（临沧）中国西门子PLC模块代理商

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PLC循环扫描工作过程

 PLC采用循环扫描工作方式，其工作过程如图1-30所示。PLC通电后，有两种基本的工作状态，即运行(RUN)状态与停止(STOP)状态。在运行状态，PLC的工程序执行内部处理，输出处理，输入处理，通信服务作过程分为内部处理、通信服务、输入处理、程序执行和输出处理5个阶段。在停止状态，PLC只进行内部处理和通信服务。

  图1-30 PLC采用循环扫描工作

  ①内部处理阶段在内部处理阶段，PLC复位监控定时器，运行自诊断程序(进行硬件检查、用户内存检查等)。检查正常后，方可进行下面的操作。如果有异常情况，则根据错误的严重程度报警或停止PLC运行。

  ②通信服务阶段通信服务阶段又叫通信处理阶段、通信操作阶段或外设通信阶段。在此阶段，PLC与带微处理器的外部智能装置进行通信，响应编程工具键入的命令，更新编程工具的显示内容。

  当PLC处于停止状态时，只执行以上两个阶段的操作;当PLC处于运行状态时，还要完成以下三个阶段的操作。

  ③输入处理阶段输入处理阶段又叫输入采样阶段、输入刷新阶段或输入更新阶段。在此阶段，PLC中的CPU把所有外部输入电路的接通/断开(ON/OFF)状态通过输入接口电路读入输入映像寄存器(此时输入映像寄存器的状态被刷新)，接着进入程序执行阶段。在输入处理阶段，如果外接的输入触点电路接通，对应的输入映像寄存器为“1”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开如果外接的输入触点电路断开，对应的输入映像寄存器为“0”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。在输入处理阶段完成后，输入映像寄存器与外界隔离，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变。输入信号变化了的状态只有等到下一个扫描周期的输入处理阶段到来时才能通过CPU送入输入映像寄存器中，这种输入工作方式称为集中输入工作方式。

  ④程序执行阶段PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，则从条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处;然后，进入输出处理阶段。在程序执行阶段，CPU对程序按从左到右、先上后下的顺序对每条指令进行解释、执行，则从输入映像寄存器、输出映像寄存器和元件映像寄存器中将有关编程元件的“0”“1”(“OFF”“ON”)状态读出来，并根据用户程序给出的逻辑关系进行相应的逻辑运算，运算的结果再写入到对应的输出映像寄存器和元件映像寄存器中。因此，各编程元件的映像寄存器(输入映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。

  ⑤输出处理阶段输出处理阶段又叫输出刷新阶段或输出更新阶段。在此阶段，则将输出映像寄存器的“0”“1”状态传送到输出锁存器，然后经输出接口电路和输出端子再传送到外部负载。在梯形图中，如果某一输出继电器的线圈“通电”，对应的输出映像寄存器为“1”状态，相应的输出锁存器也为“1”状态。信号经输出接口电路的隔离和功率放大后(继电器型输出接口电路中对应的硬件继电器的线圈通电、其常开触点闭合)，驱动外部负载通电工作;反之，外部负载断电，停止工作。在输出处理阶段完成后，输出锁存器的状态不变，即使输出映像寄存器的状态发生了变化，输出锁存器的状态也不会随之改变。输出映像寄存器变化了的状态只有等到下一个扫描周期的输出处理阶段到来时才能通过CPU送入输出锁存器中，这种输出工作方式称为集中输出工作方式。

  根据PLC的上述循环扫描工作过程，可以得出从输入端子到输出端子的信号传递过程，如图1-31所示。

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 在PLC控制系统输出中，开关量输出信号占的比重Zui大，如各种继电器/接触器、电磁阀/电磁铁的线圈输出、指示灯输出等。当负载较小时，一般都可用PLC的输出直接驱动，但对大电流负载需要经中间继电器进行转换，用中间继电器的触点进行驱动。

  为了提高系统的抗干扰能力与工作可靠性，在PLC输出接口电路中，通常也都采用光电隔离的措施，同时还设计有各种滤波电路，以消除干扰。PLC的输出连接通常采用接线端子的形式。

  PLC输出负载的电源原则上都需要外部提供，根据负载电源的类型与实际需要的驱动电流大小，可以选择不同类型的PLC输出形式。

  PLC输出电路的形式多种多样，各PLC生产厂家的产品、同一生产厂家的不同型号PLC甚至是同一型号PLC的不同模块，在内部具体电路的设计上可能都不尽相同，但基本工作原理与要求相同。

