
用户可以根据工程控制的实际需要，选择PLC主机单元和各种扩展单元进行灵活配置，提高系统的性价比，若生产过程对控制功能要求提高，则PLC可以方便地对系统进行扩充，如通过I/O扩展单元来增加I/O点数，通过多台PLC之间或PLC与上位计算机的通信，来扩展系统的功能；利用CRT（阴极射线管）屏幕显示进行编程和监控，便于修改和调试程序，易于故障诊断，缩短维护周期。设计开发在计算机上完成，采用梯形图LAD、语句表STL和功能块图FBD等编程语言，还可以利用编程软件相互转换，满足不同层次工程技术人员的需求。
目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的梯形图编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工人很快就能学会梯形图编制控制程序；同时还提供了功能图、语句表等编程语言。
3. 体积小、质量轻、能耗低、维护方便
PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑、坚固、体积小、质量轻、能耗低，并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入各类机械设备的内部。例如，三菱公司的FX2N-48MR型PLC：外形尺寸仅为182mm×90mm×87mm，质量为0.89kg，能耗25W；而且具有很好的抗振、适应环境温度、湿度变化的能力。在系统的配置上既固定又灵活，I/O可达128点。PLC还具有故障检测和显示功能，使故障处理时间缩短为10min，对维护人员的技术水平要求也不太高。
由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC具有低故障率及很强的监视功能、模块化等特点，因此维修极为方便。
4. 功能强大，灵活通用
现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的I/O、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能，既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。
目前，PLC的功能全面，几乎可以满足大部分工程生产自动化控制的要求。这主要与PLC具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。PLC的指令多达几十条、几百条，不仅可进行各式各样的逻辑问题处理，还可以进行各种类型数据的运算。PLC内存中的数据存储器种类繁多，容量宏大。I/O继电器可以存储I/O信息，少则几十、几百条，多则几千、几万条，甚至十几万条。PLC内部集成了继电器、计数器、定时器等功能，并可以设置成失电保持或失电不保存，即通电后予以清零，以满足不同系统的使用要求。PLC还提供了丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，进行信息交换。PLC可送入程序、数据，也可读出程序、数据。
PLC不仅精度高，而且可以选配多种扩展模块、专用模块，功能涵盖了工业控制领域的大多数需求。随着计算机网络技术的迅速发展，通信和联网功能在PLC上迅速崛起，将网络上层的大型计算机的强大数据处理能力和管理功能与现场网络中PLC的高可靠性结合起来。利用这种新型的分布式计算机控制系统，可以实现远程控制和集散系统控制。1.2.2 PLC的应用范围
PLC是一种专门为当代工业生产自动化而设计开发的数字运算操作系统，可以把它简单理解成，专为工业生产领域而设计的计算机。目前，PLC已经广泛地应用于钢铁、石化、机械制造、汽车、电力等各个行业，并取得了可观的经济效益。特别是在发达的工业国家，PLC已广泛应用于所有工业领域。随着性价比的不断提高，PLC的应用领域还将不断扩大。因此，PLC不仅拥有现代计算机所拥有的全部功能，还具有一些为适应工业生产而特有的功能。
1. 开关量逻辑控制
开关量逻辑控制是PLC的最基本功能，PLC的I/O信号都是通/断的开关信号，而且I/O的点数可以不受限制。在开关量逻辑控制中，PLC已经完全取代了传统的继电器控制系统，实现了逻辑控制和顺序控制。目前，用PLC进行开关量控制遍及许多行业，如机床电气控制、电梯运行控制、汽车装配、啤酒灌装生产线等。
2. 运动控制
PLC可用于直线运动或圆周运动的控制。目前，制造商已经提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块，即把描述目标位置的数据送给模块，模块移动单轴或多轴到目标位置。当每个轴运动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平稳。PLC还提供了变频器控制的专用模块，能够实现对变频电动机的转差率控制、矢量控制、直接转矩控制、U/f控制。PLC的运动控制功能广泛应用于各种机械，如金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等。
3. 闭环过程控制
闭环过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模块实现A/D、D/A转换，能够实现对模拟量的控制，包括对稳定、压力、流量、液位等连续变化模拟量的PID控制。现代的大、中型PLC一般有PID闭环过程控制功能，这一功能可以用PID子程序或专用的PID模块来实现。其PID闭环过程控制功能已经广泛应用于锅炉、冷冻、核反应堆、水处理、酿酒等领域。
4. 数据处理
