掃描時間的計算

兩種梯形圖的繼電器符號圖對照

梯形圖（Ladderdiagram）編程語言是一種圖形語言,類似于繼電器控制線路圖的一種編程語言，它面向控制過程，直觀易懂，是PLC編程語言中應用最多的一種語言。

物理繼電器PLC繼電器常開常閉觸點線圈(1)名詞解釋——軟繼電器

PC的繼電器不是物理的電器，它是PC內部的寄存器位，因為它具有與物理繼電器相似的功能，常稱之為“軟繼電器”。

PLC每一個繼電器都對應著內部的一個寄存器位，該位為“1”態(tài)時，相當于繼電器接通；為“0”態(tài)時，則相當于繼電器斷開。常閉觸點線圈常開觸點說明：000000100001000PLC控制00001SB2KMKM繼電器控制SB1線圈線圈常開觸點常開觸點常閉觸點常閉觸點(2)兩種控制的梯形圖比較物理繼電器繼電器需硬接線連接觸點個數(shù)有限PLC繼電器繼電器用程序軟連接觸點個數(shù)無限繼電器的接線改變——控制功能改變PLC的用戶程序改變——控制功能改變(3)兩種控制中繼電器的區(qū)別用PLC控制——外部接線不變，改變用戶程序。用繼電器控制——要改變控制電路的實際接線。KMQFUKR

M3~SB1SB2KMKHKM繼電器控制接線PLC控制外部接線輸入設備PLC~SB1SB2KRKM輸出設備欲改變控制功能：主電路相同例如1可編程控制器工作過程特點及主要性能指標當PLC運行時，需要進行眾多的操作，而PLC的CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作，每一刻只能執(zhí)行一個操作。解決的辦法：采用分時操作原理掃描工作方式：由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結果似乎是同時完成的，這種分時操作的方法稱為掃描工作方式。

1.1循環(huán)掃描工作方式

PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”工作方式，這個過程可分輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，整個過程掃描并執(zhí)行一次所需的時間稱為掃描周期。輸入端子輸入鎖存器輸入狀態(tài)寄存器輸出鎖存器輸出狀態(tài)寄存器輸出端子程序執(zhí)行讀讀寫輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新檢查CPU等內部硬件，對監(jiān)視定時器（WDT）復位以及其它工作與其它智能裝置（如編程器、計算機等）實現(xiàn)通信

按順序對所有輸入端的狀態(tài)進行采樣，并存入相應寄存器對用戶程序掃描執(zhí)行，并將結果存入相應的寄存器將寄存器中與輸出有關狀態(tài)，轉到輸出鎖存器，輸出驅動外部負載

1.2PLC的工作過程分自診斷、與編程器或計算機等通信、輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新五個階段。00002010000000100002010001.2PLC掃描工作各環(huán)節(jié)的功能①PLC上電后，首先檢查硬件是否正常。②按自上而下的順序，逐條讀用戶程序并執(zhí)行。對輸入的數(shù)據(jù)進行處理，將結果存入元件映象寄存器。③計算掃描周期。若正常，則進行下一步；若不正常，則報警并作處理。母線④I/O刷新階段⑤外設端口服務讀輸入點的狀態(tài)并寫入輸入映像寄存器。將元件映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器、輸出電路送到輸出點。訪問外設端口連接的外部設備。4.PLC執(zhí)行用戶程序的特點①按梯形圖自左向右、自上而下逐次執(zhí)行程序②執(zhí)行程序時所需數(shù)據(jù)取自于：輸入映像寄存器元件映像寄存器③輸入映像寄存器和元件映像寄存器中的數(shù)據(jù)元件映像寄存器：在一個掃描周期中可讀可寫輸入映像寄存器：在一個掃描周期中保持不變④每個掃描周期I/O刷新階段集中讀入/讀出數(shù)據(jù)讀讀讀寫寫執(zhí)行用戶程序I/O刷新I/O刷新I/O刷新I/O刷新0100101000000000000101000輸入端子輸入電路用戶輸入設備輸入映像寄存器輸出電路輸出端子元件映像寄存器輸出鎖存器

用戶輸出設備從輸入端子到輸出端子的信號傳遞過程(3)PC的循環(huán)掃描工作過程（信號傳遞過程）3.PLC控制的原理等效電路圖SB1SB2ST公共端公共端輸入部分輸出端子輸入端子用戶程序輸出部分主電路KMFUKH

M3~Q~KM01000PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM0000100002PLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM~KM線圈通電SB1閉合00000閉合接點閉合KMFUKH

M3~QKM通電KM通電觸點閉合電動機轉觸點閉合PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM~KM線圈斷電00001斷開接點斷開KMFUKH

