一、PLC的循環(huán)處理過程

       CPU中的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。

       操作系統(tǒng)用來處理PLC的起動、刷新輸入/輸出過程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯誤、管理存儲區(qū)和通信等任務。

       用戶程序由用戶根據(jù)需求自己編寫，以完成特定的控制任務。STEP7將用戶編寫的程序和數(shù)據(jù)維護在'塊'中，如功能塊FB、功能FC和數(shù)據(jù)塊DB等。

       PLC采用循環(huán)掃描的方式執(zhí)行用戶程序，即掃描工作方式。

       PLC的掃描工作方式

       1. PLC得電或由STOP模式切換到RUN模式時，CPU起動，清除沒有保持功能的位存儲器、定時器、計數(shù)器，清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復位保存的硬件中斷等。

       2. 執(zhí)行'系統(tǒng)起動組織塊'OB100，該組織塊可以自定義編程，實現(xiàn)一些初始化的工作;

       3. 系統(tǒng)進入周期掃描，并起動循環(huán)時間監(jiān)控;

       4. CPU將輸出過程映像區(qū)的數(shù)據(jù)寫入輸出模塊;

       5. 讀取輸入模塊的狀態(tài)，并寫入輸入過程映像區(qū);

       6. CPU調(diào)用OB1，執(zhí)行用戶程序，期間，根據(jù)需要可調(diào)用其他邏輯塊(FB、SFB、FC及SFC)，來實現(xiàn)控制任務;

       7. 在循環(huán)結束時，操作系統(tǒng)執(zhí)行所有掛起的任務，例如下載和刪除塊、接收和發(fā)送全局數(shù)據(jù)等;

       8. CPU返回'第3步'，重新啟動循環(huán)時間監(jiān)控。

       9、在執(zhí)行用戶程序的過程中，如果有中斷事件發(fā)生，當前執(zhí)行的塊將暫停執(zhí)行，轉而執(zhí)行相應的組織塊，來響應中斷。該組織塊執(zhí)行完成后，之前被暫停的塊將從中斷的地方繼續(xù)開始執(zhí)行。OB1具有很低的優(yōu)先級，除了OB90外，所有的組織塊都能中斷OB1。

       二、過程映像區(qū)

       PLC的存儲器中，特別設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，分別稱之為輸入過程映像區(qū)和輸出過程映像區(qū)。在循環(huán)程序處理過程中，CPU不會直接訪問I/O模塊，而是訪問CPU內(nèi)部的過程映像區(qū)。

       所示，在整個掃描周期內(nèi)，CPU會分配一段時間集中將輸出過程映像區(qū)的狀態(tài)傳送給輸出模塊。同樣，輸入模塊的狀態(tài)/數(shù)據(jù)也是集中、統(tǒng)一讀入輸入過程映像區(qū)。在程序的執(zhí)行階段，CPU只和輸入/輸出過程映像區(qū)做數(shù)據(jù)交互，這樣做的好處是，外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生變化，輸入過程映像區(qū)的狀態(tài)也暫時不變，可防止程序執(zhí)行時發(fā)生'紊亂';而給到輸出模塊的數(shù)據(jù)是''的，也可有效避免執(zhí)行機構的動作序列的不同步。

       對過程映像區(qū)的訪問可以以位、字節(jié)、字以及雙字的方式進行。

       過程映像區(qū)直接尋址

       所示，假設其為輸入過程映像區(qū)的一部分:

       1.3即可訪問到粉色部分的內(nèi)容，即尋址一個位;

       · IB0即可訪問綠色部分的內(nèi)容，即尋址一個字節(jié);

       · IW2:即可訪問藍色部分的內(nèi)容，即尋址一個字;

       · ID4即可訪問橙色部分的內(nèi)容，即尋址雙字;

       三、掃描循環(huán)時間

       掃描循環(huán)時間是指圖1中相鄰兩次'循環(huán)時間監(jiān)控'之間的時間，它與用戶程序的復雜程度及CPU執(zhí)行指令的速度有關。如下為315和416兩款CPU的指令執(zhí)行速度，相比315,CPU416的執(zhí)行速度快很多。

       CPU 315-2DP:0.3ms/1000條指令;

       CPU416-2DP:0.08ms/1000條指令

       掃描循環(huán)時間不是一成不變的，以下事件都會延長循環(huán)時間:

       · 中斷

       · 診斷和故障處理

       · 測試和調(diào)試功能

       · 通訊

       · 傳送和刪除塊

       · 壓縮用戶程序存儲器

       · 讀/寫MMC卡

        ***大循環(huán)時間與***小循環(huán)時間

       所示，在硬件組態(tài)中，可以修改***大循環(huán)時間，默認150ms。如果實際的循環(huán)時間超出設置的***大時間，CPU會調(diào)用組織塊OB80，在其中響應這個故障。如果OB80中未編寫程序，CPU將轉入STOP模式。

       400的CPU中還可以設置***小掃描周期，當用戶程序較為簡單，使得循環(huán)時間太短時，過程映像區(qū)會太過頻繁的刷新，設置***小掃描周期可以避免這種情況。

       四、系統(tǒng)的響應時間

       PLC的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻到它所控制的外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，稱之為系統(tǒng)的響應時間。它由以下三部分組成:

       1、輸入電路的濾波時間

       輸入模塊通過RC濾波電路來過濾輸入端引入的干擾，并消除因外接輸入觸點的動作時產(chǎn)生的抖動而引起的不良影響，濾波電路的時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短，一般為10ms左右。

       2、輸出電路的滯后時間

       輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關，

       · 繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右;

       · 雙向晶閘管型輸出電路在負載通電時的滯后時間約為1ms，負載由通電到斷電時的***大滯后時間為10ms;

       · 晶體管型輸出電路的滯后時間一般在1ms以下。

       3、CPU掃描循環(huán)工作方式帶來的滯后時間

       由掃描工作方式引起的滯后時間***壞的情況下，可達2-3個掃描周期。

       PLC總的響應延遲時間一般只有幾毫秒到幾十毫秒，對于一般的系統(tǒng)是無關緊要的。在一些特殊應用場合，要求輸入、輸出信號之間的滯后時間盡可能短的時候，可以選用掃描速度更快的PLC或采取中斷等措施