掃描時(shí)間的計(jì)算

1、兩種梯形圖的繼電器符號(hào)圖對(duì)照兩種梯形圖的繼電器符號(hào)圖對(duì)照 梯形圖梯形圖（Ladder diagram）編程語(yǔ)言編程語(yǔ)言是一種是一種圖形語(yǔ)言圖形語(yǔ)言 , ,類似于類似于繼繼電器控制線路圖電器控制線路圖的的一種編程語(yǔ)言一種編程語(yǔ)言，它，它面向面向控制過(guò)程，控制過(guò)程，直觀易懂直觀易懂，是是PLCPLC編程語(yǔ)言中應(yīng)用編程語(yǔ)言中應(yīng)用最多的一種語(yǔ)言。最多的一種語(yǔ)言。 物理繼電器物理繼電器 PLC繼電器繼電器常開(kāi)常開(kāi)常閉常閉 觸觸 點(diǎn)點(diǎn)線線 圈圈(1)(1)名詞解釋名詞解釋軟繼電器軟繼電器 PC PC的繼電器的繼電器不是不是物理物理的的電器電器，它是，它是PCPC內(nèi)部的內(nèi)部的寄存器位寄存器位，因，因?yàn)樗哂?/p>

2、與物理繼電器為它具有與物理繼電器相似的功能相似的功能，常稱之為，常稱之為“軟繼電器軟繼電器”。 PLCPLC每一個(gè)繼電器每一個(gè)繼電器都對(duì)應(yīng)著內(nèi)部的都對(duì)應(yīng)著內(nèi)部的一個(gè)寄存器位一個(gè)寄存器位，該位為，該位為“1”“1”態(tài)態(tài)時(shí)，相當(dāng)于時(shí)，相當(dāng)于繼電器接通繼電器接通；為為“0”“0”態(tài)時(shí)態(tài)時(shí)，則相當(dāng)于，則相當(dāng)于繼繼電器斷開(kāi)。電器斷開(kāi)。常閉觸點(diǎn)線圈常開(kāi)觸點(diǎn)說(shuō)明：說(shuō)明：000000100001000PLC控制控制00001SB2KMKM繼電器繼電器 控控 制制SB1線圈線圈線圈線圈常開(kāi)觸點(diǎn)常開(kāi)觸點(diǎn)常開(kāi)觸點(diǎn)常開(kāi)觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)(2)(2)兩種控制的梯形圖比較兩種控制的梯形圖比較物理繼電器物

3、理繼電器繼電器需硬接線連接繼電器需硬接線連接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)有限觸點(diǎn)個(gè)數(shù)有限PLCPLC繼電器繼電器繼電器用程序軟連接繼電器用程序軟連接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)無(wú)限觸點(diǎn)個(gè)數(shù)無(wú)限繼電器的接線改變繼電器的接線改變控制功能改變控制功能改變PLCPLC的用戶程序改變的用戶程序改變 控制功能改變控制功能改變 (3) (3) 兩種控制中繼電器的區(qū)別兩種控制中繼電器的區(qū)別用用PLCPLC控制控制外部接線不變，改變用戶程序。外部接線不變，改變用戶程序。用繼電器控制用繼電器控制要改變控制電路的實(shí)際接線。要改變控制電路的實(shí)際接線。KMQFUKR M 3 SB1SB2KMKHKM 繼電器控制接線繼電器控制接線 PLC PLC控制外部接線控

4、制外部接線輸入設(shè)輸入設(shè)備備PLCSB1SB2KRKM輸出設(shè)輸出設(shè)備備 欲改變控制功能：欲改變控制功能：主電路主電路 相同相同例如例如1 1可編程控制器工作過(guò)程特點(diǎn)及主要性能指標(biāo)可編程控制器工作過(guò)程特點(diǎn)及主要性能指標(biāo) 當(dāng)當(dāng)PLCPLC運(yùn)行時(shí)，需要進(jìn)行眾多的操作，運(yùn)行時(shí)，需要進(jìn)行眾多的操作，而PLCPLC的的CPUCPU不可不可能同時(shí)能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作，去執(zhí)行多個(gè)操作， 每一刻每一刻只能只能執(zhí)行一個(gè)操作。執(zhí)行一個(gè)操作。 解決的辦法：解決的辦法：采用采用分時(shí)操作分時(shí)操作原理原理 掃描工作方式：掃描工作方式：由于由于CPUCPU的的運(yùn)算處理速度運(yùn)算處理速度很快，所以很快，所以從從宏觀上宏觀上來(lái)看，來(lái)

