BOB半岛:PLC的基本控制原理

　　输入部分：它收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。例如，它收集来自被控制对象上的各种开关信息或操作台上的操作命令等。

　　PLC采用循环扫描工作方式，这种工作方式与其他微机工作方式有很大区别。微机控制采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，有键按下或I/O动作则转入相应的子程序，无输入则继续扫描。

　　可编程的工作过程包括两部分：自诊断及通信响应的固定过程和用户程序执行过程，如图5-1所示。PLC在每次执行用户程序之前，都先执行故障自诊断程序、复位、监视、定时等内部固定程序，若自诊断正常，继续向下扫描，然后PLC检查是否有与编程器、计算机等的通信请求。如果有与计算机等的通信请求，则进行相应处理。当PLC处于停止（STOP）状态时，只循环进行前两个过程。而在PLC处于运行（RUN）状态时，PLC从内部处理、通信操作、输入扫描、执行用户程序、输出刷新五个工作阶段循环工作。每完成一次以上五个阶段所需要的时间称为一个扫描周期。

　　扫描周期是PLC的一个重要指标，小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。PLC的扫描周期长短取决于扫描速度和用户程序的长短。毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是允许的，PLC对输入的短暂滞后也是允许的。但对某些I/O快速响应的设备，则应采取相应的处理措施。如选择高速CPU，提高扫描速度；选择快速响应模块、高速计数模块以及不同的中断处理等措施减少滞后时间。对于用户来说，要提高编程能力，尽可能优化程序；而在编写大型设备的控制程序时，尽量减少程序长度，选择分支或跳步程序等，都可以减少用户程序执行时间。

　　对于用户来说，在编写用户程序或选择设备时，必须清楚下面介绍的三个阶段，即用户程序执行过程的原理。

　　PLC采用集中处理的方法，即对输入扫描信号、执行用户程序和输出刷新都采用集中分批处理的工作方式。

　　（1）输入扫描 在这一阶段中，PLC以扫描方式读入所有输入端子上的输入信号，并将输入信号存入输入映像区，输入映像存储器被刷新。在程序执行阶段和输出刷新阶段中，输入映像存储器与外界隔离，其内容保持不变，直至下一个扫描周期的输入扫描阶段，才被重新读入的输入信号刷新。可见，PLC在执行程序和处理数据时，不直接使用现场当时的输入信号，而使用本次采样时输入到映像区中的数据。如果输入设备能使PLC输入端形成闭合回路，对应输入端编号的内部输入继电器内保存为”1”，即相当于继电器线圈导通。在程序执行过程中，该编号对应的触点动作；如果输入设备能使输入开路，则对应输入端编号的内部输入继电器内保存为”0”，即相当于继电器线圈没导通，在程序执行过程中，该编号对应的触点不动作。如果在PLC处于非输入扫描的阶段，PLC外的输入设备状态发生了变化，内部输入继电器也不会发生变化，要等到下一个输入扫描阶段才能根据此时的输入状态来刷新。所以，对于少于十几毫秒的输入信号，经常采集不到。

　　（2）执行程序 在执行用户程序过程中，PLC按梯形图程序顺序自上而下、从左至右逐个扫描执行，即按助记符指令表的先后顺序执行。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序跳转地址。程序执行过程中，PLC从输入映像区中取出输入变量的当前状态，然后进行由程序确定的逻辑运算或其他运算，根据程序指令将运算结果存入相应的内部继电器中，包括输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器等。输出继电器的信号存放在输出映像区，即输出继电器与PLC外部的同编号的输出点对应。

　　在程序执行过程中，同一周期内，前面的逻辑结果影响后面的触点，即后执行的程序可能用到前面的最新中间运算结果；但同一周期内，后面的运算结果不影响前面的逻辑关系。该扫描周期内除输入继电器以外的所有内部继电器的最终状态（导通与否），将影响下一个扫描周期各触点的开与闭。

　　（3）输出刷新 程序执行阶段的运算结果被存入输出映像区，而不送到输出端口上。在输出刷新阶段，PLC将输出映像区中的输出变量送入输出锁存器，然后由锁存器通过输出模块产生本周期的控制输出。如果内部输出继电器的状态为”1”，则输出继电器触点闭合。全部输出设备的状态要保持一个扫描周期。

　　图5-2为PLC接线描述了每个扫描周期程序的执行过程。按钮SB2虽然在程序中没有使用，但其状态仍影响其对应编号的内部输入继电器的状态。图（a）中，①输入扫描过程，将两个按钮的状态扫描后，存入其映像区，由于SB2是停止按钮，所以，即使没有按下，其输入回路也是闭合的，因此，X1存“1”（ON状态），而位存“0”（OFF状态）。②执行程序过程，程序根据所用到触点的编号对应的内部继电器状态来运算。由于X0处于OFF状态，因此，对应的动合触点处于断开状态，运算结果是Y0、Y1处于OFF状态，其结果存入输出映像区，即Y0、Y1存“0”。③输出刷新过程，根据映像区各位的状态驱动输出设备，由于输出映像区均为OFF状态，所以，输出指示灯不能形成闭合回路，灯不亮。如果输入不发生变化，内部继电器的状态均不发生变化。图（b）中，按下SB1按钮后，X0输入回路闭合。①输入扫描将输入状态存入其映像区，X0、X1均存“1”。②执行程序过程，按照从左到右，从上到下的原则，逐条执行。（版权所有）第一行，X0触点闭合，但此时，Y1的状态为“0”，因此，Y1触点为断开状态，Y0没能导通，其状态为“0”。第二行，X0触点闭合，所以，Y1的状态为“1”。③输出刷新过程，由于Y1呈导通状态，灯2亮。

　　图（c）为按下SB1按钮后的第二个扫描周期。①输入扫描，由于输入状态不变，输入映像区不变。②执行程序过程，第一行，X0触点闭合，由于上一个周期中，Y1为ON状态，因此，Y1触点也闭合，Y0也呈导通状态；第二行，Y1还呈导通状态。Y0、Y1的状态均为”1”。③输出刷新过程，两个灯都亮。注意：由于PLC的扫描周期很短，我们用肉眼见到的现象可能是两灯同时亮。如果按钮没有变化，内部继电器、输出设备状态均无变化。