_第二章 plc的工作原理
一、掃瞄工作原理
___ 當plc執行時，是通過執行反映控制要求的使用者程式來完成控制任務的，需要執行眾多的操作，但cpu不可能同時去執行多個操作，它只能按分時操作（序列工作）方式，每一次執行乙個操作，按順序逐個執行。由於cpu的運算處理速度很快，所以從巨集觀上來看，plc外部出現的結果似乎是同時（並行）完成的。這種序列工作過程稱為plc的掃瞄工作方式。
_ __用掃瞄工作方式執行使用者程式時，掃瞄是從第一條程式開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程式儲存順序的先後，逐條執行使用者程式，直到程式結束。然後再從頭開始掃瞄執行，周而復始重複執行。
plc的掃瞄工作方式與電器控制的工作原理明顯不同。電器控制裝置採用硬邏輯的並行工作方式，如果某個繼電器的線圈通電或斷電，那麼該繼電器的所有常開和常閉觸點不論處在控制線路的哪個位置上，都會立即同時動作；而plc採用掃瞄工作方式（序列工作方式），如果某個軟繼電器的線圈被接通或斷開，其所有的觸點不會立即動作，必須等掃瞄到該時才會動作。但由於plc的掃瞄速度快，通常plc與電器控制裝置在i/o的處理結果上並沒有什麼差別。
二、plc掃瞄工作過程
plc的掃瞄工作過程除了執行使用者程式外，在每次掃瞄工作過程中還要完成內部處理、通訊服務工作。如圖2-1所示，整個掃瞄工作過程包括內部處理、通訊服務、輸入取樣、程式執行、輸出重新整理五個階段。整個過程掃瞄執行一遍所需的時間稱為掃瞄週期。
掃瞄週期與cpu執行速度、plc硬體配置及使用者程式長短有關，典型值為1～100ms。
圖2-1 掃瞄過程示意圖
在內部處理階段，進行plc自檢，檢查內部硬體是否正常，對監視定時器（wdt）復位以及完成其它一些內部處理工作。
在通訊服務階段，plc與其它智慧型裝置實現通訊，響應程式設計器鍵入的命令，更新程式設計器的顯示內容等。
當plc處於停止（stop）狀態時，只完成內部處理和通訊服務工作。當plc處於執行（run）狀態時，除完成內部處理和通訊服務工作外，還要完成輸入取樣、程式執行、輸出重新整理工作。
__ _ plc的掃瞄工作方式簡單直觀，便於程式的設計，並為可靠執行提供了保障。當plc_掃瞄到的指令被執行後，其結果馬上就被後面將要掃瞄到的指令所利用， _而且還可通過cpu內部設定的監視定時器來監視每次掃瞄是否超過規定時間，避免由於cpu內部故障使程式執行進入死迴圈。
三 、plc執行程式的過程及特點
__ _plc執行程式的過程分為三個階段，即輸入取樣階段、程式執行階段、輸出重新整理階段，如圖2-2所示。
圖2-2_ plc執行程式過程示意圖
1．輸入取樣階段 _
__ _在輸入取樣階段，plc以掃瞄工作方式按順序對所有輸入端的輸入狀態進行取樣，並存入輸入映象暫存器中，此時輸入映象暫存器被重新整理。接著進入程式處理階段，在程式執行階段或其它階段，即使輸入狀態發生變化，輸入映象暫存器的內容也不會改變，輸入狀態的變化只有在下乙個掃瞄週期的輸入處理階段才能被取樣到。
_ 2．程式執行階段
_ _ 在程式執行階段，plc對程式按順序進行掃瞄執行。若程式用梯形圖來表示，則總是按先上後下，先左後右的順序進行。當遇到程式跳轉指令時，則根據跳轉條件是否滿足來決定程式是否跳轉。
當指令中涉及到輸入、輸出狀態時，plc從輸入映像暫存器和元件映象暫存器中讀出，根據使用者程式進行運算，運算的結果再存入元件映象暫存器中。對於元件映象暫存器來說，其內容會隨程式執行的過程而變化。
_ _3．輸出重新整理階段
__ _當所有程式執行完畢後，進入輸出處理階段。在這一階段裡，plc將輸出映象暫存器中與輸出有關的狀態（輸出繼電器狀態）轉存到輸出鎖存器中，並通過一定方式輸出，驅動外部負載。
_ 因此，plc在乙個掃瞄週期內，對輸入狀態的取樣只在輸入取樣階段進行。當plc進入程式執行階段後輸入端將被封鎖，直到下乙個掃瞄週期的輸入取樣階段才對輸入狀態進行重新取樣。這方式稱為集中取樣，即在乙個掃瞄週期內，集中一段時間對輸入狀態進行取樣。
_ _ 在使用者程式中如果對輸出結果多次賦值，則最後一次有效。在乙個掃瞄週期內，只在輸出重新整理階段才將輸出狀態從輸出映象暫存器中輸出，對輸出介面進行重新整理。在其它階段裡輸出狀態一直儲存在輸出映象暫存器中。
這種方式稱為集中輸出。
_ __對於小型plc，其i/o點數較少，使用者程式較短，一般採用集中取樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統的響應速度，但使plc工作時大多數時間與外部輸入/輸出裝置隔離，從根本上提高了系統的抗干擾能力，增強了系統的可靠性。
而對於大中型plc，其i/o點數較多，控制功能強，使用者程式較長，為提高系統響應速度，可以採用定期取樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及採用智慧型i/o介面等多種方式。
_ __從上述分析可知，當plc的輸入端輸入訊號發生變化到plc輸出端對該輸入變化作出反應，需要一段時間，這種現象稱為plc輸入／輸出響應滯後。對一般的工業控制，這種滯後是完全允許的。應該注意的是，這種響應滯後不僅是由於plc掃瞄工作方式造成，更主要是plc輸入介面的濾波環節帶來的輸入延遲，以及輸出介面中驅動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程式設計有關。
滯後時間是設計plc應用系統時應注意把握的乙個引數。
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