河南工业大学继续教育学院。
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检查签字：第2章 plc软、硬件组成及工作原理（二）
一、 复习：
plc硬件有哪些部分组成，各自的作用？
二、 引入：
今天我们学习plc软件系统。
三、新课：2.3 plc的软件系统。
2.3.1 系统程序。
系统程序是由plc的制造者采用汇编语言编写的，固化于rom型系统程序存储器中，用于控制plc本身的运行，用户不能更改。
系统程序分为：
1.系统管理程序2.用户指令解释程序3.标准程序模块和系统调用程序
plc的软件系统。
2.3.2 用户程序
用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一控制任务而利用plc的编程语言编制的程序。用户程序是线性地存储在系统程序制定的存储区内。
1．用户环境用户环境是由系统程序生成的，它包括用户数据结构、用户元件区、用户程序存储区、用户参数、文件存储区等。
2．用户程序结构用户程序结构大致可以分为三种：
1）线性程序（2）分块程序（3）结构化程序。
3．用户程序语言 plc的编程语言有多种，其中梯形图、语句表、功能块图是三种基本语言。
2.4 plc的工作原理。
plc的循环扫描工作过程
接线程序控制与存储程序控制输入/输出滞后响应
2.4.1 接线程序控制与存储程序控制
继电接触器控制系统，又称为接线程序控制系统，是通过电器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。
接线程序控制与存储程序控制。
在plc控制系统中，用户根据控制要求编制出相应的控制程序，并写入plc的程序存储器中。系统运行时，plc将程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控对象工作。 这种控制称为存储程序控制。
2.4.2 plc 的循环扫描工作过程。
扫描工作分为 5 个阶段。
plc的循环扫描工作过程
扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通信请求、自诊断检查和写输出等过程，cpu反复不停地分阶段处理上述各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为循环扫描。
执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，plc也在扫描，只不过在一个周期中去除了执行用户程序和读输入、写输出的内容。
plc最主要的工作方式是循环扫描（周期扫描）
plc在运行工作状态，执行如上所述的一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1～100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和cpu的运算速度有很大的关系。用户程序较长时，指令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。
循环扫描工作流程。
plc、接通电源、初始化、硬件检查、正常？异常报警、异常处理、
扫描周期监视、执行用户程序、 程序结束？扫描周期检查、等待、扫描周期计算、 i/o刷新、外设端口服务。
异常。(1) plc扫描工作各环节的功能。
plc上电后，首先检查硬件是否正常。
按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。对输入的数据进行处理， 将结果存入元件映象寄存器。
计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。
母线。 i/o刷新阶段。
外设端口服务。
读输入点的状态并写入输入映像寄存器。
将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。
访问外设端口连接的外部设备。
执行用户程序。
(2) plc执行用户程序的过程。
(3) plc控制的原理。
(4) plc执行用户程序的特点。
① 按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序。
执行程序时所需数据取自于： 输入映像寄存器元件映像寄存器。
输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据：
元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写，输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变。
每个扫描周期i/o刷新阶段集中读入/读出数据。
用户程序的循环扫描过程
1） 输入采样 plc在系统程序控制下，以扫描方式顺序读输入端口的状态（如开关的接通或断开），并写入输入状态寄存器，此时输入状态寄存器被刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变。
输入状态的改变只能在下一个扫描周期输入采样到来时，才能重新读入。
2） 程序执行 plc按照梯形图先左后右、先上后下的顺序，扫描执行每一条用户程序。执行程序时所用的输入变量和输出变量，是在相应的输入状态寄存器和输出状态寄存器中取用，运算的结果写入输出状态寄存器。
