6ES7155-6AA01-0BN0

時間：2022-12-13

結(jié)合PLC的組成和結(jié)構(gòu)分析PLC的工作原理容易理解。PLC是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對用戶程序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。一個掃描周期主要可分為：

（1）讀輸入階段。每次掃描周期的開始，先讀取輸入點的當前值，然后寫到輸入映像寄存器區(qū)域。在之后的用戶程序執(zhí)行的過程中，CPU訪問輸入映像寄存器區(qū)域，而并非讀取輸入端口的狀態(tài)，輸入信號的變化并不會影響到輸入映像寄存器的狀態(tài)，通常要求輸入信號有足夠的脈沖寬度，才能被響應(yīng)。

（2）執(zhí)行程序階段。用戶程序執(zhí)行階段，PLC按照梯形圖的順序，自左而右，自上而下的逐行掃描，在這一階段CPU從用戶程序的一條指令開始執(zhí)行直到后一條指令結(jié)束，程序運行放入輸出映像寄存器區(qū)域。在此階段，允許對數(shù)字量I/O指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量I/O指令進行處理，在掃描周期的各個部分，均可對中斷事件進行響應(yīng)。

（3）處理通信請求階段。是掃描周期的信息處理階段，CPU處理從通信端口接收到的信息。

（4）執(zhí)行CPU自診斷測試階段。在此階段CPU檢查其硬件，用戶程序存儲器和所有I/O模塊的狀態(tài)。

（5）寫輸出階段。每個掃描周期的結(jié)尾，CPU把存在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)輸出給數(shù)字量輸出端點（寫入輸出鎖存器中），新輸出狀態(tài)。然后PLC進入下一個循環(huán)周期，重新執(zhí)行輸入采樣階段，周而復始。

如果程序中使用了中斷，中斷事件出現(xiàn)，立即執(zhí)行中斷程序，中斷程序可以在掃描周期的任意點被執(zhí)行。

如果程序中使用了立即I/O指令，可以直接存取I/O點。用立即I/O指令讀輸入點值時，相應(yīng)的輸入映像寄存器的值未被修改，用立即I/O指令寫輸出點值時，相應(yīng)的輸出映像寄存器的值被修改。

對用戶程序的循環(huán)掃描執(zhí)行過程，可分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，如圖1所示。

1. 輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLCC以掃描方式將所有輸入端的輸入信號狀態(tài)（ON/OFF狀態(tài)）讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，稱為對輸入信號的采樣。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才被重新讀入。

圖1 PLC程序執(zhí)行的過程

2. 程序執(zhí)行階段

在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描。如程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序掃描。每掃描到一條指令時所需要的輸入狀態(tài)或其他元素的狀態(tài)，分別由輸入映像寄存器或輸出映像寄存器中讀入，然后進行相應(yīng)的邏輯或算術(shù)運算，運算結(jié)果再存入**寄存器。若執(zhí)行程序輸出指令時，則將相應(yīng)的運算存入輸出映像寄存器。

3. 輸出刷新階段

在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出映像寄存器中的狀態(tài)就是欲輸出的狀態(tài)。在輸出刷新階段將其轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出端子輸出信號去驅(qū)動用戶輸出設(shè)備，這就是PLC的實際輸出。PLC重復地執(zhí)行上述三個階段，每重復一次就是一個工作周期（或稱掃描周期）。工作周期的長短與程序的長短有關(guān)。

由于輸入／輸出模塊濾波器的時間常數(shù)，輸出繼電器的機械滯后以及執(zhí)行程序時按工作周期進行等原因，會使輸入/輸出響應(yīng)出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，對一般工業(yè)控制設(shè)備來說，這種滯后現(xiàn)象是允許的。但一些設(shè)備的某些信號要求做出快速響應(yīng)，因此，有些PLC采用高速響應(yīng)的輸入/輸出模塊，也有的將順序程序分為快速響應(yīng)的**程序和一般響應(yīng)速度的低級程序兩類。如FANUC-BESK PLC規(guī)定**程序每8ms掃描一次，而把低級程序自動劃分分割段，當開始執(zhí)行程序時，首先執(zhí)行**順序程序，然后執(zhí)行低級程序的分割段1，然后又去執(zhí)行**程序，再執(zhí)行低級程序的分割段2，這樣每執(zhí)行完低級程序的一個分割段，都要重新掃描執(zhí)行一次**程序，以保證**程序中信號響應(yīng)的快速性。

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