现代的PLC具有数学运算（包括函数运算、逻辑运算、矩阵运算）、数据处理、排序和查表、位操作等功能；可以完成数据的采集、分析和处理，也可以和存储器中的参考数据相比较，并将这些传递给其他智能装备。有些PLC还支持顺序控制，其与数字控制设备紧密结合，实现CNC功能。数据处理一般用于大、中型控制系统中。
5. 通信联网
PLC的通信包括PLC与PLC之间、PLC与上位计算机及其他智能设备之间的通信。PLC与计算机之间具有串行通信接口，利用双绞线、同轴电缆将它们连成网络，实现信息交换。PLC还可以构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统。联网可以增加系统的控制规模，甚至可以实现整个工厂生产的自动化控制。
目前，PLC控制技术已在世界范围内广为流行，国际市场竞争相当激烈，产品更新也很快，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。PLC作为通用自动控制设备，可用于单一机电设备的控制，也可用于工艺过程的控制，而且控制精度相当高，操作简便，又具有很大的灵活性和可扩展性。PLC广泛应用于机械制造、冶金、化工、交通、电子、电力、纺织，印刷及食品等大多数工业行业。1.3 PLC的基本结构与工作原理
PLC的工作原理建立在计算机基础上，故其CPU以分时操作方式来处理各项任务，即串行工作方式，而继电器-接触器控制系统是实时控制的，即并行工作方式。那么如何让串行工作方式的计算机系统完成并行方式的控制任务呢？通过PLC的工作方式和工作过程的说明，可以理解PLC的工作原理。1.3.1 PLC的基本结构
PLC是微机技术和控制技术相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用于控制的特殊计算机，因此，PLC的基本组成与一般的微机系统相似。
PLC的种类繁多，但是其结构和工作原理基本相同。PLC虽然专为工业现场应用而设计，但是其依然采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、存储器（EPRAM、ROM）、I/O单元、扩展I/O接口、电源几大部分组成的。小型的PLC多为整体式结构，中、大型PLC则多为模块式结构。
如图1-1所示，对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内。而模块式PLC的各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上（图1-2）。无论是哪种结构类型的PLC，都可根据用户的需要进行配置和组合。图1-1 整体式PLC硬件结构框图
1. CPU
同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU可分为3类：通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器（如AMD29W等）。小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；大型PLC大多采用高速位片式微处理器。
目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大型PLC则大多为双CPU系统，甚至有些PLC中配置了多达8个CPU。对于双CPU系统，一般一个为字处理器，另外一个为位处理器。字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能、监视内部定时器、监视扫描时间、处理字节指令及对系统总线和位处理器进行控制等。位处理器为从属处理器，主要用于位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用，提高了PLC的速度，使PLC更好地满足实时控制要求。图1-2 模块式PLC硬件结构框图
CPU的主要任务包括控制用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像寄存器中；诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传递、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器中的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。
不同型号的PLC其CPU芯片是不同的，有些采用通用的CPU芯片，有些采用厂家自行设计的专用CPU芯片。CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力和速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度越快。PLC的功能随着CPU芯片技术的发展而提高和增强。
在PLC中，CPU按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面。
①接收从编程器输入的用户程序和数据。
②诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。
③通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。
④从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。
⑤根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器中的内容，通过输出单元实现输出控制。
2. 存储器