5、看，PLCPLC外部出現(xiàn)外部出現(xiàn)的的結(jié)果似乎結(jié)果似乎是是同時(shí)完成的同時(shí)完成的，這種這種分時(shí)操作分時(shí)操作的方法稱為的方法稱為 1.1 1.1 循環(huán)掃描工作方式循環(huán)掃描工作方式 PLC PLC采用采用“順序掃描、不斷循環(huán)順序掃描、不斷循環(huán)”工作方式，這個(gè)過(guò)程可分工作方式，這個(gè)過(guò)程可分輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段，整個(gè)過(guò)程掃描整個(gè)過(guò)程掃描并并執(zhí)執(zhí)行一次所需行一次所需的的時(shí)間時(shí)間稱為稱為掃描周期。掃描周期。 1.2 PLC 1.2 PLC的工作過(guò)程分自診斷、與編程器或計(jì)算機(jī)等通信、的工作過(guò)程分自診斷、與編程器或計(jì)算機(jī)等通信、輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新五個(gè)階

6、段。輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新五個(gè)階段。 0000201000000010000201000 1.2 PLC 1.2 PLC掃描工作各環(huán)節(jié)的功能掃描工作各環(huán)節(jié)的功能 PLC PLC上電后，首先檢查硬件是否正常。上電后，首先檢查硬件是否正常。 按自上而下的順序，逐條讀用戶程序并執(zhí)行。按自上而下的順序，逐條讀用戶程序并執(zhí)行。對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 將結(jié)果存入元件映象寄存器。將結(jié)果存入元件映象寄存器。 計(jì)算掃描周期。計(jì)算掃描周期。若正常，則進(jìn)行下一步；若不正常，則報(bào)警并作處理。若正常，則進(jìn)行下一步；若不正常，則報(bào)警并作處理。母線母線 I/O I/O刷新階段刷新階段 外設(shè)端口服

7、務(wù)外設(shè)端口服務(wù)讀輸入點(diǎn)的狀態(tài)并寫入輸入映像寄存器。讀輸入點(diǎn)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(diǎn)。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(diǎn)。訪問(wèn)外設(shè)端口連接的外部設(shè)備。訪問(wèn)外設(shè)端口連接的外部設(shè)備。4. PLC4. PLC執(zhí)行用戶程序的特點(diǎn)執(zhí)行用戶程序的特點(diǎn) 按梯形圖自左向右、自上而下逐次執(zhí)行程序按梯形圖自左向右、自上而下逐次執(zhí)行程序 執(zhí)行程序時(shí)所需數(shù)據(jù)取自于：執(zhí)行程序時(shí)所需數(shù)據(jù)取自于：輸入映像寄存器輸入映像寄存器元件映像寄存器元件映像寄存器 輸入映像寄存器和元件映像寄存器中的數(shù)據(jù)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

8、個(gè)掃描周期中可讀可寫元件映像寄存器：在一個(gè)掃描周期中可讀可寫輸入映像寄存器：在一個(gè)掃描周期中保持不變輸入映像寄存器：在一個(gè)掃描周期中保持不變 每個(gè)掃描周期每個(gè)掃描周期I/OI/O刷新階段刷新階段集中集中讀入讀入/ /讀出數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀讀讀讀讀讀寫寫寫寫 執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新010010100000000 00001 01000輸輸入入端端子子輸輸入入電電路路用戶輸入設(shè)備用戶輸入設(shè)備輸入映像寄存器輸入映像寄存器輸輸出出電電路路輸輸出出端端子子元件映像寄存器元件映像寄存器輸出鎖存器輸出鎖存器 用戶輸出設(shè)備用戶輸出設(shè)備從輸入端子到輸

