PLC的扫描过程及监控定时器

PLC的循环扫描工作方式可以看成是一种由系统软件支持的扫描设备，不论用户程序运行与否，CPU都要周而复始地进行循环扫描，并执行系统程序所规定的任务。每一个循环所经历的时间为一个扫描周期。每个扫描周期又分为几个工作阶段，每个工作阶段完成不同的任务。

从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序，直至遇到结束符，完成一次扫描，然后再返回第一条指令，开始新一轮扫描，这样周而复始地反复进行。PLC每进行一次扫描循环所用的时间称为扫描周期。通常一个扫描周期约为几十毫秒。PLC采用循环扫描的工作方式，包括内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。当处于RUN状态时，上述扫描周期不断循环。也可以把扫描周期简化为读输入、执行用户程序和写输出三个阶段。

1.采用循环扫描工作方式

系统周而复始地依一定的顺序完成一系列的具体的工作，这种工作方式叫做循环扫描工作方式。

这些工作都是分时完成的。每项工作又都包含着许多具体的工作，以用户程序的完成来说又可分为以下三个阶段。PLC上电后首先进行初始化，然后进入循环扫描工作过程，PLC在运行状态，采用周期循环扫描方式执行用户程序，一个用户程序的扫描周期由三个阶段构成，如图2-22所示。

图2-22 PLC执行程序过程示意图

（1）输入采样阶段

在这个阶段中，可编程序控制器读入输入接口的状态，并将它们存放在输入数据暂存区中。

输入处理阶段之后，即使输入接口状态有变化，输入数据暂存区中的内容也不变，直到下一个周期的输入处理阶段，才读入这种变化。

本阶段检测每个输入触点的状态（通为1，断为0），然后顺序存入输入映像寄存器。

（2）程序执行阶段

对用户梯形图程序按先左后右、从上到下的顺序，逐句执行指令，包括从输入映像寄存器和各种内部寄存器中读取状态和数据，完成程序要求的运算和把结果写入有关内部寄存器或输出继电器。在这个阶段中，PLC根据本次读入的输入数据，依用户程序的顺序逐条执行用户程序。执行的结果均存储在输出状态暂存区中。

（3）输出刷新阶段

这是一个程序执行周期的最后阶段。PLC将本次用户程序的执行结果一次性地从输出状态暂存区送到各个输出接口，对输出状态进行刷新。

将输出继电器状态输出至输出锁存器，经隔离、功放、输出端子去驱动负载。

程序执行一次的时间称为扫描周期，一个扫描周期可以分为上述输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，小型PLC的扫描周期在十几毫秒至几十毫秒之间。

以上三个阶段是分时完成的。为了连续地完成PLC所承担的工作，系统必须周而复始地依一定的顺序完成这一系列的具体工作。这种工作方式叫做循环扫描工作方式。

2.扫描周期及PLC的两种工作状态

PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。运行状态是执行应用程序的状态。停止状态一般用于程序的编制与修改。图2-23给出了运行和停止两种状态PLC不同的扫描过程。在这两个不同的工作状态中，扫描过程所要完成的任务是不尽相同的。

在内部处理阶段，进行PLC自检，检查内部硬件是否正常，对监视定时器（WDT）复位以及完成其他一些内部处理工作。

在通信服务阶段，PLC与其他智能装置实现通信，响应编程器输入的命令，更新编程器的显示内容等。(www.xing528.com)

当PLC处于停止（STOP）状态时，只完成内部处理和通信服务工作。当PLC处于运行（RUN）状态时，除完成内部处理和通信服务工作外，还要完成输入采样、程序执行、输出刷新工作。

PLC的扫描工作方式简单直观，便于程序的设计，并为可靠运行提供了保障。当PLC扫描到的指令被执行后，其结果立即就被后面将要扫描到的指令所利用，而且还可通过CPU内部设置的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，避免由于CPU内部故障使程序执行进入死循环。

图2-23 扫描过程示意图

3.PLC扫描工作方式的特点

（1）特点：集中采样、集中输出、循环扫描

1）集中采样：对输入状态的扫描只在输入采样阶段进行，即在程序执行阶段或输出刷新阶段，即使输入端状态发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变，只有到下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入（响应滞后）。

2）集中输出：在一个扫描周期内，只有在输出处理阶段才将元件映像寄存器中的状态输出，在其他阶段，输出值一直保存在元件映像寄存器中。

在用户程序中，如果对输出多次赋值，则仅最后一次是有效的，即应避免双线圈输出。

（2）优点：提高系统的抗干扰能力

集中采样、集中输出的扫描工作方式使PLC在工作的大部分时间与外设隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。

（3）缺点：响应滞后，降低系统的响应速度

PLC的输入／输出滞后时间又称为PLC系统响应时间。

1）输入模块滞后时间：输入模块RC滤波电路的时间常数，典型值为10ms左右。

2）输出模块滞后时间：可按不同的输出接口区分。

①继电器型输出：10ms左右。

②晶闸管型输出：通电滞后时间约1ms，断电滞时的最大滞后时间为10ms。

③晶体管型输出：1ms以下。

3）扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两个扫描周期。

PLC总的响应延迟时间一般为几十毫秒。但由于PLC的扫描速度极快，故对一般工业控制而言，此响应上的滞后完全允许。

注意：在中、大型PLC中所需处理的I／O点数较多，用户程序较长，还采用分时分批的扫描方式或中断等的工作方式，以缩短循环扫描的周期和提高实时控制的能力。