存储器主要有两种：可读/写操作的随机存取存储器，只读存储器、PROM、EPROM、EEPROM。PLC的存储器由系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器3部分组成。
系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计值规定的各项工作。系统程序质量的好坏，在很大程度上决定了PLC的运行速度。
①系统程序，它主要控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。
②用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令。
③标准程序模块与系统调用，包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成I/O及特殊运算等的子程序，PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少也决定了PLC性能的高低。
用户程序存储器（程序区）和功能存储器（数据区）总称为用户存储器。用户程序存储器用来存放用户根据控制任务而编写的程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以使用RAM、EPROM或EEPROM，其内容可以由用户任意修改或增减。用户功能存储器是用来存放用户程序中使用器件的（ON/OFF）状态/数值数据等。在数据区中，各类数据存放的位置都有严格的划分，每个存储单元有不同的地址编号。用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。
用户程序是随PLC的控制对象的需要而编制的，由用户根据对象生产工艺和控制要求而编制的应用程序。为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在EPROM中。现在许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。
工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放I/O继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始化设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电后，用后备电池维持其现有的状态，这样在掉电时可保存数据的存储区域为保持数据区。
3. I/O单元
I/O单元是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理后的结果送给被控制对象，以实现控制的目的。
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处理的信息只能是标准电平，因此I/O接口要实现这种转换。I/O接口一般具有光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力。另外，I/O接口上通常还有状态指示，工作状况直观，便于维护。
I/O单元包含两部分：接口电路和I/O映像寄存器。接口电路用于接收来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关及其他传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成CPU能够识别和处理的信号，并存入输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器中。I/O映像寄存器由输出点相对的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。
PLC提供了多种操作电平和驱动能力的I/O接口，有各种各样功能的I/O接口供用户选用。由于在工业生产现场工作，PLC的I/O接口必须满足两个基本要求：抗干扰能力强，适应性强。I/O接口必须能够不受环境的温度、湿度、电磁、振动等因素的影响，同时又能够与现场各种工业信号相匹配。目前，PLC能够提供的接口单元包括以下几种：数字量（开关量）输入接口、数字量（开关量）输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口等。（1）开关量输入接口
开关量输入接口把现场的开关量信号转换成PLC内部处理的标准信号。为防止各种干扰信号和高电压信号进入PLC，影响其可靠性或造成设备损坏，现场输入接口电路一般有滤波电路和耦合隔离电路。滤波有抗干扰的作用，耦合隔离有抗干扰及产生标准信号的作用。耦合隔离电路的管径器件是光耦合器，一般由发光二极管和光敏晶体管组成。
常用的开关量输入接口按使用电源的类型不同，可分为直流输入单元（图1-3）、交流/直流输入单元（图1-4）和交流输入单元（图1-5）。如图1-3所示，输入电路的电源可由外部提供，也可由PLC内部提供。图1-3 开关量直流输入接口电路图1-4 开关量交流/直流输入接口电路图1-5 开关量交流输入接口电路（2）开关量输出接口
开关量输出接口把PLC内部的标准信号转换成执行机构所需的开关量信号。开关量输出接口按PLC内部使用电器件，可分为继电器输出型（图1-6）、晶体管输出型（图1-7）和晶闸管输出型（图1-8）。每种输出电路都采用电气隔离技术，输出接口本身不带电源，电源由外部提供，而且在考虑外接电源时，还需考虑输出器件的类型。图1-6 开关量继电器输出型接口电路图1-7 开关量晶体管输出型接口电路图1-8 开关量晶闸管输出型接口电路
