【正文】 這時(shí)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。并且，排在上面的指令，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的指令起作用。在掃描每一條指令時(shí)，又總是按先左后右、先上后下的順序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該繼電器在系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該繼電器在 I/O緩沖區(qū)中對(duì)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。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，輸入信號(hào)均被有效采集。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。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC的 CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述 3個(gè)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(yùn)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(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新 3個(gè)階段。 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(shí)有關(guān)，還與程序設(shè)計(jì)的指令安排有關(guān)，在程序設(shè)計(jì)中一定要注意。前者與程序的長短及所用的指令有關(guān)，而后者基本不變。但對(duì)控制時(shí)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(duì)系統(tǒng)性能的影響，在設(shè)計(jì)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(qǐng)求。 在實(shí)際應(yīng)用中，這種滯后現(xiàn)象可起到濾波的作用?？梢哉J(rèn)為輸入信號(hào)一旦變化，就能立即傳送到對(duì)應(yīng)的輸入緩沖器。掃描周期越長，滯后現(xiàn)象就越嚴(yán)重。 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(gè)掃描周期。此時(shí)，如是偶然因素造成超時(shí)，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，如由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會(huì)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(bào)警信號(hào)，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。正常時(shí)，掃描執(zhí)行一遍用戶程序所需時(shí)間不會(huì)超過某一定值。 2) 監(jiān)視 PLC中一般設(shè)置有監(jiān)視定時(shí)器 (Watchdog timer， WDT)，即“看門狗”，用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常。每一次計(jì)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(jì)算的依據(jù)，中間結(jié)果不能作為輸出的依據(jù)。 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。 1) 執(zhí)行用戶程序 用戶程序是存放在用戶程序存儲(chǔ)器中的。這種循環(huán)掃描的工作方式存在一種信號(hào)滯后的現(xiàn)象，但 PLC的掃描速度很高，一般不會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 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。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(duì)輸入產(chǎn)生響應(yīng)。 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。而在 PLC中，卻是用微處理器和存儲(chǔ)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”。所謂“軟繼電器”實(shí)際上是存儲(chǔ)器中的一位觸發(fā)器，其 0、 1對(duì)應(yīng)繼電器線圈的斷與通。 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。 PLC在采樣時(shí)，輸入信號(hào)進(jìn)入緩沖區(qū)，即數(shù)據(jù)輸入的狀態(tài)刷新。 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(chǔ)器中有一個(gè)專門存放 I/O數(shù)據(jù)的區(qū)域。輸入掃描就是對(duì) 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。對(duì)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。若發(fā)現(xiàn)異常，除了出錯(cuò)指示燈 (ERROR)亮之外，還判斷故障的性質(zhì)。此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對(duì) PLC進(jìn)行離線編程或聯(lián)機(jī)操作。 PLC的面板上一般都有設(shè)定其工作方式的開關(guān)。在每次掃描期間，PLC都進(jìn)行系統(tǒng)診斷，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。如正常則可認(rèn)為 PLC自身完好，否則出錯(cuò)指示燈 ERROR亮報(bào)警，停止所有任務(wù)的執(zhí)行。 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(yùn)行 輸出刷新 ?? 第一個(gè)掃描周期 第二個(gè)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。掃描周期是 PLC的重要參數(shù)之一，它反映 PLC對(duì)輸入信號(hào)的靈敏度或滯后程度。每一次循環(huán)的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。第三階段進(jìn)行輸出刷新，將輸出緩沖區(qū)各輸出點(diǎn)的狀態(tài)通過輸出接口電路全部送到 PLC的輸出端子。 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(hào)狀態(tài)讀入緩沖區(qū)，即刷新輸入信號(hào)的原有狀態(tài)。順序掃描工作方式簡單直觀，程序設(shè)計(jì)簡化，并為 PLC的可靠運(yùn)行提供保證。 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(shí)， 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。一旦該程序執(zhí)行結(jié)束，又進(jìn)入等待輸入的狀態(tài)。為了消除二者之間由于運(yùn)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(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在 100ms以上，而 PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于 100ms。 PLC在工作時(shí)逐條順序地掃描用戶程序。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，如果一個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器的所有觸點(diǎn) (常開 /常閉觸點(diǎn) )不論在控制線路的哪個(gè)位置，都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。但其工作方式卻與計(jì)算機(jī)有較大的不同，具有一定的特殊性。這些內(nèi)容一般可以在 PLC的硬件安裝手冊(cè)中查到。不同的 PLC對(duì)輸入和輸出的信號(hào)要求不一樣，如輸入信號(hào)分直流和交流，輸出則有繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出等不同類型。當(dāng)然，采用 PLC進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)出高質(zhì)量的程序。指令是進(jìn)行 PLC程序設(shè)計(jì)的基本語言工具，是系統(tǒng)控制功能的具體體現(xiàn)。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(shí)候可查看相應(yīng)的 PLC用戶手冊(cè)。針對(duì)特定型號(hào)的 PLC，一定要搞清楚其內(nèi)部繼電器的類型、數(shù)量、編號(hào)范圍和相關(guān)特性。 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。由于沒有結(jié)合具體的 PLC產(chǎn)品進(jìn)行說明，因此有些地方可能還難以形成完整而具體的認(rèn)識(shí)，如內(nèi)部的繼電器資源等內(nèi)容。 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(jí)語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的技術(shù)人員使用。 5. 結(jié)構(gòu)化文本 結(jié)構(gòu)化文本是為 IEC611313標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的一種 PLC專用的高級(jí)語言。運(yùn)算框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量。功能塊圖采用類似于數(shù)字電路中邏輯門的形式來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，工藝過程被劃分為若干個(gè)順序出現(xiàn)的步，每步中包括控制輸出的動(dòng)