PLC的工作原理及通信要求处理方式

1.PLC的工作原理

PLC的工作过程是一个不断循环扫描的过程，按用户程序的先后次序逐条运行。“顺序扫描，不断循环”。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号做周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后返回第一条指令，开始下一轮扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的取样和对输出状态的刷新等工作。

每次扫描用户程序前，都先进行故障自诊断程序。自诊断内容包含：I/O部分、存储器、CPU等。并且通过CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，发现异常停机，显示出错。若自诊断正常，继续向下进行。

此外，PLC还要检查是否有与编程器、计算机等的通信要求，若有，则进行相应处理。

两个准备工作之后，PLC真正进入扫描循环中。一个完整的周期可分为三个阶段：

（1）输入处理阶段 （或称输入采样阶段、输入刷新阶段）

在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入内存中专门的暂存区——输入状态映像区，即输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。随后关闭输入端口，进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其他阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。

（2）程序执行阶段

在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。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。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。

程序执行时，CPU并不直接处理外部输入/输出接口中的信号。(www.xing528.com)

（3）输出处理阶段（或称输出刷新阶段）

当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区——输出映象寄存器。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）在CPU的控制下被一次集中转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部相应执行元件工作。

以上可知，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描仅仅在输入取样阶段进行，对输出赋值也仅仅在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入/输出被封锁。这种方式称为“集中取样，集中输出”。

2.关于扫描周期

扫描周期即完成一次扫描所需的时间。由PLC的工作过程可知，一个完整的循环扫描周期T应为

T=（读入1点的时间×输入点数）+（运算速度×程序步数）+（输出1点的时间×输出点数）+监视服务时间

扫描周期的长短主要取决于三个因素：一是CPU执行指令的速度；而是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长短。扫描周期越长，系统的响应速度越慢。

现在厂家生产的基本型PLC的一个扫描周期大约为10 ms，这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影像，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入取样仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上食欲外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的短暂的，由于系统响应慢，往往几个扫描周期才响一次，而多次扫描后因瞬间干扰所已发的误动作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求比较严格、响应速度要求较快的系统，则需要精心编制程序，或采取其他特殊措施，以减少因扫描周期造成的响应滞后的不良影响。

总之，采用循环扫描的工作方式，是PLC区别于微机和其他控制设备的最大特点，通过此方式，有效地实现输入信号的延时滤波作用，提高了PLC的抗干扰能力，当然，同时要求输入信号的接通时间至少保持一个扫描周期以上的时间。