PLC的工作原理和編程語言文章目錄[隱藏]1PLC的工作過程1)PLC的具體工作過程2)循環掃描過程的工作特點PLC有兩種操作模式，即RUN(運行)模式和STOP(停止)模式。在RUN模式下，PLC執行用戶程序實現控制功能。在STOP模式下,PLC不執行用戶程序,用戶可以用編程器或編程軟件創建和編輯用戶程序,設置PLC的硬件功能，并將用戶程序和硬件設置信息下載到PLC中。在不同的工作模式下,PLC的工作過程有所差別。1PLC的工作過程1)PLC的具體工作過程PLC通電后,首先需要對硬件和軟件做--些初始化工作,然后開始周而復始地分階段處理各種不同的任務。PLC這種周期性的循環工作方式稱為循環掃描工作方式，完成一次周期性的工作稱為一個掃描周期。當PLC運行在不同的工作模式下時,其掃描過程有所差別，主要區別是在STOP模式下,PLC不執行用戶程序。如圖1所示,一個掃描周期主要可分為5個階段。圖1PLC的掃描過程(1)讀取輸入階段。CPU在處理用戶程序時,使用的輸入值不是直接從輸入點讀取的,運算的結果也不直接送到實際輸出點,而是在內存中設置了兩個映像寄存器:一個為輸入映像寄存器,另一個為輸出映像寄存器。用戶程序中所用的輸入值是輸入映像寄存器的值,運算結果存放在輸出映像寄存器中。在輸入掃描過程中,CPU把實際輸入點的狀態鎖存到輸入映像寄存器;在輸出掃描過程中,CPU把輸出映像寄存器的值鎖定到實際輸出點。每次掃描周期的開始,先讀取輸入點的當前值,然后寫到輸入映像寄存器區域。在此后的用戶程序執行的過程中,CPU訪問輸入映像寄存器區域,而并非直接讀取輸入端口的狀態,輸入信號的變化并不會影響到輸入映像寄存器的狀態，因此,通常要求輸入信號有足夠的脈沖寬度,才能被正確響應。(2)執行用戶程序階段。用戶程序執行階段,PLC按照用戶程序指令的順序，自左而右、自上而下地逐行掃描執行。在這一階段CPU從用戶程序的第一條指令開始執行直到最后一條指令結束，程序運行結果放入輸出映像寄存器區域。在此階段,允許對數字量I/O指令和不設置數字濾波的模擬量I/O指令進行處理。輸出映像寄存器的值會隨著程序的執行而變化,但不會直接改變輸出點的值。(3)處理通信請求階段。這是掃描周期的信息處理階段,CPU處理從通信端口和智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區中,在適當的時候將信息傳送給請求方等。(4)執行CPU自診斷測試階段。在此階段CPU檢查其硬件、用戶程序存儲器和所有I/O模塊的狀態。自診斷測試掃描過程中為保證設備的可靠性，及時反映所出現的故障,PLC都具有自監視功能。自監視功能主要由時間監視器(WatchdogTimer,WDT)完成。WDT是一個硬件定時器,每一個掃描周期開始前都被復位。WDT的定時時間可由用戶修改，一般在100~500ms之間。其他的執行結果錯誤可由程序設計者通過標志位進行處理。(5)改寫輸出階段。每個掃描周期的結尾,CPU把存在輸出映像寄存器中的數據輸出給輸出端點(寫人輸出鎖存器中)，更新輸出狀態。然后PLC進入下一個循環周期,重新執行輸入采樣階段,周而復始,循環執行。

如果程序中使用了中斷指令,當中斷事件出現時,PLC將停止正常的掃描工作方式，立即轉人執行中斷程序,從而提高PLC的響應速度。在掃描周期的各個階段,均可對中斷事件進行響應。如果在程序中使用了立即I/O指令,則PLC可以直接存取I/O點。用立即I/O指令讀輸入點值時,相應的輸入映像寄存器的值并未被修改;但使用立即I/O指令寫輸出點值時,相應的輸出映像寄存器的值將被修改。

從以上對掃描周期的分析可知,掃描周期的時間變化基本上可分為三部分,即保證系統正常運行的公共操作、系統與外部設備信息的交換和用戶程序的執行。第一部分的掃描時間基本上是固定的,因機器類型而有所不同;第二部分并不是每個系統或系統的每次掃描都有,占用的掃描時間也是變化的;第三部分隨控制對象工藝的復雜程度和用戶控制程序而變化,因此這部分占用的掃描時間不僅對不同系統其長短不同,而且對同一系統的不同執行條件也占用著不同的掃描時間。所以，系統掃描周期的長短,除了因是否運行用戶程序而有較大的差別外,在運行用戶程序時也不是完全固定不變的。這是由于在執行程序中,隨變量狀態的不同,部分程序段可能不執行而形成的。用戶程序的掃描時間主要由CPU的運算速度和程序的復雜程度所決定。2)循環掃描過程的工作特點從以上的分析可知,循環掃描過程具有如下特點:(1)掃描過程周而復始地進行,讀輸入、寫輸出和用戶程序是否執行是可控的。(2)輸入映像寄存器的內容是由設備驅動的,在程序執行過程中的一個工作周期內，輸入映像寄存器的值保持不變,CPU采用集中輸入的控制思想，一般情況下,用戶程序只能使用輸入映像寄存器的值。(3)程序運行的結果儲存到輸出映像寄存器中,輸出映像寄存器的值決定了下一個掃描周期中物理輸出端子的輸出值。而在程序執行階段,輸出映像寄存器的值既可以作為控制程序執行的條件,同時又可以被程序修改用來存儲中間結果或下一個掃描周期的輸出結果。此時的修改不會影響輸出鎖存器的當前輸出值,這是與輸入映像寄存器完全不同的。(4)對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執行結果。由于輸出映像寄存器的值可以作為程序執行的條件,所以程序的下一個掃描周期的集中輸出結果是與編程順序有關的。對輸出映像寄存器的最后一次修改決定了下一個周期的輸出值,這是編程人員要注意的問題。(5)循環掃描工作方式會造成輸入/輸出的延遲,這是PLC的主要缺點。各PLC廠家為了縮小延遲采取了很多措施,編程人員應對所使用型號的PLC延遲時間的長短有清楚的認識,它也是進行PLC選型時的重要指標。

輸入/輸出采用映像寄存器結構的優點如下:(1)集中采樣I/O,程序掃描期間輸入值固定不變,程序執行完后,統一輸出。這種集中I/O的