可编程控制器的工作过程

    虽然可编程控制器的基本组成及工作原理与一般微机相同，但其工作过程与微机有很大差异。    小型PLC的工作过程有两个显著特点：①周期性顺序扫描；②集中批处理。    周期性顺序扫描是可编程控制器特有的工作方式，PLC在运行过程中，总是处在不断循环的顺序扫描过程中。每次扫描所用的时间称为扫描时间，又称为扫描周期或工作周期。    由于可编程控制器的I/O点数较多，采用集中批处理的方法，可以简化操作过程，便于控制，提高系统可靠性。因此，可编程控制器的另一个主要特点就是对输入采样、执行用户程序、输出刷新实施集中批处理。这同样是为了提高系统的可靠性。    当PLC启动后，先进行初始化操作，包括对工作内存的初始化、复位所有的定时器、将输入／输出继电器清零，检查I/O单元连接是否完好，如有异常则发出报警信号。初始化之后，PLC就进入周期性顺序扫描过程中。    小型PLC的工作过程流程如图3-10所示。根据图3-10，可将PLC的工作过程（周期性顺序扫描过程）分为4个扫描阶段。
    图3-10    小型PLC的工作流程图    1．公共处理扫描阶段    公共处理包括PLC自检、执行来自外设命令、对看门狗定时器(Watch Dog Timer，WDT)清零等。    PLC自检就是CPU检测PLC各器件的状态，如出现异常再进行诊断，并给出故障信号，或自行进行相应处理，这将有助于及时发现或提前预报系统的故障，提高系统的可靠性。    在CPU对PLC自检结束后，就检查是否有外设请求，如是否需要进入编程状态、是否需要通信服务、是否需要启动磁带机或打印机等。    采用WDT技术也是提高系统可靠性的一种有效措施，它是在PLC内部设置一个监视定时器。这个硬件时钟是为了监视PLC的每次扫描时间而设置的，对它预先设定好规定时间，每个扫描周期都要监视扫描时间是否超过规定值。如果程序运行正常，则在每次扫描周期的公共处理阶段对WDT进行清零（复位），避免由于PLC在执行程序的过程中进入死循环，或者由于PLC执行非预定的程序而造成系统故障，从而导致系统瘫痪。如果程序运行失常进入死循环，则WDT得不到按时清零而造成超时溢出，从而发出报警信号或停止PLC工作。    2．输入采样扫描阶段    这是第一个集中批处理过程。在这个阶段中，PLC按顺序逐个采集所有输入端子上的信号，不论输入端子上是否接线，CPU顺序读取全部输入端，将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中。在当前的扫描周期内，用户程序依据的输入信号状态(ON或OFF)均从输入映像寄存器中去取，而不管此时外部输入信号的状态是否变化。如果此时外部输入信号的状态发生了变化，也只能在下一个扫描周期的输入采样扫描阶段去读取。对于这种采集输入信号的批处理，虽然严格上说每个信号被采集的时间有先有后，但由于PLC的扫描周期很短，这个差异对一般工程应用可忽略，所以可认为这些采集到的输入信息是同时的。    3．执行用户程序扫描阶段    这是第二个集中批处理过程。在执行用户程序阶段，CPU对用户程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下、从左至右的顺序进行扫描。每扫描到一条指令，所需要的输入信息状态均从输入映像寄存器中读取，而不是直接使用现场的立即输入信号。对其他信息，则是从PLC的元件映像寄存器中读取。在执行用户程序中，每一次运算的中间结果都立即写入元件映像寄存器中，这样该状态马上就可以被后面将要扫描到的指令所利用。对输出继电器的扫描结果，也不是马上去驱动外部负载，而是将其结果写入元件映像寄存器中的输出映像寄存器中，待输出刷新阶段集中进行批处理，所以执行用户程序阶段也是集中批处理过程。    在这个阶段，除了输入映像寄存器外，各个元件映像寄存器的内容是随着程序的执行而不断变化的。    4．输出刷新扫描阶段    这是第三个集中批处理过程。当CPU对全部用户程序扫描结束后，将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出锁存器中，再由输出锁存器经输出端子去驱动各输出继电器所带的负载。    在输出刷新阶段结束后，CPU进入下一个扫描周期。    上述的3个批处理过程示意图如图3-11所示。
      图3-11    PLC的3个批处理过程示意图