【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PLC 的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。當(dāng) PLC 處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在 PLC 處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 循環(huán)掃描過程如圖 所示： 圖 循 環(huán)掃描流程圖 Figure Circulation scanning flow chart 工作過程：主要分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段。 （ 1）內(nèi)部處理階段： 在此階段， PLC 檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，以及完成停止 內(nèi)部處理 通信操作 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 4 一些其它內(nèi)部工作。 （ 2）通信服務(wù)階段 在此階段， PLC與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng) PLC處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容 1．輸入處理 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有 輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。 2．程序執(zhí)行 根據(jù) PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)， PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸 出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，存入有關(guān)器件寄存器中。對(duì)每個(gè)器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。 3．輸出處理 程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的 Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 PLC 有兩種工作狀態(tài)，即運(yùn)行 (RUN)狀態(tài)與停止 (STOP)狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序的狀態(tài)。停止?fàn)顟B(tài)一般用于程序的編制 與修改。圖 停止兩種狀態(tài)下 PLC 不同的掃描過程。由圖可知，在這兩個(gè)不同的工作狀態(tài)中，掃描過程所要完成的任務(wù)是不盡相同的。 在運(yùn)行狀態(tài)， PLC 通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使 PLC 的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至 PLC 停機(jī)或切換到停止 (STOP)工作模式。 在內(nèi)部處理階段， PLC 檢查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些其他內(nèi)部工作。 在通信服務(wù)階段， PLC 與其他帶微處理器的智能 裝置通信以更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng) PLC 處于停止模式時(shí)，只執(zhí)行以上兩種的操作。 PLC 處于運(yùn)行 (RUN)模式時(shí)，還要完成另外三個(gè)階段的操作。 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 5 PLC 在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為 ～ 100ms。掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于以下幾個(gè)因素： CPU 執(zhí)行指令的速度，執(zhí)行每條指令占用的時(shí)間；程序中指令條數(shù)的多少。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行速度有很大關(guān)系，一般說來，一個(gè)掃描過程中，輸入采樣和輸出刷新所占時(shí)間較少，執(zhí)行指 令的時(shí)間占了絕大部分。 PLC的響應(yīng)時(shí)間是指從 PLC外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻起至由它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的間隔，也叫做滯后時(shí)間 (通常滯后時(shí)間為幾十毫秒 )。它由輸入電路的時(shí)間常數(shù)、輸出電路的時(shí)間常數(shù)、用戶語句的安排和指令的使用、 PLC 的循環(huán)掃描方式以及 PLC 對(duì) I/O 的刷新方式等部分組成。這種現(xiàn)象稱為 I/O 延遲響應(yīng)或滯后現(xiàn)象。由于 PLC 的這種周期循環(huán)掃描工作方式，決定了響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短與收到輸入信號(hào)的時(shí)刻有關(guān)。響應(yīng)時(shí)間可以分為最短響應(yīng)時(shí)間和最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間。 （ 1）最短響應(yīng)時(shí)間 如果在 一個(gè)掃描周期剛結(jié)束之前收到一個(gè)輸入信號(hào)，在下一個(gè)掃描周期之前進(jìn)入輸入采樣階段，這個(gè)輸入信號(hào)就被采樣，使輸入更新，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最短。 （ 2）最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間 如果收到一個(gè)輸入信號(hào)經(jīng)輸入延遲后，剛好錯(cuò)過 I/O 刷新的時(shí)間，在該掃描周期內(nèi)這個(gè)輸入信號(hào)無效，要到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被讀入，使輸入更新，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)。由于 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，即對(duì)信息串行處理方式，必定導(dǎo)致輸入、輸出延遲響應(yīng)，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。對(duì)于一般工業(yè)控制要求，這種滯后現(xiàn)象是允許的。但是對(duì)那些要求響應(yīng)時(shí)間小于掃描周期的控制系統(tǒng)則不能滿 足，這時(shí)可以使用智能輸 I/O單元 (如快速響應(yīng) I/O模塊 )或?qū)ｉT的指令 (如立即 I/O指令 )，通過與掃描周期脫離的方式來解決。 PLC 機(jī)型選擇步驟與原則 PLC 機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比的最優(yōu)化機(jī)型。在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱?chǎng)合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC。對(duì)于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶 A/D轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求。 而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn) PID焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 6 運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全 PLC 的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。 (一 ) 合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 整體式 PLC 的每一個(gè) I／ O 點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小 ,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC 的功能擴(kuò)展靈活方便 ,在 I／ O 點(diǎn)數(shù)、 輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、 I／ O 模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 (二 ) 安裝方式的選擇 PLC 系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程 I／ O 式以及多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程 I／ O 硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程 I／ O 式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程 I／ O 可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程 I／ O 電源；多臺(tái) PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型 PLC，但必須要附加 通訊 模塊。 (三 )相應(yīng)的功能要求 一般小型 (低檔 )PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要 開關(guān) 量控制的設(shè)備都可滿足。 對(duì)于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A／ D和 D／ A 轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔 PLC。 對(duì)于控 制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn) PID 運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔 PLC。但是中、高檔 PLC 價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。 (四 )響應(yīng)速度要求 PLC 是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的 通用 控制器 ，不同檔次 PLC 的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用 PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮 PLC 的響應(yīng)速度，可選用具有高速I／ O 處理功能的 PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的 PLC 等。 (五 )系統(tǒng)可靠性的要求 對(duì)于一般系統(tǒng) PLC 的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 7 PLC 的容量包括 I／ O 點(diǎn)數(shù)和用戶 存儲(chǔ) 容量?jī)蓚€(gè)方面 (一 )I／ O 點(diǎn)數(shù)的選擇 PLC 平均的 I／ O 點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用 PLC 的 I／ O 點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的