深入了解PLC编程技术 (深入了解plc扫描周期)

深入了解PLC编程技术及其扫描周期

一、引言

PLC（可编程逻辑控制器）是一种在工业环境中广泛应用的数字计算机，用于自动化控制各种机械或生产过程。
PLC编程技术是实现其自动化控制功能的关键，而了解PLC的扫描周期对于优化其运行效率和性能至关重要。
本文将深入探讨PLC编程技术及其扫描周期的相关知识。

二、PLC编程技术概述

PLC编程技术是基于计算机编程的基础上发展而来，其核心目的是实现工业自动化控制。
PLC编程主要包括梯形图（Ladder Diagram）、指令表（Instruction List）、功能块图（Function Block Diagram）等编程语言。
其中，梯形图是最常用的编程语言，因其直观易懂、易于上手的特点而广泛应用于工业现场。

PLC编程过程中，需要实现各种控制功能，如逻辑控制、运动控制、数据处理等。
还需要考虑PLC的硬件资源，如输入/输出模块、内存、处理器等，以确保程序的运行效率和稳定性。

三、PLC扫描周期

PLC扫描周期是PLC运行过程中的重要环节，了解其工作原理和组成部分对于编写高效、稳定的PLC程序至关重要。
PLC扫描周期主要包括输入扫描、程序执行和输出刷新三个阶段。

1. 输入扫描

在输入扫描阶段，PLC会读取输入端口的状态信息，并将这些信息存储到内部寄存器中。
此阶段的时间取决于输入点的数量和类型。

2. 程序执行

在程序执行阶段，PLC按照预先编写的程序进行逻辑运算和控制。
程序执行的时间取决于程序的复杂性和处理器的性能。

3. 输出刷新

在输出刷新阶段，PLC根据程序执行的结果更新输出端口的状态。
此阶段的时间取决于输出点的数量和类型。

四、深入了解PLC编程技术与扫描周期的关系

了解PLC编程技术与扫描周期的关系对于优化PLC的性能至关重要。
编写高效的PLC程序可以减少程序执行时间，从而提高扫描周期的效率。
合理分配PLC的硬件资源，如内存和处理器，可以确保程序在扫描周期内顺利完成。
了解输入和输出扫描的过程和特点，可以帮助程序员在编写程序时考虑到信号的时序和延迟问题，从而提高控制系统的稳定性。

五、如何优化PLC编程及扫描周期

为了优化PLC编程及扫描周期，可以采取以下措施：

1. 编写高效的程序：优化算法，减少不必要的逻辑运算和指令数，从而提高程序执行效率。
2. 合理分配硬件资源：根据实际需求合理分配内存、处理器等硬件资源，确保程序在扫描周期内顺利完成。
3. 考虑信号时序和延迟：在编写程序时考虑到输入和输出信号的时序和延迟问题，以确保控制系统的稳定性。
4. 使用优化工具：利用PLC厂商提供的优化工具和软件，对程序进行性能分析和优化。
5. 定期检查和维护：定期对PLC系统进行检查和维护，确保其正常运行和性能稳定。

六、结论

深入了解PLC编程技术及其扫描周期对于提高PLC系统的运行效率和性能至关重要。
通过编写高效的程序、合理分配硬件资源、考虑信号时序和延迟以及使用优化工具等措施，可以优化PLC编程及扫描周期，从而提高工业控制系统的稳定性和效率。
随着工业自动化水平的不断提高，PLC编程技术将在未来发挥更加重要的作用。

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什么是PLC的扫描周期？

PLC的工作方式采用不断循环的顺序扫描工作方式。 每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 CPU从第一条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。 PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。 整个过程可分为以下几个部分：第一部分是上电处理。 PLC上电后对系统进行一次初始化，包括硬件初始化和软件初始化，停电保持范围设定及其他初始化处理等。 第二部分是自诊断处理。 PLC每扫描一次，执行—次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常。 如CPU、电池电压、程序存储器、I／O和通讯等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。 当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。 第三部分是通讯服务。 PLC自诊断处理完成以后进入通讯服务过程。 首先检查有无通讯任务，如有则调用相应进程，完成与其他设备的通讯处理，并对通讯数据作相应处理；然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作。 第四部分是程序扫描过程。 PLC在上电处理、自诊断和通讯服务完成以后，如果工作选择开关在RUN位置，则进人程序扫描工作阶段。 先完成输入处理，即把输入端子的状态读入输入映像寄存器中，然后执行用户程序，最后把输出处理结果刷新到输出锁存器中。 通讯服务和程序扫描过程是PLC工作的主要部分，其工作周期称为扫描周期。 可以看出扫描周期直接影响控制信号的实时性和正确性，为了确保控制能正确实时地进行，在每个扫描周期中，通讯任务的作业时间必须被控制在一定范围内。 PLC运行正常时，程序扫描周期的长短与CPU的运算速度、与I/O点的情况、与用户应用程序的长短及编程情况等有关。 通常用PLC执行l KB指令所需时间来说明其扫描速度，一般为零点几ms到上百ms。 值得注意的是，不同指令其执行时间是不同的，从零点几μs到上百μs不等，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。 而对于一些需要高速处理的信号，则需要特殊的软、硬件措施来处理。 当PLC处于正常运行时，它将不断重复扫描过程。 PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式。 1．每次扫描过程。 集中对输入信号进行采样。 集中对输出信号进行刷新。 2．输入刷新过程。 当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。 只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输人端点，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中。 此时，输入映像寄存器被刷新。 接着，进入程序执行阶段和输出刷新阶段，在此阶段输入映像寄存器与外界隔离，无论输入情况如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输人采样阶段，才重新写入输入端的新内容。 所以一般来说，输人信号的宽度要大于一个扫描周期，否则很可能造成信号的丢失。 由此可见，输入映像寄存器的数据完全取决于输入端子上各输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。 根据PLC梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC按从左到右、从上到下的步骤顺序执行程序。 当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”采集到的对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件(“软继电器”)的当前状态。 然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。 对元件映像寄存器来说，每一个元件(“软继电器”)的状态会随着程序执行过程而变化。 在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态(接通／断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过输出端子和外部电源，驱动外部负载。 由此可见，输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果，输出锁存器中的数据由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定，而输出端子的接通和断开状态，完全由输出锁存器决定。 4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 5．扫描周期的长短由三条决定。 （1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数6．由于采用集中采样。 集中输出的方式。 存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

PLC程序分析以及扫描周期解释

PLC按照用户程序从左到右，从上到下，不断循环扫描的工作方式。 这种工作方式是在系统程序的控制下顺序扫描各 输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向各输出点发出相应的控制信号。 整个工作过程可分为输入采样、程序处理、输出刷新三个阶段。 在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。 即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。 一般同型号的PLC，其自诊断所需的时间相同，如三菱FX2系列机自诊断时间均为0.96ms。 通信时间的长短与连接的外设多少有关系，如果没有连接外设，则通信时间为0。 输入采样与输出刷新时间取决于其I/O点数，而扫描用户程序所用的时间则与扫描速度及用户程序的长短有关。 对于基本逻辑指令组成的用户程序，二者的乘积即为扫描时间。 如果程序中包含特殊功能指令，则还必须根据用户手册查表计算执行这些特殊功能指令的时间。

什么是PLC的扫描周期？

程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。 然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。 整个工作过分为自诊断、通信服务、输入处理、程序执行这五个阶兄银蚂段。 这5个阶段称之为扫描周期。

当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。 完成上述三个阶段羡埋称作一个扫描周期。 在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状搏闷态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。 输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。 即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

参考资料来源： 网络百科--可编程逻辑控制器