【文章內容簡介】 圖 循環(huán)掃描流程圖 Figure Circulation scanning flow chart 工作過程：主要分為內部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段。 （ 1）內部處理階段： 在此階段， PLC 檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復位監(jiān)視定時器，以及完成停止 內部處理 通信操作 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 電氣自動化技術畢業(yè)設計 第 3 章 硬件電路設計 6 一些其它內部工作。 （ 2）通信服務階段 在此階段， PLC與一些智能模塊通信、響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容等， 當 PLC處于停狀態(tài)時，只進行內容處理和通信操作等內容 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存中所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內容也不會發(fā)生變化，只有在下一個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。遇到程序跳轉指令，根據(jù)跳轉條件是否滿足 來決定程序的跳轉地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時， PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對應映象寄存器，根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，存入有關器件寄存器中。對每個器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內容，會隨著程序執(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)，在輸出處理階段轉存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅動外部負載。 PLC 有兩種工作狀態(tài)，即運行 (RUN)狀態(tài)與停止 (STOP)狀態(tài)。運行狀態(tài)是執(zhí)行應用程序的狀態(tài)。停止狀態(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，在這兩個不同的工作狀態(tài)中，掃描過程所要完成的任務是不盡相同的。 在運行狀態(tài)， PLC 通過反復執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使 PLC 的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復執(zhí)行，直至 PLC 停機或切換到停止 (STOP)工作模式。 在內部處理階段， PLC 檢查 CPU 模塊內部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些其他內部工作。 在通信服務階段， 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容。當 PLC 處于停止模式時，只執(zhí)行以上兩種的操作。 PLC 處于運行 (RUN)模式時，還要完成另外三個階段的操作。 電氣自動化技術畢業(yè)設計 第 3 章 硬件電路設計 7 PLC 在運行狀態(tài)時，執(zhí)行一次掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為 ～ 100ms。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素： CPU 執(zhí)行指令的速度，執(zhí)行每條指令占用的時間；程序中指令條數(shù)的多少。指令執(zhí)行所需的時間與用 戶程序的長短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行速度有很大關系，一般說來，一個掃描過程中，輸入采樣和輸出刷新所占時間較少，執(zhí)行指令的時間占了絕大部分。 PLC的響應時間是指從 PLC外部輸入信號發(fā)生變化的時刻起至由它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的間隔，也叫做滯后時間 (通常滯后時間為幾十毫秒 )。它由輸入電路的時間常數(shù)、輸出電路的時間常數(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 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，決定了響應時間的長短與收到輸入信號的時刻有關。響應時間可以分為最短響應時間和最長響應時間。 （ 1）最短響應時間 如果在一個掃描周期剛結束之前收到一個輸入信號，在下一個掃描周期之前進入輸入采樣階段，這個輸入信號就被采樣，使輸入更新，這時響應時間最短。 （ 2）最長響應時間 如果收到一個輸入信號經輸入延遲后，剛好錯過 I/O 刷新的時間，在該掃描周期內這個輸入信號無效，要到下一個掃描周期輸入采樣階段才被讀入，使輸入更新，這時響應時間最長。由于 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，即對信息串行處理方式，必定導致輸入、輸出延 遲響應，產生滯后現(xiàn)象。對于一般工業(yè)控制要求，這種滯后現(xiàn)象是允許的。但是對那些要求響應時間小于掃描周期的控制系統(tǒng)則不能滿足，這時可以使用智能輸 I/O單元 (如快速響應 I/O模塊 )或專門的指令 (如立即 I/O指令 )，通過與掃描周期脫離的方式來解決。 PLC 機型選擇步驟與原則 PLC 機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、維護使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型。在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較小）的場合，建議選用整體式結構的 PLC；其它情況則最好選用模塊式結構的 PLC。 對于開關量控制以及以開關量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶 A/D轉換、 D/A 轉換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求。 而在控制比較復雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現(xiàn) PID電氣自動化技術畢業(yè)設計 第 3 章 硬件電路設計 8 運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網等），可視控制規(guī)模及復雜程度來選用中檔或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全 PLC 的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。 (一 ) 合理的結構型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結構型式。 整體式 PLC 的每一個 I／ O 點的平均價格比模塊式 的便宜，且體積相對較小 ,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 的功能擴展靈活方便 ,在 I／ O 點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(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、遠程 I／ O 式以及多臺 PLC 聯(lián)網的分布式。 集中式不需要設置驅動遠程 I／ O 硬件，系統(tǒng)反應快、成本低；遠程 I／ O 式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程 I／ O 可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設驅動器和遠程 I／ O 電源；多臺 PLC聯(lián)網的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型 PLC，但必須要附加 通訊 模塊。 (三 )相應的功能要求 一般小型 (低檔 )PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要 開關 量控制的設備都可滿足。 對于以開關量控制為主 ，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A／ D和 D／ A 轉換單元，具有加減算術運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔 PLC。 對于控制較復雜，要求實現(xiàn) PID 運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔 PLC。但是中、高檔 PLC 價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。 (四 )響應速度要求 PLC 是為工業(yè)自動化設計的 通用 控制器 ，不同檔次 PLC 的響應速度一般都能滿足其應用范圍內的需要。如果要跨范圍使用 PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮 PLC 的響應速度，可選用具有高速I／ O 處理功能的 PLC，或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的 PLC 等。 (五 )系統(tǒng)可靠性的要求 對于一般系統(tǒng) PLC 的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱 備用系統(tǒng)。 電氣自動化技術畢業(yè)設計 第 3 章 硬件電路設計 9 PLC 的容量包括 I／ O 點數(shù)和用戶 存儲 容量兩個方面 (一 )I／ O 點數(shù)的選擇 PLC 平均的 I／ O