可编程控制器工作原理

(1) 巡回扫描原理

PLC的基本工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，即在硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来实现现场控制任务。但是，PLC主要是用于顺序控制，这种控制是通过各种变量的逻辑组合来完成的，即控制的实现是有关逻辑关系的实现，因此，如果单纯像计算机那样，把用户程序从头到尾顺序执行一遍，并不能完全体现

图  PLC的扫描过程

控制要求，而必须采取对整个程序巡回执行的工作方式，即巡回扫描方式。实际上，PLC可看成是在系统软件支持下的一种扫描设备，它一直在周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是整个扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中删除了用户程序和输入输出服务这两部分任务。典型PLC的扫描过程如图所示

(2)I/O管理

各种I/O模板的管理一般采用流行的存储映像方式，即每个I/O点都对应内存的一个位(bit)，具有字节属性的I/O则对应内存中的一个字。CPU在处理用户程序时，使用的输入值不是直接从实际输入点读取的，运算结果也不是直接送到实际输出点，而是在内存中设置了两个暂存区，即一个输入暂存区，一个输出暂存区。在输入服务扫描过程中，CPU把实际输入点的状态读入到输入状态暂存区。在输出服务扫描过程中，CPU把输出状态暂存区的值传送到实际输出点

由于设置了输入输出状态暂存区，用户程序具有以下特点：

① 在同一扫描周期内，某个输入点的状态对整个用户程序是一致的，不会造成运算结果的混乱；

② 在用户程序中，只应对输出赋值一次，如果多次，则最后一次有效；

③ 在同一扫描周期内，输出值保留在输出状态暂存区，因此，输出点的值在用户程序中也可当成逻辑运算的条件使用；

④ I/O映像区的建立，使系统变为一个数字采样控制系统，只要采样周期T足够小，采样频率足够高，就可以认为这样的采样系统符合实际系统的工作状态；

⑤ 由于输入信息是从现场瞬时采集来的，输出信息又是在程序执行后瞬时输出去控制外设，因此可以认为实际上恢复了系统控制作用的并行性；

⑥ 周期性输入输出操作给要求快速响应的闭环控制及中断控制的实现带来了一定的困难

(3) 中断输入处理

在PLC中，中断处理的概念和思路与一般微机系统基本是一样的，即当有中断申请信号输入后，系统中断正在执行的程序而转向执行相关的中断子程序；多个中断之间有优先级排队，系统可由程序设定允许中断或禁止中断等。此外，PLC中断还有以下特殊之处：

① 中断响应是在系统巡回扫描的各个阶段，不限于用户程序执行阶段；

② PLC与一般微机系统不一样，中断查询不是在每条指令执行后进行，而是在相应程序块结束后进行；

③ 用户程序是巡回扫描反复执行的，而中断程序却只在中断申请后被执行一次，因此，要多运行几次中断子程序，则必须多进行几次中断申请；

④ 中断源的信息是通过输入点进入系统的，PLC扫描输入点是按顺序进行的，因此，根据它们占用输入点的编号的顺序就自动进行优先级的排队；

⑤ 多中断源有优先顺序但无嵌套关系。