教程3 PC的工作原理.doc

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1、教程3PLC的工作原理（V1.0）最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：Ø继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点(包括其常开或常闭触点)在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。ØPLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电

2、器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。3.1扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即系统初始化、输入采样、用户程序执行、输出刷新和通讯处理及其他五个阶段。其中系统初始化只进行一次，完成其余个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行输入采样、用户程序执行、输出刷新

3、和通讯处理及其他四个阶段。第(n-1)个扫描周期第(n+1)个扫描周期第n个扫描周期通讯处理及其他用户程序执行通讯处理及其他输出刷新输入采样输入采样3.1.1输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映射区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映射区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。3.1.2用

4、户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映射区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映射区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映射区或系统RAM存储区内的状态和

5、数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的，凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。3.1.3输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映射区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。比较下二个程序的异同：程序1：%M1%I1())%M1%M2())%M2%M3())%M4%M3())程序2：%M4

6、%M3())())())())%M2%M3%M2%M1%M1%I1这两段程序执行的结果完全一样，但在PLC中执行的过程却不一样。Ø程序1只用一次扫描周期，就可完成对%M4的刷新；Ø程序2要用四次扫描周期，才能完成对%M4的刷新。这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，

7、即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。用户程序执行输入采样输出刷新通讯RUN上电自诊断故障3.2PLC的I/O响应时间为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式(扫描技术)。以上两个主要原因，使得PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢得多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入

8、信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其最短的I/O响应时间与最长的I/O响应时间如图所示：最短I/O响应时间：第(n-1)个扫描周期第(n+1)个扫描周期第n个扫描周期输入采样用户程序执行输出刷新输出刷新输入采样最短I/O响应时间最长I/O响应时间：第n+1个扫