西門(mén)子卡件6ES7414-5HM06-0AB0西門(mén)子卡件6ES7414-5HM06-0AB0

6ES7414-5HM06-0AB0 SIMATIC S7-400H，CPU 414-5H, 中央組件，用于 S7-400H 和 S7-400F， 5 個(gè)接口： 1x MPI/DP,1x DP,1x PN 和 2 個(gè)同步模塊接口， 4 MB 存儲器 （2 MB 數據/2 MB 程序）

1. 掃描與掃描周期

??PLC有兩種工作模式，即RUN/STOP模式，這兩種模式的掃描過(guò)程是不相同的。PLC在STOP模式時(shí)，僅完成內部處理和通信處理工作，而在RUN 工作模式時(shí)，要執行從內部處理到輸出刷新處理五個(gè)階段的工作，用戶(hù)程序執行處理必須在RUN模式下進(jìn)行。

??PLC在RUN 工作模式時(shí)，執行一次從內部處理到輸出處理五個(gè)階段掃描操作所需要的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期，其中，內部處理和通信處理的時(shí)間很短，僅1~4ms左右，掃描時(shí)間主要集中在用戶(hù)程序的執行處理上，因此，很多資料中把一個(gè)掃描周期定義為執行一次用戶(hù)程序三個(gè)階段的時(shí)間。

??個(gè) PLC 的掃描周期長(cháng)短主要和用戶(hù)程序的容量、CPU 的主頻、指令的執行及用戶(hù)程序的結構有關(guān)。用戶(hù)程序容量大，表示其程序步多，執行時(shí)間就要長(cháng)。而指令的執行速度與CPU的主頻有關(guān)，主頻越高，則指令的執行時(shí)間就越短，同樣的程序容量其掃描周期也短。

??掃描周期長(cháng)短還與指令的執行和用戶(hù)程序的結構有關(guān)。對基本指令來(lái)說(shuō)，其ON和OFF 狀態(tài)的執行時(shí)間基本是一致的，但對功能指令來(lái)說(shuō)，執行(ON)和不執行(OFF)的時(shí)間相差很大，例如，加法指令 ADD，如果驅動(dòng)條件斷開(kāi)，指令不執行，其執行時(shí)間僅為0.455μs，而驅動(dòng)條件成立時(shí)，指令功能執行，其執行時(shí)間變成了8.1μs?？梢?jiàn)，PLC的掃描時(shí)間與指令是否被執行有關(guān)。另一方面，PLC的掃描時(shí)間還與程序結構有關(guān)。例如，當程序中含有循環(huán)指令時(shí)，循環(huán)指令中的循環(huán)次數是在當前掃描周期內完成的，這就必定加長(cháng)了本次掃描時(shí)間。又如，當程序中含有轉移指令時(shí)，跳過(guò)去的程序段是不掃描的，這就減少了程序的掃描時(shí)間。含有子程序時(shí)，如果調用子程序，增加了掃描時(shí)間，不調用則不去掃描子程序。由此可見(jiàn)，PLC的掃描時(shí)間是動(dòng)態(tài)變化的，每次掃描的時(shí)間會(huì )不一樣。三菱FX系列PLC有三個(gè)特殊數據寄存器與掃描時(shí)間有關(guān)，用戶(hù)可以通過(guò)查看這三個(gè)寄存器了解程序的掃描時(shí)間，這三個(gè)數據寄存器如下所述。

??D8010：本周期當前掃描時(shí)間。

??D8011：掃描時(shí)間最小值。

??D8012：掃描時(shí)間最大值。

??一般PLC應用程序掃描周期應在100ms以?xún)?。如果掃描周期超過(guò)200ms，這樣的程序不建議采用，但是在程序中下面一些情況會(huì )使程序的掃描周期超過(guò)200ms。

??(1)循環(huán)程序運行時(shí)間過(guò)長(cháng)或死循環(huán)?？撮T(mén)狗最早就是為這類(lèi)程序設計的。

??(2)過(guò)多的中斷服務(wù)程序和過(guò)多的子程序調用會(huì )延長(cháng)程序運行周期。

??(3)當采用定位、凸輪開(kāi)關(guān)、鏈接。在模擬量等較多特殊擴展設備的系統中，PLC會(huì )執行緩沖存儲器的初始化而延長(cháng)運行周期時(shí)間。

??(4)執行多個(gè)FROM/TO指令，傳送多個(gè)緩沖存儲區數據會(huì )使PLC的運行周期延長(cháng)。

??(5)多個(gè)高速計數器同時(shí)對高頻進(jìn)行計數時(shí)，運行周期會(huì )延長(cháng)。

??FX系列PLC的看門(mén)狗設定值為200ms，一旦超過(guò)200ms，看門(mén)狗就會(huì )出錯，然后CPU 出錯，LED燈亮并停止所有輸出。

