三菱plc如何循环

在工业自动化领域，实现程序的周期性执行是控制逻辑的核心。本文将深入探讨三菱可编程逻辑控制器（PLC）中实现循环控制的多种方法。内容涵盖从最基础的辅助继电器自锁回路，到步进顺控指令与主控指令的进阶应用，再到功能指令如循环移位与循环处理指令的深度解析。我们还将剖析程序扫描机制这一根本原理，并对比不同循环结构的优缺点与适用场景，旨在为工程师提供一套从理论到实践的完整解决方案，以构建高效、稳定的自动化控制系统。

       在工业自动化控制系统中，可编程逻辑控制器（PLC）如同系统的大脑，负责处理输入信号、执行逻辑运算并驱动输出设备。而“循环”这一概念，在其中扮演着至关重要的角色。它不仅仅意味着让一段程序代码反复运行，更代表着构建稳定、高效、可维护控制逻辑的基石。对于广大使用三菱PLC的工程师和技术人员而言，熟练掌握各种循环实现方法，是提升编程水平、优化系统性能的关键一步。本文将系统性地梳理在三菱PLC中实现循环控制的完整知识体系，从底层原理到高层应用，从基础指令到高级技巧，为您呈现一幅清晰而详尽的技术图谱。

       理解程序扫描循环：一切循环的根源

       要探讨如何在三菱PLC中“制造”循环，首先必须理解其内在的“天性循环”——程序扫描循环。这是一种硬件与操作系统层面固有的工作机制。PLC上电运行后，会周而复始地执行一系列固定步骤：首先读取所有输入端子（X）的物理状态并存入输入映像寄存器；然后从头至尾逐行扫描执行用户编写的梯形图或指令表程序；接着将输出映像寄存器（Y）的状态一次性刷新到物理输出端子；最后进行通信处理、自诊断等后台任务。完成这一整个周期后，立即开始下一个周期，如此无限循环。这个扫描周期的时间，即扫描时间，是衡量PLC性能的重要指标。我们所编写的所有程序逻辑，都是在这个永恒的、微观的扫描循环中被一次次执行。因此，用户程序的循环本质上是建立在这个底层扫描机制之上的“逻辑循环”。

       辅助继电器自锁回路：最经典的启保停循环

       这是梯形图语言中最基础、最直观的循环保持逻辑，常用于设备的启动、保持和停止控制，因此常被称为“启保停”电路。其核心是利用一个辅助继电器（M）或输出继电器（Y）自身的常开触点，并联在启动条件之后，形成自锁。例如，当启动按钮（X0）按下时，辅助继电器M0线圈得电；同时，M0的常开触点闭合，即使X0松开，电流仍可通过M0自身的触点保持流通，使M0线圈持续得电，这就实现了“一旦启动，持续运行”的循环保持状态。停止则通过串联一个常闭触点（如停止按钮X1）来实现。这种循环结构简单可靠，是构成更复杂控制逻辑的基本单元，几乎存在于每一个自动化项目中。

       定时器与计数器的周期性触发循环

       当需要实现按固定时间间隔或固定次数执行的循环时，定时器（T）和计数器（C）便成为得力工具。利用定时器可以轻松构造周期性的脉冲序列。例如，使用两个定时器互相复位和启动，可以产生一个占空比可调的方波信号，该信号可用于闪烁指示、周期性采样或间歇性执行某段程序。计数器则用于循环计数控制，比如包装生产线每完成10个产品便执行一次装箱动作。通过将计数器的当前值与设定值比较，在其到达设定值并产生输出信号后，再利用该信号复位计数器本身，并触发相应的工艺动作，即可实现基于数量的循环。定时器和计数器的灵活组合，能够构建出满足各种时间与次数要求的复杂循环逻辑。

       步进顺控指令：结构化流程循环的利器

       对于顺序流程控制，如机械手、装配线等具有明显步骤性的设备，三菱PLC的步进顺控指令（STL）提供了绝佳的解决方案。它采用状态继电器（S）来代表流程中的每一步。每个状态步都是一个相对独立的程序段，只有激活的状态步内的程序才会被执行。流程通过转移条件在不同状态步之间跳转。当整个工艺流程需要循环运行时，只需在最后一步设置转移条件，使其跳转回初始步即可。这种方式实现的循环，结构清晰，逻辑分明，易于设计和调试。由于同一时间通常只有一个状态步活跃，避免了双线圈等冲突问题，极大地提高了程序的可读性和可维护性，是处理顺序循环流程的首选方法。

