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工控的小伙伴應(yīng)該都知道PLC是以循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。但是如果要細(xì)問幾個問題，估計并不是所有的人都能答上來。比如：循環(huán)掃描都有哪些步驟？循環(huán)掃描的過程中，數(shù)字量和模擬量都要進(jìn)入緩存區(qū)嗎？PLC的程序結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？今天這篇文章，我們就來深入討論下PLC的工作原理并回答這幾個問題。  在討論PLC的工作原理之前，我們先來看看PLC的程序結(jié)構(gòu)。 PLC的CPU中有兩類程序：一類是操作系統(tǒng)，它由PLC的廠家設(shè)計并在出廠前固化到CPU中；另一類是用戶程序，它是由編程人員根據(jù)實際需要設(shè)計的、完成特定功能的程序； 操作系統(tǒng)預(yù)留一些接口（Interface）給用戶程序。通過這些接口，操作系統(tǒng)可以控制用戶程序的執(zhí)行。一般有兩種接口：主程序接口和中斷程序接口。 主程序接口是正常情況下用戶程序運行的起點。PLC的這種設(shè)計思想與計算機編程是一樣的。我們知道，在C語言的編程中，程序的運行起始于Main函數(shù)。在Main函數(shù)中，按照從上到下的順序依次執(zhí)行代碼。Main函數(shù)是操作系統(tǒng)執(zhí)行用戶程序的接口。  在西門子S7-300/400系列PLC中，程序的運行起始于組織塊OB1。OB1就相當(dāng)于C語言的Main函數(shù)；在S7-200 smart中，更是直接把OB1稱為Main塊。 如果程序比較復(fù)雜，還可以把一些常用的功能設(shè)計成模塊，以便重復(fù)利用。這些小的模塊稱為子程序。 子程序存在于主程序中，操作系統(tǒng)通過調(diào)用主程序，就能讓子程序也得到運行。在S7-300/400中，子程序包括FB和FC。 除了主程序接口，PLC還提供中斷程序的接口。比如S7-300/400系列PLC的組織塊OB35（循環(huán)中斷）、OB40（硬件中斷）、OB82（診斷中斷）、OB122（IO訪問故障中斷）等等。中斷程序接口中的程序，稱為“中斷處理程序”，中斷處理程序由用戶自己編寫。 PLC在運行的過程中如果檢測到中斷請求，操作系統(tǒng)會暫停當(dāng)前用戶程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而去尋找中斷程序的接口，以執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。以S7-300/400為例：當(dāng)PLC檢測到外圍IO訪問出現(xiàn)故障時，會調(diào)用OB122來進(jìn)行處理。如果此時程序中沒有添加OB122，CPU將會停機；如果添加了OB122但是沒有寫任何代碼（沒有中斷處理程序），CPU將會繼續(xù)運行，但是SF燈會亮起，以提示系統(tǒng)存在故障。 中斷的執(zhí)行是有優(yōu)先級的，優(yōu)先級高的中斷會被優(yōu)先響應(yīng)；中斷也可以嵌套，這也意味著高優(yōu)先級的中斷會打斷低優(yōu)先級的中斷； 從上面描述的主程序接口及中斷程序接口，我們可以看出：操作系統(tǒng)是PLC的大管家，是它控制著用戶程序的執(zhí)行及中斷的響應(yīng)。 其實，PLC的操作系統(tǒng)在執(zhí)行用戶程序之前，還要做一些其它工作，如下圖：  PLC在冷啟動或熱啟動后，會執(zhí)行啟動掃描。在這個步驟中，可以對一些變量進(jìn)行初始化。啟動掃描僅在每次啟動后執(zhí)行一次，在S7-300/400系列PLC中，OB100（暖啟動）、OB101（熱啟動）和OB102（冷啟動）是用于啟動掃描的組織塊。 啟動掃描完成后，PLC進(jìn)入循環(huán)掃描的階段。首先進(jìn)行內(nèi)部檢查，然后將外部的數(shù)字量輸入讀到CPU的輸入緩存區(qū)（input image）。這里要注意，僅讀取數(shù)字量輸入信號，不包括模擬量輸入信號。當(dāng)數(shù)字量輸入信號的狀態(tài)讀取到輸入緩存區(qū)后，便開始執(zhí)行用戶程序。 在用戶程序執(zhí)行的過程中，如果需要數(shù)字量輸入信號，CPU將會從輸入緩存區(qū)中讀取，而不是到外部設(shè)備去獲取信號。但是，如果需要模擬量輸入信號，將會直接到外部模擬量傳感器進(jìn)行讀取。 將數(shù)字量輸入信號讀取到輸入緩存區(qū)中有以下幾個好處：
對于數(shù)字量輸出信號，用戶程序執(zhí)行的結(jié)果被存放在輸出緩存區(qū)（output image）中。當(dāng)用戶程序執(zhí)行完成后，操作系統(tǒng)將存放在輸出緩存區(qū)的運算結(jié)果，刷新到數(shù)字量的輸出模塊中。 對于模擬量的輸出，不存放到輸出緩存區(qū)，而是會在程序執(zhí)行的過程中直接將結(jié)果輸出到外圍設(shè)備中。 好了，關(guān)于PLC的程序結(jié)構(gòu)及PLC的循環(huán)掃描工作原理就先介紹到這里。如果你喜歡這篇文章，可以去官網(wǎng)（www.founderchip.com）下載本文PDF版本。 |
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