??在上述情況中，有一些程序是異常的(如死循環(huán))，但大多數控制程序是正常的運行周期時(shí)間較長(cháng)(遠超過(guò) 200ms)的程序。為了使這類(lèi)正常程序能夠正常運行，一般采用了兩種辦法解決。

??一是改變監視定時(shí)器 D8000的設定值。二是利用看門(mén)狗指令 WDT 對監視定時(shí)器不斷刷新，讓其當前值在不到200ms時(shí)復位為0，又重新開(kāi)始計時(shí)，從而達到在分段計時(shí)不超過(guò)200ms 的目的。關(guān)于指令 WDT 的功能及使用可參看拙著(zhù)《三菱FX2N PLC 功能指令應用詳解》一書(shū)12.3.3節。

??2. 掃描對梯形圖程序的影響

??PLC采用循環(huán)掃描工作方式，每個(gè)掃描周期都按順序把每一行梯形圖執行一次，并集中對I/O 進(jìn)行處理。這種方式與繼電控制并行工作方式相比，至少帶來(lái)了兩個(gè)好處。其一是每行梯形圖都進(jìn)行了掃描，保證了控制的實(shí)時(shí)性其二是較好的抗干擾性，因為在一個(gè)掃描周期中，I/O的處理僅占很少時(shí)間(幾毫秒)，大部分時(shí)間在執行用戶(hù)程序，這期間外部信號是不會(huì )采集進(jìn)來(lái)的。

??PLC的工作原理是采用循環(huán)掃描工作方式，在每一個(gè)掃描周期內，對用戶(hù)程序執行分三個(gè)階段：輸入集中采樣、用戶(hù)程序運行和輸出集中刷新。

??在用戶(hù)程序運行階段，PLC總是按由上而下的順序依次掃描用戶(hù)程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，根據邏輯運算的結果，刷新位元件線(xiàn)圈在系統RAM存儲區中或輸出線(xiàn)圈Y在I/O映像區中對應位的狀態(tài);或者確定是否要執行該梯形圖所規定的功能指令。因此在用戶(hù)程序執行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)X在I/O映像區內的狀態(tài)不會(huì )發(fā)生變化，而輸出點(diǎn)Y在I/O映像區和其他位元件在系統RAM存儲區內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，這種變化會(huì )馬上直接影響其下面的梯形圖相泣觸點(diǎn)和數據，但對排在其上面的觸點(diǎn)和數據要等到下一個(gè)掃描周期才會(huì )影響到。

??當掃描用戶(hù)程序結束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新。在此期間，PLC按照I/O映像區內對應的狀態(tài)和數據集中刷新所有的輸出鎖存存儲區，然后傳送到各相應的輸出端子，再經(jīng)輸出電路驅動(dòng)相應的實(shí)際負載。在下一個(gè)掃描周期內，輸出端子的狀態(tài)是不會(huì )變化的，但程序中輸出點(diǎn)Y是在變化的。輸出Y的變化并不馬上送到輸出端口，僅是改變I/O映像區中的狀態(tài)，PLC僅用最后的Y狀態(tài)去刷新輸出鎖存區。初學(xué)者對這種循環(huán)掃描的工作方式一定要理解，它涉及很多PLC梯形圖程序問(wèn)題。圖5.1-1是對循環(huán)掃描工作的圖示說(shuō)明，三個(gè)環(huán)節處理的要點(diǎn)見(jiàn)表5.1-1。

??圖5.1-1 PLC循環(huán)掃描工作原理

??表5.1-1 循環(huán)掃描工作三個(gè)環(huán)節處理

??

PLC采用的循環(huán)掃描工作是一種分時(shí)串行處理方式，與繼電控制系統的并行處理方式是完全不同的。在繼電控制線(xiàn)路中，系統是按并行方式工作的。例如，某個(gè)繼電器通電時(shí)，它的觸點(diǎn)是和線(xiàn)圈通電同時(shí)動(dòng)作的，如果有多個(gè)觸點(diǎn)分配在不同的支路，則在不同支路上的觸點(diǎn)也是和線(xiàn)圈通電同時(shí)動(dòng)作的。也就是說(shuō)，線(xiàn)圈通電和觸點(diǎn)動(dòng)作是同時(shí)發(fā)生的，這就稱(chēng)為并行工作。因此，在繼電控制電氣原理圖上，一條支路所關(guān)心的只是它的邏輯控制條件和控制對象，至于它在電氣原理圖上的位置是沒(méi)有關(guān)系的。一個(gè)啟保?？刂浦房梢苑旁谧钋懊?，也可放在最后面。而PLC循環(huán)掃描工作則不同，它是一種串行方式工作。在程序執行區，PLC 每次僅掃描一個(gè)程序行，然后再掃描下一個(gè)程序行。當一個(gè)程序行掃描到某個(gè)位元件線(xiàn)圈有輸出時(shí)，它的觸點(diǎn)要等掃描到觸點(diǎn)所在行才發(fā)生動(dòng)作。線(xiàn)圈輸出和觸點(diǎn)動(dòng)作發(fā)生了時(shí)間差，這就是串行工作的特點(diǎn)。這種時(shí)間差最大可達到一個(gè)掃描周期，在這個(gè)時(shí)間差中，還不能發(fā)生該位元件狀態(tài)發(fā)生變化的情況，如果發(fā)生，其動(dòng)作就按新的狀態(tài)處理了。下面舉一例給予說(shuō)明。