       主控指令实现程序段的选择性循环

       主控指令（MC/MCR）本身并不直接产生循环，但它为程序的分支与循环控制提供了强大的结构支持。MC指令犹如一个总开关，当其控制条件不满足时，从MC到MCR之间的所有程序段将被跳过，PLC不予执行，相当于这段程序进入了“休眠”状态。这可以用于实现模式选择、安全联锁等。在循环控制的语境下，我们可以利用外部条件或内部标志位，周期性地接通或断开主控指令的控制条件，从而让被主控的程序段间歇性地参与扫描执行，形成一种宏观上的“执行-跳过-再执行”的循环模式。这种方式适用于那些不需要每个扫描周期都执行，但在特定阶段需要反复执行的任务。

       循环移位指令：数据层面的位循环

       循环不仅体现在程序执行流程上，也体现在数据处理层面。三菱PLC提供了丰富的循环移位指令，如右循环移位（ROR）、左循环移位（ROL）、带进位循环移位等。这些指令作用于字或双字数据，将其二进制位向左或向右循环移动，移出的位会从另一端移入。例如，ROR指令每执行一次，指定位数的数据就会向右循环移动一位。这种循环常用于流水灯控制、数据加密解密、或者需要周期性轮询的位状态处理。通过在每次扫描周期或定时触发下执行一次循环移位指令，可以实现数据位的自动循环，从而驱动输出点形成循环点亮或关闭的效果，这是一种非常高效的硬件资源利用方式。

       跳转指令构成的程序流循环

       跳转指令（CJ）能够改变程序执行的顺序，强制从当前程序位置跳转到指定的指针（P）标签处继续执行。利用这一特性，可以构造出明显的程序循环体。例如，在需要重复执行某段初始化或计算程序时，可以在该段程序开始处设置一个指针标签（如P10），在结尾处使用一个条件跳转指令（CJ P10）。当循环条件满足时，程序就会跳回P10处重新执行，形成闭环。需要注意的是，过度或不当使用跳转指令会导致程序流程混乱，降低可读性，且可能因跳过某些必要的输出刷新语句而引发问题。因此，它通常用于特定场合，在结构化编程中应谨慎使用。

       子程序与中断的循环调用机制

       子程序（CALL）和中断服务程序是模块化编程的核心。主程序（OB1）本身就在一个无限的扫描循环中。在主循环中，可以反复调用（CALL）同一个子程序，这就实现了功能模块的循环执行。子程序适合封装那些需要多次使用的通用功能，如模拟量转换、PID计算等。中断则是一种由特定事件（如外部输入信号上升沿、定时时间到等）触发的特殊“循环”。中断事件一旦发生，无论主程序执行到何处，都会立即暂停，转去执行对应的中断服务程序，执行完毕后再返回主程序断点继续执行。中断的响应是周期性的（对于定时中断）或事件性的，它为处理高优先级、高实时性任务提供了一种并行的循环处理通道。

       FOR-NEXT循环指令：结构化迭代循环

       在三菱PLC的指令集中，提供了类似于高级编程语言的循环迭代指令，例如FOR和NEXT指令对。FOR指令用于设定循环的起始值、结束值和循环计数器。夹在FOR和NEXT之间的程序段将被重复执行，直到循环计数器的值达到结束值为止。这是一种非常结构化的循环方式，特别适合处理需要重复固定次数的操作，如批量数据初始化、数组求和、重复动作控制等。它使程序意图表达得更加清晰，避免了使用自增计数器配合比较跳转指令的繁琐。合理使用FOR-NEXT循环，可以极大提升涉及重复运算或操作的程序段的编写效率和可读性。

       用比较指令与区间判断驱动状态循环

       许多工业过程需要根据某个变量（如温度、压力、位置）所处的不同区间来循环执行不同的操作。这时，比较指令（如大于、小于、等于、区间比较）就成为构建状态循环的关键。通过将过程变量的实时值与一系列设定值进行比较，可以划分出多个区间状态。程序根据当前所处的状态执行相应的操作，并在条件满足时切换到下一个状态，形成一个状态循环图。例如，在注塑机的温度控制中，可能包含“升温”、“保温”、“冷却”等多个状态阶段，程序根据实测温度在不同设定值区间内的切换，来循环执行这几个阶段，直到生产周期完成。这是一种基于条件的、非固定周期的智能循环。

       时钟与日历功能实现基于时间的宏观循环

       PLC控制系统常常需要遵循自然的时间规律运行，例如每天定时启停、每周执行一次维护流程、每月统计产量等。三菱PLC内置的实时时钟（RTC）功能为此类基于日历时间的宏观循环提供了硬件基础。通过读取时钟数据（年、月、日、时、分、秒、星期），并利用比较指令与预设的时间点或时间段进行比较，可以触发相应的控制动作。例如，设置一个比较条件，当“小时=8且分钟=0且星期不等于六、日”时，启动生产线。这种循环以真实的日历时间为尺度，实现了控制系统与人类生产生活节律的同步，是能源管理、定时作业等应用的常用手段。

