【正文】 具有一定的特殊性。 PLC在工作時逐條順序地掃描用戶程序。一旦該程序執(zhí)行結(jié)束，又進(jìn)入等待輸入的狀態(tài)。順序掃描工作方式簡單直觀，程序設(shè)計簡化，并為 PLC的可靠運行提供保證。第三階段進(jìn)行輸出刷新，將輸出緩沖區(qū)各輸出點的狀態(tài)通過輸出接口電路全部送到 PLC的輸出端子。掃描周期是 PLC的重要參數(shù)之一，它反映 PLC對輸入信號的靈敏度或滯后程度。如正常則可認(rèn)為 PLC自身完好，否則出錯指示燈 ERROR亮報警，停止所有任務(wù)的執(zhí)行。 PLC的面板上一般都有設(shè)定其工作方式的開關(guān)。若發(fā)現(xiàn)異常，除了出錯指示燈 (ERROR)亮之外，還判斷故障的性質(zhì)。輸入掃描就是對 PLC的輸入進(jìn)行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入 PLC中，存入輸入緩沖器。 PLC在采樣時，輸入信號進(jìn)入緩沖區(qū)，即數(shù)據(jù)輸入的狀態(tài)刷新。所謂“軟繼電器”實際上是存儲器中的一位觸發(fā)器，其 0、 1對應(yīng)繼電器線圈的斷與通。 PLC在每次掃描中都將保存在輸入和輸出緩沖區(qū)的內(nèi)容進(jìn)行一次更新。 PLC根據(jù)用戶程序要求及當(dāng)前的輸入狀態(tài)進(jìn)行處理，結(jié)果存放在輸出緩沖區(qū)中。 1) 執(zhí)行用戶程序 用戶程序是存放在用戶程序存儲器中的。每一次計算都以當(dāng)前的 I/O狀態(tài)表中的內(nèi)容為依據(jù)，結(jié)果送到相應(yīng)的輸出緩沖器中，上面的結(jié)果作為下面計算的依據(jù)，中間結(jié)果不能作為輸出的依據(jù)。正常時，掃描執(zhí)行一遍用戶程序所需時間不會超過某一定值。 PLC每次執(zhí)行完用戶程序后，如有外設(shè)命令，就進(jìn)入外設(shè)命令服務(wù)的操作，操作完成后就結(jié)束本次掃描周期，開始下一個掃描周期?？梢哉J(rèn)為輸入信號一旦變化，就能立即傳送到對應(yīng)的輸入緩沖器。但對控制時間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就必須考慮滯后對系統(tǒng)性能的影響，在設(shè)計中盡量縮短掃描周期，或者采用中斷的方式處理高速的任務(wù)請求。 輸入 /輸出響應(yīng)的滯后不僅與掃描方式和硬件電路的延時有關(guān)，還與程序設(shè)計的指令安排有關(guān)，在程序設(shè)計中一定要注意。在整個運行期間， PLC的 CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述 3個階段。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，輸入信號均被有效采集。并且，排在上面的指令，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的指令起作用。這時才是 PLC的真正輸出，如圖 。 3. 輸出刷新過程 在用戶程序掃描結(jié)束后， PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在掃描每一條指令時，又總是按先左后右、先上后下的順序進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該繼電器在系統(tǒng) RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該繼電器在 I/O緩沖區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該指令所 可編程控制器的工作原理 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 規(guī)定的特殊功能操作。輸入采樣結(jié)束后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。 可編程控制器的工作原理 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 可編程控制器的輸入 /輸出過程 當(dāng) PLC投入運行后，在系統(tǒng)監(jiān)控程序的控制下，其工作過程一般主要包括 3個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新 3個階段。前者與程序的長短及所用的指令有關(guān)，而后者基本不變。 在實際應(yīng)用中，這種滯后現(xiàn)象可起到濾波的作用。掃描周期越長，滯后現(xiàn)象就越嚴(yán)重。此時，如是偶然因素造成超時，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運行，如由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會在故障診斷及處理操作中發(fā)現(xiàn)這種故障，并發(fā)出故障報警信號，切斷一切外界聯(lián)系，停止用戶程序的執(zhí)行，等待技術(shù)人員處理。 2) 監(jiān)視 PLC中一般設(shè)置有監(jiān)視定時器 (Watchdog timer， WDT)，即“看門狗”，用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常。 