学会PLC，就得知道PLC的工作原理

可编程序控制器的工作原理(一) PLC的扫描工作方式

当PLC运行时，有许多操作需要进行，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作原理每一刻执行一个操作。由于CPU的运算处理速度很高，使PLC外部出现的结果，从宏观上来看似乎是同时完成的。这种分时操作的过程称为CPU的扫描工作方式。

用户程序的执行是用扫描工作方式完成的，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。

PLC扫描工作除了执行用户程序外，在每次扫描过程中还要完成其它工作，其工作过程如图4-7所示，整个过程包括内部处理，通信服务、输人处理、程序执行、输出处理五个阶段，整个过程扫描一次所需的时间称为扫描周明。扫描周期与用户程序的长短和扫描速度有关。

在内部处理阶段，PLC检在cPU模块内部硬件是否正常，对监概定时器复位以及完成其它一些内部处理。

在通信服务阶段，PLC与其它带微处理器的智能装置通信，响应编程器键人的命令，更新编程器的显示内容。

当PLC处于停止(STOP) 运行状态时， 只完成内部处理和通信服务工作。当PLC处于运行(RUN) 状态时，除完成内部处理和通信服务的操作外，还要完成输人处理、程序执行、输出处理工作。

在大中型PLC中需要处理的I/O点数较多，通过安排不同的组织模块，采用分时分批扫描的执行方法，可缩短循环扫描的周期和提高实时控制中响应的速度。

顺序扫描的工作方式简单直观，便于程序的设计，并为PLC的可靠运行提供了保障。当PLC扫描到指令被执行后，其结果马上就可被后面将要扫描到的指令所利用，而且还可通过CPUL内部设置的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，避由于CPU内部故障使程序执行进人死循环。

图4-8 PLC 执行程序过程

PLC执行程序的过程分为三个阶段， 即输人采样(或输人处理)阶段、程序执行(或程序处理)阶段，输出刷新(或输出处理)阶段，如图4-8所不。输出刷新阶段

输人采样阶段 程序执行阶段

1. 输人采样阶段

在输人采样阶段，PLC以扫描方式按顺序将所有输人端的输人状态采样并存人输人映象寄存器中，此时输人映象寄存器被刷新。接着进人程序执行阶段，在程序执行阶段或输出阶段，即使输人状态发生变化，输人映象寄存器的内容也不会改变，输人状态的变化只有在下一个扫描周期的输人采样阶段才能被读人。

2.程序执行阶段在程序执行阶段，PLC对程序按顺序逐进行扫描、执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时则根据跳转条件是否满足来决定程序的是否跳转。当指令中涉及到输人、输出状态时，PLC从输人映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存人元件映象寄存器中。对元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。

3.输出刷新阶段

在所有指令执行完毕后，输出映象寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出镇存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。从上述可知，PLC在一个扫描周期内，对输人状态的扫描只是在输人采样阶段进行。当PLC进人程序执行阶段后输人端将被封锁，直到下一个扫描周期的输人采样阶段才对输人状态进行新的扫描。这就是所谓集中采样，也就是PLC在一个扫描周期内，集中对输人状态扫描。

在用户程序中如果对输出多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只是在输出刷新阶段将输出信息从输出映象寄存器中送出去，而在其它阶段，输出值一直保存在输出映象寄存器中，即采用集中输出的方式。

对于小型PLC，其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外设隔离，因而从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。面大中型PLC、00点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期输入采样、输出刷新，或采用直接输入采样、直接输出刷新，或采用中断输入输出和智能化I/O接口等多种方式。