       循环结构中的初始化和复位设计

       一个健壮的循环控制逻辑，必须包含完善的初始化和复位机制。在循环开始前（如上电初期，或从停止模式切换到运行模式时），需要对循环中使用的所有辅助继电器、计数器、定时器、数据寄存器等进行清零或赋予初始值。这通常通过初始化脉冲继电器（M8002，仅在运行第一扫描周期接通）或特定的启动条件来完成。同样，在循环被强制停止或一个循环周期结束时，也需要有选择地进行复位操作，以确保下一次循环能够从一个确定、干净的状态开始，避免出现数据累积或状态残留导致的误动作。良好的初始化与复位设计是循环逻辑稳定可靠运行的保障。

       避免循环逻辑中的常见陷阱与优化策略

       在设计循环逻辑时，一些陷阱需要警惕。首先是“扫描时间累积”问题，特别是在使用大量嵌套循环或耗时指令时，可能导致单个扫描周期过长，影响系统实时性。优化策略包括优化算法、拆分长循环、利用定时中断分担任务。其次是“竞争条件”或“逻辑冲突”，例如两个并行的循环体试图修改同一个输出点。这需要通过互锁、状态优先级管理来解决。再者是“死循环”，即程序陷入无法退出的循环中，通常因跳转条件永远无法满足导致，设计时需确保循环有出口。最后是资源管理，如定时器、计数器的重复使用与复位，需仔细规划，防止冲突。

       循环控制与故障诊断、安全联锁的融合

       复杂的循环控制必须与系统的故障诊断和安全联锁机制深度融合。在循环执行的每一步或每一个周期中，都应加入状态监测和超时判断。例如，在步进顺控中，每一步都设置一个监控定时器，如果该步因故障在预定时间内未能完成，则触发报警并跳转到安全状态。在设备循环运行中，需要持续监测急停信号、安全门状态、传感器异常等，一旦出现故障，应立即安全地中断当前循环，并可能启动一个预设的故障处理或停机循环。将安全逻辑嵌入到主控制循环的框架内，而不是作为事后补救，是构建高可靠性自动化系统的关键原则。

       通过通信实现多台设备间的协同循环

       在现代自动化生产线中，往往由多台PLC或智能设备协同工作，它们之间的动作需要精密配合，形成更大范围的协同循环。这需要通过工业网络（如CC-Link， MELSECNET）进行通信来实现。一台作为主站的PLC可以控制整个生产节拍，它按照既定的循环逻辑，通过通信向各从站PLC发送启动、停止、数据等指令，并接收从站的完成和状态反馈。各从站则在接收到主站指令后，执行自己内部的控制循环。这种分布式循环控制，对通信的实时性和可靠性提出了很高要求。合理规划通信数据交换的时机和内容，确保各子循环与主循环同步，是实现复杂系统高效运行的核心。

       从单循环到多循环：复杂系统的架构设计

       对于一个复杂的控制系统，单一循环往往不足以描述其全部行为。实际项目通常是多个不同周期、不同功能的循环体并行或嵌套运行。例如，一个高速包装机可能包含：一个以毫秒为周期的高速伺服运动控制循环（可能由专用运动模块或中断处理）；一个以几十毫秒为周期的逻辑与顺序控制主循环；一个以秒为周期的人机界面（HMI）数据刷新循环；以及一个以分钟为周期的生产数据统计与上传循环。设计这样的多循环系统，关键在于合理划分任务层级，确定每个循环的执行载体（主程序、中断、后台任务），并妥善处理循环间的数据交换与同步问题，避免资源竞争和时序错乱。

       总结：构建高效稳定循环的哲学

       掌握三菱PLC的各种循环实现方法，其最终目的并非炫技，而是为了构建出更高效、更稳定、更易于维护的控制系统。选择何种循环方式，取决于具体的工艺需求、性能要求和编程习惯。简单的自锁回路足以应对大多数启停控制；顺序流程优先考虑步进顺控；定时与计数循环适用于周期性任务；数据处理可借助移位指令；模块化功能使用子程序调用；高实时性任务交给中断。优秀的工程师懂得根据实际情况灵活选用和组合这些工具。更重要的是，要将循环控制置于整个系统设计的框架内考量，兼顾实时性、安全性、可扩展性和可维护性，让循环的逻辑之美服务于稳定高效的工业生产。