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(yīng)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(nèi)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(yīng)著內(nèi)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(shè)備PLC~SB1SB2KRKM輸出設(shè)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(jié)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(nèi)部硬件，對監(jiān)視定時器（WDT）復(fù)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?qū)λ休斎攵说臓顟B(tài)進行采樣，并存入相應(yīng)寄存器對用戶程序掃描執(zhí)行，并將結(jié)果存入相應(yīng)的寄存器將寄存器中與輸出有關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)到輸出鎖存器，輸出驅(qū)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(jié)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(shè)端口服務(wù)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(shè)端口連接的外部設(shè)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(shè)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(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)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(guān)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(chǎn)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(dǎo)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(diào)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(yīng)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(yīng)的場合，需要解決I/O速度問題。2.I/O響應(yīng)時間的估算以20點的繼電器輸出型CPM1A為例。設(shè)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(yīng)——最小I/O響應(yīng)時間輸入狀態(tài)經(jīng)過兩個掃描周期后在輸出得到響應(yīng)——最大I/O響應(yīng)時間最小I/O響應(yīng)時間的計算最小I/O響應(yīng)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(yīng)時間輸入ON延時最大I/O響應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)時間的影響舉例200000000001000200002000001001PLC~SBKM1000000100101000COMCOMKM2當SB閉合，經(jīng)過輸入濾波，設(shè)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(jié)束時，01000為OFF。01000只能在第二個掃描周期結(jié)束后才能ON。000002000020000010002000001001當SB閉合，經(jīng)過輸入濾波，設(shè)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(jié)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(yīng)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(wù)（處理微機與PLC的通訊）TlTl=PLC與微機構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)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(gòu)成網(wǎng)絡(luò)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(shè)服務(wù)（裝有外設(shè)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(wù)、外設(shè)服務(wù)、運算處理、I/O刷新時間構(gòu)成了PLC的掃描時間TsPLC的掃描時間Ts=Tc+Tl+To+Tp+Tr有關(guān)結(jié)論1、PLC的掃描周期和用戶程序的長短與系統(tǒng)構(gòu)成有關(guān)，用戶程序越短、系統(tǒng)構(gòu)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(yīng)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(gòu)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(gòu)成網(wǎng)絡(luò)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(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，故上位鏈接服務(wù)時間Tl=0。因不帶外設(shè)，所以外設(shè)服務(wù)時間To=0。

運算處理時Tp＝0.94×5000＝4.7×103