从图1-6、图1-7、图1-8可以看出，各类输出接口中也都有隔离耦合电路。继电器输出型接口可用于直流及交流两种电源，但接通断开的频率低；晶体管输出型接口有较高的通断频率，但是只适用于直流驱动的场合，晶闸管输出型接口却仅适用于交流驱动场合。
为了使PLC避免瞬间大电流冲击而损坏，输出端外部接线必须采取保护措施：在I/O公共端设置熔断器保护；采用保护电路，对交流感性负载一般用阻容吸收回路，对直流感性负载使用续流二极管。由于PLC的I/O端是靠光耦合的，在电气上完全隔离，输出端的信号不会反馈到输入端，也不会产生地线干扰或其他串扰，因此PLC I/O端具有很高的可靠性和极强的抗干扰能力。（3）模拟量输入接口
模拟量输入接口把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内部处理的数字信号。模拟量输入接口能够处理标准模拟量电压和电流信号。由于工业现场中模拟量信号的变化范围并不标准，因此在送入模拟量接口前，一般需要经转换器处理。如图1-9所示，模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后，再进行A/D转换，再经光耦合转换为PLC的数字信号。图1-9 模拟量输入接口的内部结构框图（4）模拟量输出接口
如图1-10所示，模拟量输出接口将PLC运算处理后的数字信号转换成相应的模拟量信号输出，以满足工业生产过程中现场所需的连续控制信号的需求。模拟量输出接口一般包括光电隔离、A/D转换、多路转换开关、输出保持等环节。图1-10 模拟量输出接口的内部结构框图
4. 智能接口模块
智能接口模块是一个独立的计算机系统模块，它有自己的CPU、系统程序、存储器、与PLC系统总线相连的接口等。智能接口模块是为了适应较复杂的控制工作而设计的，作为PLC系统的一个模块，通过总线与PLC相连，进行数据交换，如高速计数器工作单元、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块、温度控制单元等。
5. 通信接口模块
PLC配有多种通信接口模块，这些通信模块大多配有通信处理器。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其他PLC、计算机等设备实现通信。PLC与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；与监视器连接，可将控制过程图像显示出来；与其他设备连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模的控制；与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。
6. 电源部件
电源部件就是将交流电转换成PLC正常运行的直流电。PLC配有开关电源，小型整体式PLC内部有一个开关式稳压电源。电源一方面可为CPU板、I/O板及控制单元提供工作电源（DC 5V），另一方面可为外部输入元件提供DC 24V（200mA）。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般运行电源电压在其额定值±15%的范围内波动。一般使用的是220V的交流电源，也可以选配到380V的交流电源。由于工业环境存在大量的干扰源，这就要求电源部件必须采取较多的滤波环节，还需要集成电压调整器以适应交流电网的电压波动，对过电压和欠电压都有一定的保护作用。另外，还需要采取较多的屏蔽措施来防止工业环境中的空间电磁干扰。常用的电源电路有串联稳压电源、开关式稳压电路和有变压器的逆变式电路。
7. 编程装置
编程装置的作用是编制、编译、调试和监视用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可或缺的工具。编程装置可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统。专用编程器是由厂家生产，专供该厂家生产的PLC产品使用，它主要由键盘、显示器和外部存储器接插口等部件组成。专用编程器分简易型和智能型两种，即简易型编程器和智能型编程器。
简易型编程器只能进行联机编程，且往往需要将梯形图转化成机器语言助记符（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。简易型编程器体积小、价格低，可以直接插在PLC的编程插座上，或者专用电缆与PLC连接，以方便编程和调试。有些简易型编程器带有存储盒，可用来存储用户程序，如三菱的FX-20P-E简易型编程器。
智能型编程器又称图形编程器，不仅可以联机编程，还可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，也可以直接输入梯形图并通过屏幕进行交换。本质上它就是一台专用便携计算机，如三菱的GP-80FX-E智能型编程器，使用更加直观、方便，但价格较高，操作也比较复杂。大多数智能型编程器带有磁盘驱动器，提供录音机接口和打印机接口。
专用编程器只能对制定厂家的几种PLC进行编程，使用范围有限，价格较高。同时，由于PLC产品不断更新换代，专用编程器的生命周期也很有限。因此，现在的趋势是使用以PC为支持的编程装置，用户只需购买PLC厂家提供的编程软件和应用的硬件接口装置。这样，用户只用较少的投资即可得到高性能的PLC程序开发系统。
3种PLC编程的比较见表1-1，PLC编程可采用的3种PLC编程方式分别具有各自的优缺点。表1-1 3种PLC编程方式的比较
8. 其他部件
PLC还可以选配的外部设备包括编程器、EPROM写入器、外部存储器卡（盒）、打印机、高分辨率大屏幕彩色图形监控系统和工业计算机等。