9、出端子的信號(hào)傳遞過(guò)程從輸入端子到輸出端子的信號(hào)傳遞過(guò)程(3)PC(3)PC的循環(huán)掃描工作過(guò)程（信號(hào)傳遞過(guò)程）的循環(huán)掃描工作過(guò)程（信號(hào)傳遞過(guò)程）3. PLC3. PLC控制的原理控制的原理 等效電路圖等效電路圖SB1SB2ST公共端公共端公共端公共端輸入部分輸入部分輸出端子輸出端子輸入端子輸入端子用戶程序用戶程序輸出部分輸出部分主電路主電路KMFUKH M 3 QKM01000PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM0000100002PLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMKM線圈通電線圈

10、通電SB1閉合閉合00000 閉閉合合接點(diǎn)閉合接點(diǎn)閉合KMFUKH M 3 QKM通電通電KM通電通電觸點(diǎn)閉合觸點(diǎn)閉合電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)觸點(diǎn)閉合觸點(diǎn)閉合PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMKM線圈斷電線圈斷電00001 斷斷開(kāi)開(kāi)接點(diǎn)斷開(kāi)接點(diǎn)斷開(kāi)KMFUKH M 3 QKM通電通電KM斷電斷電觸點(diǎn)斷開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)電動(dòng)停轉(zhuǎn)電動(dòng)停轉(zhuǎn)觸點(diǎn)斷開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)PLCCOM000000000000001000020000001000

11、000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2閉合閉合1.31.3掃描周期和掃描周期和I/OI/O滯后時(shí)間滯后時(shí)間 I/O I/O滯后時(shí)間又稱為滯后時(shí)間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指，是指PLCPLC外部輸外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻起至它控制的有關(guān)外部輸出信入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻起至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的間隔。號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的間隔。 PLC PLC在運(yùn)行工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次掃描操作所需要的在運(yùn)行工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次掃描操作所需要的時(shí)間稱為掃描周期。其

12、典型值為時(shí)間稱為掃描周期。其典型值為1-100ms1-100ms。 1. 1. 產(chǎn)生產(chǎn)生I/OI/O滯后現(xiàn)象的原因滯后現(xiàn)象的原因（1 1） 由于由于PLCPLC采用循環(huán)掃描的工作方式。采用循環(huán)掃描的工作方式。 PLC PLC只在每個(gè)掃描周期的只在每個(gè)掃描周期的I/OI/O刷新階段集中輸入刷新階段集中輸入/ /輸出，導(dǎo)致輸輸出，導(dǎo)致輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)滯后。出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)滯后。（2 2） 輸入濾波器對(duì)信號(hào)的延遲作用。輸入濾波器對(duì)信號(hào)的延遲作用。濾波器時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)輸入信號(hào)的延遲作用越強(qiáng)。濾波器時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)輸入信號(hào)的延遲作用越強(qiáng)。有的有的PLCPLC其輸入電路濾波器的時(shí)間常數(shù)可以調(diào)整。其

13、輸入電路濾波器的時(shí)間常數(shù)可以調(diào)整。輸出輸出ONON延時(shí)。延時(shí)。（3 3） 輸出繼電器的動(dòng)作延遲（繼電器輸出型輸出繼電器的動(dòng)作延遲（繼電器輸出型PLCPLC）。）。從輸出鎖存器從輸出鎖存器ONON、到輸出觸點(diǎn)、到輸出觸點(diǎn)ONON經(jīng)歷一定時(shí)間經(jīng)歷一定時(shí)間（4 4）用戶程序的長(zhǎng)短及語(yǔ)句編排。）用戶程序的長(zhǎng)短及語(yǔ)句編排。要求有較快響應(yīng)的場(chǎng)合要求有較快響應(yīng)的場(chǎng)合最好不要使用繼電器輸出型最好不要使用繼電器輸出型PLCPLC。I/OI/O滯后現(xiàn)象，對(duì)慢速控制系統(tǒng)影響不大。滯后現(xiàn)象，對(duì)慢速控制系統(tǒng)影響不大。要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，需要解決要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，需要解決I/OI/O速度問(wèn)題。速度問(wèn)題。2. I/O2.