M3~QKM通電KM斷電觸點斷開電動停轉觸點斷開PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2閉合1.3掃描周期和I/O滯后時間I/O滯后時間又稱為系統(tǒng)響應時間，是指PLC外部輸入信號發(fā)生變化的時刻起至它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的間隔。PLC在運行工作狀態(tài)時，執(zhí)行一次掃描操作所需要的時間稱為掃描周期。其典型值為1-100ms。1.產生I/O滯后現(xiàn)象的原因（1）由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。PLC只在每個掃描周期的I/O刷新階段集中輸入/輸出，導致輸出信號相對輸入信號滯后。（2）輸入濾波器對信號的延遲作用。濾波器時間常數(shù)越大，對輸入信號的延遲作用越強。有的PLC其輸入電路濾波器的時間常數(shù)可以調整?！敵鯫N延時。（3）輸出繼電器的動作延遲（繼電器輸出型PLC）。從輸出鎖存器ON、到輸出觸點ON經(jīng)歷一定時間（4）用戶程序的長短及語句編排。要求有較快響應的場合最好不要使用繼電器輸出型PLC。I/O滯后現(xiàn)象，對慢速控制系統(tǒng)影響不大。要求快速響應的場合，需要解決I/O速度問題。2.I/O響應時間的估算以20點的繼電器輸出型CPM1A為例。設輸入ON延時為8毫秒公共處理和I/O刷新時間為2毫秒執(zhí)行用戶程序時間為14毫秒輸出ON延時為15毫秒輸入狀態(tài)經(jīng)過一個掃描周期后在輸出得到響應——最小I/O響應時間輸入狀態(tài)經(jīng)過兩個掃描周期后在輸出得到響應——最大I/O響應時間最小I/O響應時間的計算最小I/O響應時間=輸入ON延時+（公共處理+I/O刷新時間）+執(zhí)行程序時間+輸出ON延時=8+2+14+15=39ms輸入觸點輸入濾波輸出鎖存輸出觸點刷新執(zhí)行程序其他刷新執(zhí)行程序其他掃描周期(Ts)掃描周期(Ts)輸入ON延時輸出ON延時I/O響應時間輸入ON延時最大I/O響應時間

=輸入ON延時+(公共處理+I/O刷新+執(zhí)行程序)×2+輸出ON延時=8+（2+14）×2+15=55ms。最大I/O響應時間的計算輸入觸點輸入濾波輸出鎖存輸出ON延時輸出觸點I/O響應時間刷新執(zhí)行程序其他刷新執(zhí)行程序其他掃描周期(Ts)掃描周期(Ts)刷新執(zhí)行程序其他掃描周期(Ts)程序語句安排對I/O響應時間的影響舉例200000000001000200002000001001PLC~SBKM1000000100101000COMCOMKM2當SB閉合，經(jīng)過輸入濾波，設第一個掃描周期I/O刷新時00000的映像寄存器ON。第一個掃描周期結束時，01000為OFF。01000只能在第二個掃描周期結束后才能ON。000002000020000010002000001001當SB閉合，經(jīng)過輸入濾波，設第一個掃描周期00000的映像寄存器ON。01000在第一個掃描周期結束后就能ON。如果將梯形圖的第一與第二梯級交換，如下圖：顯然，程序語句的安排對I/O響應的影響很大。PLC~SBKM1000000100101000COMCOMKM23、PLC的掃描時間計算1上電后初始處理2共同處理時間：程序自檢。Tc=2.6ms3上位鏈接服務（處理微機與PLC的通訊）TlTl=PLC與微機構成網(wǎng)絡0—8ms4運算處理TP:執(zhí)行用戶程序

TP=平均速度X指令條數(shù)Tl=PLC與微機不構成網(wǎng)絡0ms5I/O刷新Tr=主機與近程擴展機：輸入0.07ms/8個輸出0.04ms/8個遠程擴展機：以通道數(shù)計算，1.3ms+nX0.2ms6外設服務（裝有外設時）To

To=0.8ms（T=Tc+Tl+Tp+Tr≤13ms)To=0.06×T（T=Tc+Tl+Tp+Tr>13ms)7、共同處理、上位鏈接服務、外設服務、運算處理、I/O刷新時間構成了PLC的掃描時間TsPLC的掃描時間Ts=Tc+Tl+To+Tp+Tr有關結論1、PLC的掃描周期和用戶程序的長短與系統(tǒng)構成有關，用戶程序越短、系統(tǒng)構成越簡單，掃描周期越短。2、PLC的掃描周期一般在10ms級，這樣普通輸入點的信號頻率應不大于50HZ（在使用時一般在10HZ以下）。例1某C200H型PLC系統(tǒng)，由主機和遠程擴展機構成。主機上裝有3個16點輸入模塊，2個12點輸出模塊。遠程擴展機上裝有3個16點輸入模塊，一個12點輸出模塊。程序有5000條指令，假定程序中使用的指令均為基本指令，平均執(zhí)行時間為0.94PS。

試計算不與微機構成網(wǎng)絡且不帶編程器時的掃描時間。解：共同處理時間Tc=2.6m。因不與微機構成網(wǎng)絡，故上位鏈接服務時間Tl=0。因不帶外設，所以外設服務時間To=0。

運算處理時Tp＝0.94×5000＝4.7×103