EPROM写入器是用来将用户程序固化到EPROM中的一种PLC外部设备。为了确保调试好的用户程序不易丢失，经常用EPROM写入器将用户程序从PLC内的RAM保存到EPROM中。
PLC可用外部的磁带、磁盘和存储盒等来存储PLC的用户程序，这些存储器件称为外部存储器。外部存储器一般是通过编程器或其他智能模块提供的接口，实现与内部存储器之间相互传递用户程序。
综上所述，PLC主机在构成实际硬件系统时，至少需要建立两种双向信息交换通道。最基本的构造包括CPU模块、电源模块、I/O模块。通过不断地扩展模块来实现各种通信、计数、运算等功能，通过人为灵活地变更控制规律来实现对生产过程或某些工业参数的自动控制。1.3.2 PLC的软件系统
软件是PLC的“灵魂”。当PLC硬件设备搭建完成后，通过软件来实现控制规律，高效地完成系统调试。PLC的软件系统包括系统程序和用户程序。系统程序是PLC设备运行的基本程序；用户程序使PLC能够实现特定的控制规律和预期的自动化功能。
1. 系统程序
系统程序是由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传递程序、监控程序等。PLC的系统程序有以下3种类型。（1）系统管理程序
系统管理程序控制着系统的工作节拍，包括PLC运行管理（各种操作的时间分配）、存储器空间管理（生成用户数据区）和系统自诊断管理（如电源、系统出错、程序语法、句法检验等）。（2）编辑和解释程序
编辑和解释程序将用户程序变成内码形式，以便于程序进行修改、调试。解释程序能将编程语言转变为机器语言，以便CPU操作运行。（3）标准子程序与调用管理程序
为提高运行速度，在程序执行中某些信息处理（如I/O处理）或特殊运算等是通过调用标准子程序来完成的。
2. 用户程序
PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制的目的。根据系统配置和控制要求而编辑的用户程序，是PLC应用于工程控制的一个最重要环节。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯，PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专用语言。PLC的编程语言多种多样，不同的PLC厂家提供的编程语言也不尽相同。常用的编程语言包括以下几种。（1）梯形图（LAD）
梯形图（LAD）编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。PLC的梯形图与继电器控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定的区别。梯形图是使用最多的PLC图形编程语言，梯形图具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的人员掌握，特别适合于数字量逻辑控制。
梯形图由触点、绕组和用方框表示的指令框组成。触点代表逻辑输入条件，如外部的开关、按钮和内部条件等。绕组通常代表逻辑运算的结果，常用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的标志位等。指令框用来表示定时器、计数器或数学运算等附加指令。使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图，并将它下载到PLC。
图1-11所示为简单的梯形图，触点和绕组等组成的独立电路称为网络（Network），编程软件自动为网络编号，与其对应的语句表如图1-12所示。图1-11 简单的梯形图图1-12 语句表
梯形图的一个关键概念是“能流”（Power Flow），这仅是概念上的“能流”。如图1-11所示，把左边的母线假想为电源的“相线”，而把右边的母线假想为电源的“中性”。如果有“能流”从左至右流向绕组，则绕组被激励；如果没有“能流”，则绕组未被激励。“能流”可以通过激励（ON）的常开触点和未被激励（OFF）的常闭触点自左向右流动。“能流”在任何时候都不会通过触点自右向左流动。如图1-11所示，当I0.0和I0.1或Q4.0和I0.1触点都接通后，绕组Q4.0才能接通（被激励），只要其中一个触点不接通，绕组就不会接通。
要强调指出的是，引入“能流”的概念，仅仅是为了和继电接触器控制系统相比较，可以对梯形图有一个深入的认识，其实“能流”在梯形图中是不存在的。
梯形图中的触点和绕组可以使用物理地址，如I0.1、Q4.0等。如果在符号表中对某些地址定义了符号，如令I0.0的符号为“启动”，在程序中可用符号地址“启动”来代替物理地址I0.1，使程序便于阅读和理解。
用户可以在网络号的右边加上网络的标题，在网络号的下面为网络加上注释；还可以选择在梯形图下面自动加上该网络中使用符号的信息。
如果将两块独立电路放在同一个网络内将会出错。如果没有跳转指令，网络中程序的逻辑运算按从左到右的方向执行，与“能流”的方向一致。网络之间按从上到下的顺序执行，执行完所有的网络后，下一次循环返回最上面的网络（网络1）重新开始执行。（2）语句表（STL）
语句表（STL）编程语言类似于计算机中的助记符语言，它是PLC最基础的编程语言。所谓语句表编程，是指使用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能。它是一种类似于微机的汇编语言中的文本语言，由多条语句组成一个程序段。语句表比较适合经验丰富的程序员使用，可以实现某些不能用梯形图或功能块图表示的功能。图1-12所示为与图1-11梯形图所对应的语句表。（3）功能块图（FBD）
