扫描时间的计算

两种梯形图的继电器符号图对照

梯形图（Ladderdiagram）编程语言是一种图形语言,类似于继电器控制线路图的一种编程语言，它面向控制过程，直观易懂，是PLC编程语言中应用最多的一种语言。

物理继电器PLC继电器常开常闭触点线圈(1)名词解释——软继电器

PC的继电器不是物理的电器，它是PC内部的寄存器位，因为它具有与物理继电器相似的功能，常称之为“软继电器”。

PLC每一个继电器都对应着内部的一个寄存器位，该位为“1”态时，相当于继电器接通；为“0”态时，则相当于继电器断开。常闭触点线圈常开触点说明：000000100001000PLC控制00001SB2KMKM继电器控制SB1线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点(2)两种控制的梯形图比较物理继电器继电器需硬接线连接触点个数有限PLC继电器继电器用程序软连接触点个数无限继电器的接线改变——控制功能改变PLC的用户程序改变——控制功能改变(3)两种控制中继电器的区别用PLC控制——外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制——要改变控制电路的实际接线。KMQFUKR

M3~SB1SB2KMKHKM继电器控制接线PLC控制外部接线输入设备PLC~SB1SB2KRKM输出设备欲改变控制功能：主电路相同例如1可编程控制器工作过程特点及主要性能指标当PLC运行时，需要进行众多的操作，而PLC的CPU不可能同时去执行多个操作，每一刻只能执行一个操作。解决的办法：采用分时操作原理扫描工作方式：由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时完成的，这种分时操作的方法称为扫描工作方式。

1.1循环扫描工作方式

PLC采用“顺序扫描、不断循环”工作方式，这个过程可分输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。输入端子输入锁存器输入状态寄存器输出锁存器输出状态寄存器输出端子程序执行读读写输入采样程序执行输出刷新检查CPU等内部硬件，对监视定时器（WDT）复位以及其它工作与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信

按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器对用户程序扫描执行，并将结果存入相应的寄存器将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载

1.2PLC的工作过程分自诊断、与编程器或计算机等通信、输入采样、程序执行和输出刷新五个阶段。00002010000000100002010001.2PLC扫描工作各环节的功能①PLC上电后，首先检查硬件是否正常。②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。③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④I/O刷新阶段⑤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。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②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③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④每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入/读出数据读读读写写执行用户程序I/O刷新I/O刷新I/O刷新I/O刷新0100101000000000000101000输入端子输入电路用户输入设备输入映像寄存器输出电路输出端子元件映像寄存器输出锁存器

用户输出设备从输入端子到输出端子的信号传递过程(3)PC的循环扫描工作过程（信号传递过程）3.PLC控制的原理等效电路图SB1SB2ST公共端公共端输入部分输出端子输入端子用户程序输出部分主电路KMFUKH

M3~Q~KM01000PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM0000100002PLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM~KM线圈通电SB1闭合00000闭合接点闭合KMFUKH

M3~QKM通电KM通电触点闭合电动机转触点闭合PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM~KM线圈断电00001断开接点断开KMFUKH

M3~QKM通电KM断电触点断开电动停转触点断开PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2闭合1.3扫描周期和I/O滞后时间I/O滞后时间又称为系统响应时间，是指PLC外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。PLC在运行工作状态时，执行一次扫描操作所需要的时间称为扫描周期。其典型值为1-100ms。1.产生I/O滞后现象的原因（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。2.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=39ms输入触点输入滤波输出锁存输出触点刷新执行程序其他刷新执行程序其他扫描周期(Ts)扫描周期(Ts)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=55ms。最大I/O响应时间的计算输入触点输入滤波输出锁存输出ON延时输出触点I/O响应时间刷新执行程序其他刷新执行程序其他扫描周期(Ts)扫描周期(Ts)刷新执行程序其他扫描周期(Ts)程序语句安排对I/O响应时间的影响举例200000000001000200002000001001PLC~SBKM1000000100101000COMCOMKM2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。000002000020000010002000001001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。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。PLC~SBKM1000000100101000COMCOMKM23、PLC的扫描时间计算1上电后初始处理2共同处理时间：程序自检。Tc=2.6ms3上位链接服务（处理微机与PLC的通讯）TlTl=PLC与微机构成网络0—8ms4运算处理TP:执行用户程序

TP=平均速度X指令条数Tl=PLC与微机不构成网络0ms5I/O刷新Tr=主机与近程扩展机：输入0.07ms/8个输出0.04ms/8个远程扩展机：以通道数计算，1.3ms+nX0.2ms6外设服务（装有外设时）To

To=0.8ms（T=Tc+Tl+Tp+Tr≤13ms)To=0.06×T（T=Tc+Tl+Tp+Tr>13ms)7、共同处理、上位链接服务、外设服务、运算处理、I/O刷新时间构成了PLC的扫描时间TsPLC的扫描时间Ts=Tc+Tl+To+Tp+Tr有关结论1、PLC的扫描周期和用户程序的长短与系统构成有关，用户程序越短、系统构成越简单，扫描周期越短。2、PLC的扫描周期一般在10ms级，这样普通输入点的信号频率应不大于50HZ（在使用时一般在10HZ以下）。例1某C200H型PLC系统，由主机和远程扩展机构成。主机上装有3个16点输入模块，2个12点输出模块。远程扩展机上装有3个16点输入模块，一个12点输出模块。程序有5000条指令，假定程序中使用的指令均为基本指令，平均执行时间为0.94PS。

试计算不与微机构成网络且不带编程器时的扫描时间。解：共同处理时间Tc=2.6m。因不与微机构成网络，故上位链接服务时间Tl=0。因不带外设，所以外设服务时间To=0。

运算处理时Tp＝0.94×5000＝4.7×103