PLC的巡回扫描机制工作原理

    PLC控制任务的完成是建立在其硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，这一点是和计算机的工作原理一致的。因此，PLC的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的。    由于早期的PLC是从继电器控制系统发展而来的，主要完成的任务是开关量的顺序控制，对被控制对象控制的实现是有关逻辑关系的实现。因此，PLC并不是单纯像普通计算机那样工作，而是发展了一种叫做巡回扫描的工作机制。    PLC的巡回扫描，即是对整个程序巡回执行的工作方式，就是说用户程序的执行不是从头到尾只执行一次，而是执行一次以后，又返回去执行第二次、第三次……直到停机。因此，PLC可以被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备，PLC开机后，一直在周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。    定义从扫描过程中的一点开始，经过顺序扫描又回到该点的过程为一个扫描周期。如图2.2所示是PLC的CPU工作流程图。
    图2.2    PLC的CPU工作流程    PLC通电后，首先进行系统的初始化，清I/O区并复位各定时器，检查I/O单元的连接情况等。在初始化的基础上开始进入系统的扫描周期。    PLC的一个扫描周期包括如下。    · 系统检查：主要是对系统硬件及程序存储器内存储的程序作周期性检查，如果通过自检，则执行后续功能，否则发出报警信号。    ·链接服务：主要是建立与远程I/O、上位计算机、其他联网PLC等的链接。当然，只有在系统中已配置了远程I/O单元和其他链接单元时，才能进行此项工作，否则直接进入下一项工作。    ·执行外设命令：CPU与编程器或其他编程设备进行信息交换，读取外设命令并执行，进行状态显示、用户程序编译等与编程器有关的功能。    ·复位系统定时器及程序地址计数器：为保证设备可靠运行，出现故障能及时反应，PLC具有自监视能力。这一功能主要由一个硬件计时器(WDT)来完成。该计时器有一设定值，当扫描周期过长时，则自动报警并停止CPU运行，同时复位输入输出。一般将这种故障称为WDT故障。因此，在每个扫描周期中，用户程序执行前，要首先复位系统定时器，同时还要复位程序地址计数器，以便CPU进行寻址和记录程序执行时间。    ·用户程序扫描和I/O操作：对用户程序进行逐条扫描执行，执行完毕后（遇到END指令时），执行I/O操作，与外部I/O设备交换数据，从输入单元的端子上读输入信号状态，并将程序运行结果输出到输出单元的端子上，以控制用户设备；计算机处于正常运行状态下，每一个扫描周期内都包含这两个扫描过程，也就是要对用户程序执行一次。这两个过程在计算机运行中是否执行都是可控的，随着用户程序长短、输入    输出点数多少的变化，这两个过程所用时间也是变化的。通过上面的分析可以看到，PLC的一个扫描周期基本由3部分组成。    ·保证系统正常运行的公共操作：这一部分的扫描时间基本是固定的，随计算机类型而有不同。    ·系统与外部设备信息交换：这一部分并不是每个系统或系统的每次扫描都有的，占用的时间也是变化的。    ·用户程序的执行：这一部分的扫描时间随控制对象复杂性决定的用户控制程序而变化，程序有长有短，扫描时间也就发生变化。    注意：同一个系统在各个扫描周期中，随着条件的不同也会影响执行程序长短的变化（执行程序中随变量状态的不同，一部分程序段可能不执行），用户程序的执行占用的扫描时间不仅对不同系统其长短不同，而且对同一系统在不同时间也占用着不同的扫描时间。    所以，系统扫描周期的长短，除了因是否运行用户程序而有较大的差异外，在运行用户程序时也不是完全固定不变的。    要使程序巡回扫描一次的时间短，首先和每条指令的执行时间长短有关，其次和程序中所用指令类型，包括指令条数的多少有关。前者主要和计算机的主频有关，后者则和被控系统的复杂程度及程序编制者的水平有关。    如果程序的每一条指令执行时间足够快，整个程序并不长，使得每执行一次程序所占用的时间足够短，就能够满足实时控制的要求。