  从PLC的输出驱动形式上来说，主要有继电器触点输出、晶体管(或场效应晶体管)输出与双向晶闸管输出三种类型。

  继电器触点输出为交/直流通用驱动方式，输出驱动能力强(一般可以到2~10A)，使用较灵活，在实际应用中使用较普遍。但对在驱动DC12V或3mA以下的小电流、低电压负载时，触点接触性能将影响到输出的可靠性，宜采用直流晶体管输出。此外，当PLC驱动开关频率高的感性负载时，出于对触点使用寿命的考虑，宜采用双向晶闸管输出。

  晶体管输出主要用于直流执行元件的驱动，特别是PLC需要与系统中的其他控制装置进行电子信号连接时，晶体管输出可以大大减少输出延迟时间，提高信号处理速度与可靠性。

  双向晶闸管输出一般用于开关频率高、存在感性的交流执行元件的驱动，与继电器触点输出相比，它可以减少输出延迟时间，延长使用寿命。

  三种形式对外部电路的设计要求不同。

  (1)继电器触点输出。继电器触点输出是PLC常用的输出形式。其主要优点是使用灵活，既可以用于驱动交流负载，也可以驱动直流负载；允许负载电压一般为AC250V/DC50V、电流2A以下。但在SiemensS7系列PLC中、负载电流Zui大可到10A，容量可达80~1000VA(取决于负载性质)。

  但是，继电器触点输出有使用寿命的限制(数十万次)，当开关频率高、负荷重或承受冲击电流时，触点寿命将显著降低。因此，通常不宜用来直接驱动电磁阀、制动器等大电流负载。此外，继电器输出受接触性能与响应时间(一般需要10ms左右)等方面的限制，不宜用于DCL2V或3mA以下的小电流、低电压的负载或高速输出。

  继电器触点输出的连接方式常用的有两种：一是每一输出点的触点均独立输出，即输出触点间完全隔离，无公共端；二是输出触点一端独立，另一端由若干输出接点共用(见图5-17)，公共端为L。

  图5-17 触点输出与外部的连接

  继电器触点输出与外部的连接较自由，对电压的类型、极性无特殊要求，即使对于使用公共端的输出也只需“统一”即可。

  当连接感性负载时，为了延长触点使用寿命，对于直流驱动，通常应在负载两端加过电压抑制(续流)二极管；对于交流驱动，应在负载两端加RC抑制器。

  (2)晶体管输出。晶体管输出的主要优点是响应时间快(一般在0.2ms以下)，使用寿命长。当PLC需要与系统其他控制装置进行电子线路连接时，采用品体管输出可以显著损高处理速度

  晶体管输出可以分NPN集电极开路输出与PNP集电极开路输出两种形式，分别如图5-18所示，这两种输出形式与外部的连接和继电器触点输出(见图5-17)基本相同，但要注意公共端的连接要求。

  由图5-18可见，两种晶体管输出形式公共端的连接区别在于：NPN集电极开路输出以OV作为输出公共端；PNP集电极开路输出以24V作为输出公共端。在S7系列PLC中，一般采用场效应品体管作为驱动元件，其连接方式与PNP集电极开路输出相同，其输出额定电流Zui大可达到5A。

  晶体管的驱动能力一般要小于继电器触点输出，允许负载电压一般为DC5~30V，允许的负载电流为0.2~0.5A。当晶体管输出用于驱动感性负载时，为了防止过电压冲击，应在负载两端加过电压抑制(续流)二极管，但在这种情况下应特别注意二极管的极性，防止极性错误引起的输出短路。

  (3)双向晶闸管输出。双向晶闸管输出用于驱动交流负载，可以使交流电路实现“无触点通/断”，解决继电器触点的使用寿命问题。此外，双向品闸管输出的响应速度也比继电器触点输出的要高得多。

  双向晶闸管输出一般采用公共端连接的形式，每4～8点为一组，晶闸管的触发电路与PLC内部电路间采用光电耦合器件隔离。双向晶闸管输出驱动能力一般要小于继电器触点输出，允许负载电压一般为AC85~242V；单点输出电流在0.2~0.5A，当多点共用公共端时，每点的输出电流应相应减小(如单点驱动能力为0.3A的双向晶闸管输出，在4点共用公共端时，Zui大允许输出为0.8A/4点)。

  图5-18 晶体管输出与外部的连接

  晶闸管的两端通常并联有RC过电压抑制器(通常为0.015μF/22Ω左右)，因此，与继电器触点输出不同，它在PLC输出OFF时，仍然有1~2mA的开路漏电流，所以对于小型继电器与微电流负载，可能会产生无法关断的现象。