可編程控制器的工作原理 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 用戶程序處理的依據(jù)是輸入 /輸出狀態(tài)表。這種循環(huán)掃描的工作方式存在一種信號滯后的現(xiàn)象，但 PLC的掃描速度很高，一般不會影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度。如在一次 I/O刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則在本次掃描期間輸入緩沖器的狀態(tài)保持不變， PLC相應(yīng)的輸出也保持不變，而要到下一次掃描期間輸出才對輸入產(chǎn)生響應(yīng)。而在 PLC中，卻是用微處理器和存儲器來代替繼電器控制線路，是通過用戶程序來控制這種“繼電器”的斷與通，所以將這種繼電器稱為“軟繼電器”。 I/O緩沖區(qū)中的內(nèi)容構(gòu)成了當(dāng)前的 I/O狀態(tài)表。 可編程控制器的工作原理 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC的存儲器中有一個專門存放 I/O數(shù)據(jù)的區(qū)域。對于嚴(yán)重故障， PLC就切斷 — 切外部聯(lián)系，停止用戶程序的執(zhí)行。此時可進(jìn)行通信處理，如對 PLC進(jìn)行離線編程或聯(lián)機操作。在每次掃描期間，PLC都進(jìn)行系統(tǒng)診斷，以及時發(fā)現(xiàn)故障。 可編程控制器的工作原理 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 上電初始化 系統(tǒng)自診斷 通信處理 輸入掃描 程序運行 輸出刷新 ?? 第一個掃描周期 第二個掃描周期 圖 PLC的工作流程圖 在進(jìn)入掃描之前， PLC首先執(zhí)行自檢操作，以檢查系統(tǒng)硬件是否存在問題。每一次循環(huán)的時間稱為一個掃描周期。 PLC掃描工作的第一步是采樣階段，通過輸入接口把所有輸入端的信號狀態(tài)讀入緩沖區(qū)，即刷新輸入信號的原有狀態(tài)。 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 可編程控制器的工作過程 在 PLC中，用戶程序按先后順序存放，在沒有中斷或跳轉(zhuǎn)指令時， PLC從第一條指令開始順序執(zhí)行，直到程序結(jié)束符后又返回到第一條指令，如此周而復(fù)始地不斷循環(huán)執(zhí)行程序。為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的這種差異，必須考慮到繼電器控制裝置中各類觸點的動作時間一般在 100ms以上，而 PLC掃描用戶程序的時間一般均小于 100ms。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，如果一個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器的所有觸點 (常開 /常閉觸點 )不論在控制線路的哪個位置，都會立即同時動作。這些內(nèi)容一般可以在 PLC的硬件安裝手冊中查到。當(dāng)然，采用 PLC進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計的工程技術(shù)人員首先要熟悉生產(chǎn)流程、被控設(shè)備的特性和控制要求，然后結(jié)合指令系統(tǒng)才能設(shè)計出高質(zhì)量的程序。由于一般的 PLC教材和參考資料只介紹一些常用的資源，內(nèi)容不夠全面，必要的時候可查看相應(yīng)的 PLC用戶手冊。 可編程控制器的資源與編程語言 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 (1) 必須熟悉 PLC的內(nèi)部繼電器資源。 西門子公司的 PLC使用的 STEP7中的 S7 SCL屬于結(jié)構(gòu)化控制語言，程序結(jié)構(gòu)與 C語言和 Pascal語言相似，特別適合習(xí)慣使用高級語言進(jìn)行程序設(shè)計的技術(shù)人員使用。運算框的左側(cè)為邏輯運算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量。在進(jìn)行程序設(shè)計時，工藝過程被劃分為若干個順序出現(xiàn)的步，每步中包括控制輸出的動作，從一步到另一步的轉(zhuǎn)換由轉(zhuǎn)換條件來控制，特別適合于生產(chǎn)制造過程。 2. 指令表 指令表是一種類似于計算機匯編語言的一種文本編程語言，即用特定的助記符來表示某種邏輯運算關(guān)系。 可編程控制器的資源與編程語言 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 梯形圖中的觸點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。在程序中，最左邊是主信號流，信號流總是從左向右流動的。 (5) 結(jié)構(gòu)化文本 (Structured Text， ST) 適合于自編專用的復(fù)雜程序，如特殊的模型算法。 (1) 梯形圖 (Ladder Diagra