PLC用户程序的循环扫描过程

    PLC对用户程序的执行是以循环扫描方式进行的。PLC的这种程序运行方式与微型计算机有很大的不同。微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束，而PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束，然后再从头开始执行，并周而复始地执行，直到停机或从运行(RUN)切换到停止(STOP)工作状态为止。PLC每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。    CPU不同时执行多个操作，只按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程即为PLC的扫描工作方式，它与传统的继电器控制系统相比有明显的不同，继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式：在执行过程中，如果一个继电器的线圈通电，则该继电器的所有常开和常闭触点，无论处在控制线路的什么位置，都会立即动作，即常开触点闭合，常闭触点断开。PLC采用循环扫描控制程序的工作方式（串行工作方式）：在PLC的工作过程中，如果某一个软继电器的线圈接通，该线圈的所有常开和常闭触点并不一定都会立即动作，只有CPU扫描到该触点时才会动作，即常开触点闭合，常闭触点断开。    PLC对用户程序进行循环扫描分为也必须分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段，如图1-14所示。
    图1-14    PLC用户程序的工作过程    (1)输入采样阶段。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，不论输人端子上是否接线，CPU都顺序读取全部输入端的信号，将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中。此时输入映象寄存器被刷新，随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。在当前的扫描周期内，用户程序用到的输入信号的状态（ON或OFF）均从输入映像寄存器中读取，不管此时外部输入信号的状态是否变化。即使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读取。对于这种采集输入信号的批处理，严格上说虽然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而言可忽略不计，所以可以认为这些采集到的输入信息是同时的。    (2)程序执行阶段。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。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。每扫描到一条指令，若其涉及输入信息的状态，则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。根据用户程序进行运算后，每一次运算的中间结果都立即写入元件映像寄存器中，对输出继电器的扫描结果，也不是马上去驱动外部负载，而是将其结果写入到输出映像寄存器中。在此阶段，允许对数字量I/O指令和不设置数字滤波的模拟量I/O指令进行处理，在扫描周期的各个部分，均可对中断事件进行响应。    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。    (3)输出刷新阶段。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，再由输出锁存器通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）经输出端子去驱动外部负载。    在输出刷新阶段结束后，CPU进入下一个扫描周期，重新执行输入采样，周而复始。    在一个扫描周期内，PLC对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输人端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这种方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则只有最后一次赋值有效。在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新；在其他阶段，输出状态一直保存在输出映象寄存器中，这种方式称为集中输出。    集中采样与集中输出的工作方式是PLC的又一特点，在采样期间，将所有输入信号（不论该信号当时是否要用）一起读人，此后在整个程序处理过程中PLC系统与外界隔离，直至输出控制信号。外界信号状态的变化要等到下一个工作周期再进行新一轮采集，这样从根本上提高了系统的抗干扰能力，提高了系统的可靠性。    在程序执行阶段，由于输出映像区的内容会随程序执行的进程而变化，因此，在程序执行过程中，所扫描到的功能经解算后，其结果马上就可被后面将要扫描到的逻辑的解算利用，因而简化了程序设计。