功能块图（FBD）使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑。一些复杂的功能（如数学运算功能等）用指令框来表示，有数字电路基础的人很容易掌握。功能块图用类似于与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。
利用功能块图可以查看到像普通逻辑门图形的逻辑盒指令。它没有梯形图编程器中的触点和绕组，但有与之等价的指令，这些指令是作为盒指令出现的，程序逻辑由这些盒指令之间的连接决定。也就是说，一个指令（如AND盒）的输出可以用来允许另一个指令（如定时器），这样可以建立所需要的控制逻辑。这样的连接思想可以解决范围广泛的逻辑问题。功能块图编程语言有利于程序流的跟踪，但在目前使用较少。与图1-11梯形图相对应的功能块图如图1-13所示。图1-13 功能块图1.3.3 PLC的程序结构概述
控制一个任务或过程，是通过在RUN模式下，使主机循环扫描并连续执行用户程序来实现的，用户程序决定了一个控制系统的功能。程序的编制可以使用编程软件在计算机或其他专用编程设备中进行（如图形输入设备、编程器等）。
广义上的程序由3部分组成：用户程序、数据块和参数块。
1. 用户程序
用户程序在存储器空间也称为组织块，它处于最高层次，可以管理其他块，可采用各种语言（如语句表、梯形图或功能块图等）来编制。不同机型的CPU，其程序空间容量也不同。用户程序的结构比较简单，一个完整的用户控制程序应当包含一个主程序、若干子程序和若干中断程序3部分。不同的编程设备，对各程序块的安排方法也不同。PLC程序结构示意图如图1-14所示。图1-14 PLC程序结构示意图
用编程软件在计算机上编程时，利用编程软件的程序结构窗口双击主程序、子程序和终端程序的图标，即可进入各程序块的编程窗口。编译时编程软件自动对各程序段进行连接。
2. 数据块
数据块为可选部分，它主要存放控制程序运行所需的数据，在数据块中允许以下数据类型：布尔型，表示编程元件的状态；二进制、十进制或十六进制；字母、数字和字符型。
3. 参数块
参数块也是可选部分，它主要存放的是CPU的组态数据，如果在编程软件或其他编程工具上未进行CPU的组态，则系统以默认值进行自动配置。1.3.4 PLC的扫描工作方式
PLC的工作原理是建立在计算机工作原理基础之上，即通过执行反应控制要求的用户程序来实现的。PLC控制器程序的执行是按照程序设定的顺序依次完成相应的电器的动作，PLC采用的是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令，开始新的一轮扫描，PLC就是这样周而复始地重复上诉循环扫描。
PLC的工作方式是用串行输出的计算机工作方式实现并行输出的继电器-接触器工作方式，其核心手段就是循环扫描。每个工作循环的周期必须足够小以至于我们认为是并行控制。PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，因此从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种循环工作方式称为PLC的循环扫描工作方式。
用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条指令开始的，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后从头开始扫描执行，周而复始地重复运行。
如图1-15所示，从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按照程序存储的地址序号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束；然后从头开始扫描，并周而复始地重复进行。图1-15 PLC的工作过程
PLC运行工作过程包括3部分。
第一部分是上电处理。PLC上电后对PLC系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化、I/O模块配置运行方式检查，停电保持范围设定及其他初始化处理。
第二部分是扫描过程。PLC上电处理完成后，进入扫描工作过程：先完成输入处理，再完成与其他外部设备的通信处理，进行时钟、特殊寄存器更新。因此，扫描过程又分为3个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。当CPU处于STOP方式时，转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查，如果发现异常，则停机并显示报警信息。
第三部分是出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作示范正常，如CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通信等是否异常或出错，当检查出异常时，CPU面板上的LED灯及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描停止。
PLC运行正常时，扫描周期的长短与CPU的运算速度有关，与I/O点的情况有关，与用户应用程序的长短及编程情况等均有关。通常用PLC执行1KB指令所需时间来说明其扫描速度（通常为1～10ms/KB）。值得注意的是，不同的指令其执行是不同的，从零点几微秒到上百微秒不等，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。若用于高速系统要缩短扫描周期，可从软硬件两个方面考虑。
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