PLC的扫描技术

    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，但两者的运行方式是不相同的。

    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），无论在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。

    可编程控制器是一种工业控制计算机，PLC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）并不会立即动作，而且必须等扫描到该触点时才会动作。但由于CPU运行速度很快，这种滞后时间很短，几乎不影响操作。

    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就没有什么区别了。

    当PLC投入运行后，其工作过程一般分为3个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新，如图1-2所示。完成上述3个阶段称为一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段。

 

    图1-2   PLC的工作过程

    (1)输入采样阶段

    在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映像区中的相应单元内。此时，输入映像寄存器被刷新。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，输入映像寄存器与外界隔离，即使输入端口的状态和数据发生变化，I/O映像区中的相应单元的状态和数据也不会改变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才会重新写入输入端口的情况。因此，如果输入的是脉冲信号，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。

    (2)用户程序执行阶段

    在用户程序执行阶段，PLC总是按由左至右、由上而下的顺序依次扫描用户程序（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映像区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。如果在扫描过程中遇到了程度跳转指令，则根据跳转的条件来决定跳转的地址。

    (3)输出刷新阶段

    在所有指令排行完毕后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映像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。

    一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通信等，如图1-3所示，即一个扫描周期等于自诊断、通信、输入采样、用户程序执行和输出刷新等所有时间的总和。

 

    图1-3  PLC的扫描周期