??圖5.1-2是繼電控制原理圖與梯形圖比較說(shuō)明，圖5.1-2(a)為繼電控制原理圖，當SA 閉合時(shí)，KA1～KA3線(xiàn)圈是同時(shí)動(dòng)作的。而SA控制KA4的支路位置放在哪里都一樣。把繼電控制換成梯形圖，圖5.1-2(b)是一種設計。根據PLC的循環(huán)掃描工作原理，Y1~Y4 均在同一掃描周期里被驅動(dòng)輸出。因此，可以認為，它的效果是與繼電控制一樣的。再看圖5.1-2(c)，把程序行進(jìn)行了調換，當X0為ON時(shí)，線(xiàn)圈Y0輸出，但其觸點(diǎn)在它前面，因此，要等到第2個(gè)掃描才動(dòng)作，驅動(dòng)Y1輸出，同理，Y3要等到第3個(gè)掃描周期才接通，而Y4要等到第4個(gè)掃描周期才接通。經(jīng)過(guò)4個(gè)掃描周期，Y1～Y4才接通，達到和繼電控制線(xiàn)路一樣的效果。而且，在這4個(gè)掃描周期內，X0不能斷開(kāi)，一斷開(kāi)，結果完全不同。

??圖5.1-2 并行處理與串行處理

??通過(guò)分析比較，讀者可以從中理解串行工作與并行工作的不同。另外，也可以看到，采用串行工作的梯形圖程序的運行結果與繼電控制電路并行運行的結果有所區別，如果串行工作所占用的時(shí)間對運行來(lái)說(shuō)可忽略，那么兩者就沒(méi)有區別，如圖 5.1-2(b)所示。更重要的是，這個(gè)例子告訴讀者，用梯形圖程序處理同一問(wèn)題，如果同樣的若干條梯形圖，其排列順序不同，則執行結果會(huì )完全不同。同時(shí)，還給梯形圖設計帶來(lái)了很多麻煩，例如雙線(xiàn)圈問(wèn)題就是。

??這就給梯形圖設計多增加了一層考慮。

??舉這個(gè)例子的目的是告訴廣大從事電工的讀者朋友，當由繼電控制轉向學(xué)習PLC 控制時(shí)，分析方法一定要及時(shí)轉變，從并行轉向串行。不可以總是用繼電控制分析方法(并行)去思考梯形圖的運行(串行)。這樣，很容易鉆牛角尖而影響學(xué)習進(jìn)度。

??3. 對一個(gè)掃描周期的理解

??“一個(gè)掃描周期”經(jīng)常出現在各種資料中，通常的說(shuō)明是執行一次從內部處理到輸出處理的掃描操作所需要的時(shí)間，有的則說(shuō)從程序0行開(kāi)始掃描到END指令所需要的時(shí)間，這兩種說(shuō)法在時(shí)間上前一種說(shuō)法比較完整，后一種說(shuō)法則是針對用戶(hù)程序執行而言。

??“僅接通一個(gè)掃描周期”這也是各種資料中經(jīng)常出現的一種說(shuō)法。在第3章中講到脈沖邊沿操作指令時(shí)，曾經(jīng)指出，脈沖邊沿操作指令是執行僅接通一個(gè)掃描周期功能操作的指令，并在表3.3-8中列出了與脈沖邊沿操作相同的指令類(lèi)型。這類(lèi)指令均為“僅接通一個(gè)掃描周期”的指令。但是，這里接通了一個(gè)掃描周期是指從指令開(kāi)始接通時(shí)的一個(gè)掃描周期。在程序中是指從脈沖邊沿操作指令開(kāi)始到其上一行程序結束，現以圖5.1-3 進(jìn)行說(shuō)明。圖中，X0為脈沖邊沿操作常開(kāi)觸點(diǎn)。如果X0在外電路上接通，不管其接通多長(cháng)時(shí)間，在程序中僅接通一個(gè)掃描周期。這一個(gè)掃描周期指當X0接通后，程序第一次掃描到第8步時(shí)開(kāi)始計算，到END指令又循環(huán)掃描到第2步程序行完成為止。第2次掃描到X0時(shí)，它已呈現斷開(kāi)狀態(tài)(與 X0 實(shí)際接通、斷開(kāi)無(wú)關(guān))。根據上述說(shuō)明，讀者可分析一下，僅當 X0 接通后，程序運行后各個(gè)位元件的狀態(tài)和數據寄存器的內容是多少。

??圖5.1-3 一個(gè)掃描周期說(shuō)明

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