14、 I/O響應(yīng)時(shí)間的估算響應(yīng)時(shí)間的估算以以2020點(diǎn)的繼電器輸出型點(diǎn)的繼電器輸出型CPM1ACPM1A為例。為例。設(shè)輸入設(shè)輸入ONON延時(shí)為延時(shí)為8 8毫秒毫秒公共處理和公共處理和I/OI/O刷新時(shí)間為刷新時(shí)間為2 2毫秒毫秒執(zhí)行用戶程序時(shí)間為執(zhí)行用戶程序時(shí)間為1414毫秒毫秒輸出輸出ONON延時(shí)為延時(shí)為1515毫秒毫秒輸入狀態(tài)經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng)輸入狀態(tài)經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng) 最小最小I/OI/O響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間輸入狀態(tài)經(jīng)過(guò)兩個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng)輸入狀態(tài)經(jīng)過(guò)兩個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng) 最大最大I/OI/O響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間最小最小I/OI/O響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算響應(yīng)時(shí)間的

15、計(jì)算最小最小I/O響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 = 輸入輸入ON延時(shí)延時(shí) + （公共處理公共處理 + I/O刷新時(shí)間刷新時(shí)間） + 執(zhí)行程序時(shí)間執(zhí)行程序時(shí)間 + 輸出輸出ON延時(shí)延時(shí) = 8 + 2 + 14 + 15 = 39 ms輸入輸入觸點(diǎn)觸點(diǎn)輸入輸入濾波濾波輸出輸出鎖存鎖存輸出輸出觸點(diǎn)觸點(diǎn)刷新刷新執(zhí)行程序執(zhí)行程序其他其他 刷新刷新執(zhí)行程序執(zhí)行程序其他其他 掃描周期掃描周期(Ts) 掃描周期掃描周期(Ts)輸入輸入ON延時(shí)延時(shí)輸出輸出ON延時(shí)延時(shí)I/O響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間輸入輸入ON延時(shí)延時(shí)最大最大I/O響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 = 輸入輸入ON延時(shí)延時(shí)+ (公共處理公共處理+ I/O刷新刷新+執(zhí)行程序執(zhí)行程序

16、)2 + 輸出輸出ON延時(shí)延時(shí) = 8 +（2 +14） 2 + 15 = 55 ms。 最大最大I/OI/O響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算輸入輸入觸點(diǎn)觸點(diǎn)輸入輸入濾波濾波輸出輸出鎖存鎖存輸出輸出ON延時(shí)延時(shí)輸出輸出觸點(diǎn)觸點(diǎn)I/O響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間刷新刷新執(zhí)行程序執(zhí)行程序其他其他 刷新刷新執(zhí)行程序執(zhí)行程序其他其他掃描周期掃描周期(Ts) 掃描周期掃描周期(Ts)刷新刷新執(zhí)行程序執(zhí)行程序其他其他掃描周期掃描周期(Ts)程序語(yǔ)句安排對(duì)程序語(yǔ)句安排對(duì)I/OI/O響應(yīng)時(shí)間的影響舉例響應(yīng)時(shí)間的影響舉例200000000001000200002000001001PLCPLCSBKM10000000000010

17、01010010100001000COMCOMCOMCOMKM2當(dāng)當(dāng)SBSB閉合，經(jīng)過(guò)輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期閉合，經(jīng)過(guò)輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期I/OI/O刷新時(shí)刷新時(shí) 0000000000的映像寄存器的映像寄存器ONON。第一個(gè)掃描周期結(jié)束時(shí)，第一個(gè)掃描周期結(jié)束時(shí)，0100001000為為OFFOFF。0100001000只能在第二個(gè)掃描周期結(jié)束后才能只能在第二個(gè)掃描周期結(jié)束后才能ONON。000002000020000010002000001001當(dāng)當(dāng)SBSB閉合，經(jīng)過(guò)輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期閉合，經(jīng)過(guò)輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期 0000000000的映的映像寄存器像寄存器 ONON