3）输出刷新将输出状态寄存器的内容传送给输出端口，驱动输出设备，这才是plc的实际输出。
2.4.3 输入、输出延迟响应。
由于plc采用循环扫描的工作方式，而且对输入/输出信号只在每个扫描周期的固定时间集中输入/输出，所以必然会产生输出信号相对输入信号的滞后现象。
输入/输出滞后响应又称系统响应时间，是指plc的外部输入信号发生变化到它控制的有关外部输出信号发生变化的时间间隔。
它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。
产生i/o滞后现象的原因。
plc的i/o滞后现象。
1） 由于plc采用循环扫描的工作方式。
plc只在每个扫描周期的i/o刷新阶段集中输入/输出，导致输出信号相对输入信号滞后。
2） 输入滤波器对信号的延迟作用。滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。有的plc其输入电路滤波器的时间常数可以调整。——输出on延时。
（3） 输出继电器的动作延迟（继电器输出型plc）。
从输出锁存器on、到输出触点on经历一定时间。
（4） 用户程序的长短及语句编排。要求有较快响应的场合最好不要使用继电器输出型plc。 i/o滞后现象，对慢速控制系统影响不大。
要求快速响应的场合，需要解决i/o速度问题。
输入、输出延迟响应。
输入电路滤波时间，它由rc滤波电路的时间常数决定。改变时间常数可调整输入延迟时间。
plc循环扫描的工作方式。
用户程序中语句的安排。
plc对输入采样、输出刷新的集中处理方式。
输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。继电器输出方式的滞后时间为10ms左右；双向晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后时间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于1ms。
cpu读输入。
输入输出延迟时间——最短响应时间。
输入/输出刷新时间。
最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟时间。
cpu读输入。
输入/输出刷新时间。
最长响应时间=输入延迟时间+两个扫描时间+输出延迟时间。
输入输出延迟时间——最短响应时间。
i/o响应时间的估算。
以20点的继电器输出型cpm1a为例。 设输入on延时为8毫秒。
公共处理和i/o刷新时间为2毫秒、 执行用户程序时间为14毫秒、 输出on延时为15毫秒、输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应、——最小i/o响应时间、输入状态经过两个扫描周期后在输出得到响应、——最大i/o响应时间、 最小i/o响应时间的计算、最小i/o响应时间 = 输入on延时 + 公共处理 + i/o刷新时间） +执行程序时间 + 输出on延时 = 8 + 2 + 14 + 15 = 39 ms
输入触点、输入滤波、输出锁存、输出触点、输入on延时、输出on延时、i/o响应时间。
输入on延时。
最大i/o响应时间
= 输入on延时+ (公共处理+ i/o刷新+执行程序)×2
+ 输出on延时 = 8 +（2 +14）× 2 + 15 = 55 ms。
最大i/o响应时间的计算。
输出on延时。
i/o响应时间。
程序语句安排对i/o响应时间的影响举例。
当sb闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期i/o刷新时 00000的映像寄存器 on。第一个扫描周期结束时，01000为off。01000只能在第二个扫描周期结束后才能on。
当sb闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期 00000的映像寄存器 on。01000 在第一个扫描周期结束后就能on 。
续。如果将梯形图的第一与第二梯级交换，如下图： 显然，程序语句的安排对i/o响应的影响很大 。
2.5 plc的主要指标
1、输入/输出（i/o）点数。
plc上的i/o端子的个数。i/o点数越多，外部可接的输入和输出元器件就越多，控制规模就越大。
2、 存储容量。
这里说的存储容量指的是用户程序存储器的容量。也有的plc用存放用户程序的指令条数来表示容量。
3 、扫描速度。
扫描速度是指plc执行程序的速度，是衡量plc性能的重要指标。
4、 指令的种类和条数。
编程指令的种类和条数是衡量plc软件功能强弱的主要指标。
5 、特殊i/o单元（高级模块或智能模块）
plc不仅能完成开关量的逻辑控制，而且利用特殊i/o单元可完成模拟量控制、运动控制、模糊控制、定位控制、高速中断控制、通信联网等功能。
6 、支持软件。
符合iec1131-3标准的语言，为用户提供方便的编程环境。
2.6 plc的分类
1．按plc的控制规模分类。
小型机控制点一般在256点之内。
中型机控制点一般不大于2048点。
大型机控制点一般多于2048点。
2．按plc的控制性能分类。
高档机、中档机、低档机。
3．按plc的结构分类。
整体式、混合式（叠装式）、组合式（框架式）
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