plc的扫描工作过程图

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　　plc有两种基本的工作模式，即运行(RUN)模式与停止(STOP)模式。在运行模式，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。
　　除了执行用户程序外，在每次循环过程中， PLC还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（见图）。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。
　　
　　在内部处理阶段，PLC检查CPU．模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些其它内部工作。
　　在通信服务阶段，PLC与其它的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。
　　当PLC处于停止(STOP)模式时，只执行以上的操作。PLC处于运行(RUN)模式时，还要完成另外三个阶段的操作。
　　在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。PLC梯形图中的其他编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。
　　在输入处理阶段，PLC把所有外部输入电路的接通，断开状态读入输入映像寄存器。 外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为l状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外部输入触点电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。

　　某一编程元件对应的映像寄存器为l状态时，称该编程元件为ON，映像寄存器为0状态时，称该编程元件为OFF。
　　在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。
　　PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0／1状态读来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器(输入映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。

　　在输出处理阶段，CP／7将输出映像寄存器的0／1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。
　　若梯形图中输出继电器的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为0状态，在输出处理阶段之后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。
1．循环扫描工作过程
PLC最主要的工作方式是循环扫描（周期扫描）。连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描，扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通信请求、自诊断检查和写输出等过程，CPU反复不停地分阶段处理上述各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为循环扫描。执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中省略了执行用户程序和读输入、写输出的内容。如图1所示，PLC在一个扫描周期中完成以下5个扫描过程。

图1 扫描工作过程
(1) CPU自诊断测试 为保证设备的可靠性，及时反映所出现的故障，PLC都具有自诊断功能。自诊断测试包括定期检查用户程序存储器、I/O模块状态以及I/O扩展总线的一致性，将时间监视器复位，以及完成一些别的内部工作。
(2)通信处理 当PLC与微机构成通信网络或由PLC构成分散系统时，需要通信处理过程。如有智能模块，CPU模块检查智能模块是否需要服务，如果需要，则读取智能模块的信息并存放在缓冲区中，供下一个扫描周期使用。
(3)读输入也叫输入扫描或输入刷新。在PLC的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。在读输入阶段，PLC把所有外部输入点的状态读人输入映像寄存器。外接的输入电路闭合时，对应的输入映像寄存器为1状态，梯形图中对应输入点的常开触点接通，常闭触点断开；外接的输入电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对应输入点的常开触点断开，常闭触点接通。
(4)执行用户程序PLC在运行工作状态下，若没有跳转指令，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到结束( END)指令。遇到结束指令时，CPU检查系统的智能模块是否需要服务。
在执行指令时，从输入（输出）映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其0或1状态，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到相应的映像寄存器中。因此，各映像寄存器（只读的输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。
在执行程序阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读输入阶段被集中读入。
(5)写输出 也叫输出扫描或输出刷新。CPU执行完用户程序后，将输出映像寄存器的0或1状态集中送到输出模块的输出锁存器，再经输出电路传递到输出端子。术一输出位的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为1状态，其对应的常开触点闭合，使外部负载通电工作；若梯形图中输出点的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为0状态，其对应的常开触点断开，外部负载断电，停止工作。
为了现场调试方便，PLC具有I/O控制功能，用户可以通过编程器等外部设备封锁或开放I/O，所谓封锁I/O就是关闭I/O扫描。
PLC在运行状态，执行如上所述的一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1~100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU的运算速度有很大的关系。用户程序较长时，指令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。
2．输入／输出的处理过程
PLC的输入／输出的处理过程大致分为3个阶段，即输入采样、程序执行和输出刷新。PLC重复的执行上述3个阶段，周而复始。图3所示为信号从输入端子到输出端子的传递过程，反映了I/O处理过程的3个阶段。

图3 PLC信号传递过程
(1)输入采样 PLC在系统程序控制下，以扫描方式顺序读输入端口的状态（如开关的接通或断开），并写入输入映像寄存器，此时输入状态寄存器被刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的改变只能在下一个扫描周期输入采样到来时，才能重新读入。
(2)程序执行PLC按照梯形图先左后右、先上后下的顺序，扫描执行每一条用户程序。执行程序时所用的输入变量和输出变量，是在相应的输入映像寄存器和输出状态寄存器中取用，运算的结果写入输出映像寄存器。
(3)输出刷新 将输出映像寄存器的内容传送给输出端口，驱动输出设备，这才是PLC的实际输出。
由上述分析得出循环扫描有如下特点。
1)扫描过程周而复始的进行，读输入、写输出和用户程序是否执行是可控的。
2)输入映像寄存器的内容是由输入设备驱动的，是在读输入阶段集中读人的，在程序执行过程中的一个周期内其值保持不变。
3)输出映像寄存器的值决定了下一个扫描周期的输出值，在程序执行阶段，其值既可以作为控制程序执行的条件，又可以被程序修改用于存储中间结果或下一扫描周期的输出结果。
4)输出结果是程序执行完后，在写输出阶段将输出映像寄存器的最后值集中输出的。
5)执行用户程序时，对输入／输出的存取通常是通过映像寄存器，而不是实际的I/O点。这样可实现集中采样，程序执行阶段输入值固定不变，程序执行完后，统一输出，使系统运行稳定。程序执行时，读输入（写输出）映像寄存器比读输入（写输出）端点快得多，这样可以提高程序的执行速度。I/O点必须按位存取，而映像寄存器可按位、字节、字、双字存取，灵活性好。
PLC采用这种循环扫描的工作方式，使输入信号、执行过程和输出控制都集中批处理。PLC的这种“串行”工作方式，可以避免继电一接触器控制系统中触点竞争和时序失配的问题，但是又导致输出对输入在时间上的滞后。
PLC的工作原理与计算机的工作原理基本一致，都是通过执行用户程序实现对系统的控制，但是在工作方式上两者有很大差别。计算机在工作过程中，如果输入条件没有满足，程序将等待，直到条件满足才继续执行，而PLC在输入条件不满足时，程序照样顺序往下执行，它将依靠不断的循环扫描，一次次通过输入采样捕捉输入变量。但由此带来的问题是，如果当扫描到来时输入变量发生变化，则本次扫描期间输出就会有相应的变化。如果在本次扫描之后输入变量才发生变化，则本次扫描周期输出不变，只有等待下一次扫描输出才会发生变化。这就造成了PLC的输入与输出响应的滞后，甚至可滞后2～3个周期。
3．输入／输出滞后响应
由于PLC采用循环扫描的工作方式，而且对输入／输出信号只在每个扫描周期的固定时间集中输入／输出，所以必然会产生输出信号相对输入信号的滞后现象。输入／输出滞后响应又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化到它控制的有关外部输出信号发生变化的时间间隔，它由输人电路滤波时间、输出电路的滞后时间（信号从锁存器到输出端子的时间）和因扫描工作方式产生的滞后时间3部分组成。
PLC的总响应时间一般只有几十毫秒，尽管这种响应滞后对一般工业设备来说是完全允许的，但表明只有当输入变量满足条件的时间大于扫描周期，这个条件才能被PLC接受并按程序执行。但另一方面也表明PLC对一些短时的瞬时干扰，会因响应滞后而躲避开，有利于提高PLC的抗干扰能力。

宋学龙

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