18、。01000 01000 在第一個(gè)掃描周期結(jié)束后就能在第一個(gè)掃描周期結(jié)束后就能ON ON 。如果將梯形圖的第一與第二梯級(jí)交換，如下圖：如果將梯形圖的第一與第二梯級(jí)交換，如下圖：顯然，程序語(yǔ)句的安排對(duì)顯然，程序語(yǔ)句的安排對(duì)I/OI/O響應(yīng)的影響很大響應(yīng)的影響很大 。PLCPLCSBKM1000000000001001010010100001000COMCOMCOMCOMKM23 3、PLCPLC的掃描時(shí)間計(jì)算的掃描時(shí)間計(jì)算1 1 上電后初始處理上電后初始處理2 2 共同處理時(shí)間：共同處理時(shí)間：程序自檢。程序自檢。 Tc=2.6ms Tc=2.6ms3 3 上位鏈接服務(wù)（上位鏈接服務(wù)（處理微機(jī)與處

19、理微機(jī)與PLCPLC的通訊的通訊）Tl Tl Tl = PLC Tl = PLC與微機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)與微機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò) 08ms 08ms 4 4 運(yùn)算處理運(yùn)算處理TP : TP : 執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序 TP= TP= 平均速度平均速度X X指令條數(shù)指令條數(shù) Tl = PLC Tl = PLC與微機(jī)不構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)與微機(jī)不構(gòu)成網(wǎng)絡(luò) 0ms0ms5 I/O5 I/O刷新刷新Tr = Tr = 主機(jī)與近程擴(kuò)展機(jī)主機(jī)與近程擴(kuò)展機(jī)： 輸入輸入 0.07ms/8 0.07ms/8個(gè)個(gè)輸出輸出 0.04ms/80.04ms/8個(gè)個(gè)遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)：以通道數(shù)計(jì)算，擴(kuò)展機(jī)：以通道數(shù)計(jì)算，1.3ms+nX0.2ms6 6 外設(shè)

20、服務(wù)（外設(shè)服務(wù)（裝有外設(shè)時(shí)裝有外設(shè)時(shí)）To To=0.8ms To=0.8ms （T=Tc+Tl+Tp+Tr13ms)T=Tc+Tl+Tp+Tr13ms)To=0.06 To=0.06 T T（T=Tc+Tl+Tp+Tr 13ms)T=Tc+Tl+Tp+Tr 13ms)7 7、共同處理、上位鏈接服務(wù)、外設(shè)服務(wù)、運(yùn)算處理、共同處理、上位鏈接服務(wù)、外設(shè)服務(wù)、運(yùn)算處理、I/OI/O刷新時(shí)間構(gòu)成了刷新時(shí)間構(gòu)成了PLCPLC的掃描時(shí)間的掃描時(shí)間TsTsPLCPLC的掃描時(shí)間的掃描時(shí)間 Ts=Tc+Tl+To+Tp+Tr Ts=Tc+Tl+To+Tp+Tr有關(guān)結(jié)論有關(guān)結(jié)論 1 1、PLCPLC的掃描周期和

21、用戶程序的長(zhǎng)短與系統(tǒng)構(gòu)成有關(guān)，的掃描周期和用戶程序的長(zhǎng)短與系統(tǒng)構(gòu)成有關(guān)，用用戶程序越短、系統(tǒng)構(gòu)成越簡(jiǎn)單，掃描周期越短。戶程序越短、系統(tǒng)構(gòu)成越簡(jiǎn)單，掃描周期越短。 2 2、PLCPLC的掃描周期一般在的掃描周期一般在10ms10ms級(jí)，級(jí)，這樣普通輸入點(diǎn)的信號(hào)這樣普通輸入點(diǎn)的信號(hào)頻率應(yīng)不大于頻率應(yīng)不大于50HZ50HZ（在使用時(shí)一般在（在使用時(shí)一般在10HZ10HZ以下）。以下）。例例 1 1 某某C200HC200H型型PLCPLC系統(tǒng)，由系統(tǒng)，由主機(jī)和遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)主機(jī)和遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)構(gòu)成。主機(jī)上裝有構(gòu)成。主機(jī)上裝有3 3個(gè)個(gè)1616點(diǎn)輸入點(diǎn)輸入模塊，模塊，2 2個(gè)個(gè)1212點(diǎn)輸出點(diǎn)輸出模塊。模塊。遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)上裝有上裝有3 3個(gè)個(gè)1616點(diǎn)輸入模塊，一個(gè)點(diǎn)輸入模塊，一個(gè)1212點(diǎn)輸出點(diǎn)輸出模塊。程序有模塊。程