PLC的循环扫描工作过程详解

电子电工经典畅销图书专辑图解PLC 控制系统梯形图和语句表6 由外部输入电路、PLC 输入接线端子和输入继电器组成。

外部输入信号经PLC输入接线端子驱动输入继电器。

一个输入接线端子对应一个等效电路中的一个输入继电器，它可提供任意个动合触点、动断触点，供PLC 内部控制电路编程使用。

输入回路的电源可用PLC 电源部件提供的直流电压，也可由独立的交流电源供电。

内部控制电路是由用户程序形成的，即用软件代替硬件的电路。

其作用是按照程序规定的逻辑关系，对输入、输出信号的状态进行计算、处理和判断，然后得到相应的输出。

用户程序通常采用梯形图编制，梯形图在形式上类似于继电器控制电路图，两者在电路结构及线圈与触点的控制关系上都大致相同，只是梯形图中的元件符号及其含义与继电器控制电路中的元件不同。

输出回路由内部控制电路隔离的输出继电器的外部动合触点、输出接线端子和外部电路组成，用来驱动外部负载。

PLC 内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器除了PLC 内部控制电路提供编程用的动合、动断触点外，还为输出电路提供一个动合触点与输出接线端相连，称为内部硬触点，用以驱动外部负载。

驱动外部负载的电源由外电源提供，PLC 的输出端子上，有输出电源用的公共端（COM ）。

1.2.2 建立I/O 映像区在PLC 存储器内开辟了I/O 映像存储区，用于存放I/O 信号的状态，称为输入映像寄存器和输出映像寄存器，PLC 中的其他编程元件也有相对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。

I/O 映像区的大小由PLC 的系统程序确定。

对于系统的每一个输入点总有输入映像区的某一位与之相对应；对于系统的每一个输出点都有输出映像区的某一位与之相对应。

系统的输入、输出点的编址号与I/O 映像区的映像寄存器地址号相对应。

PLC 工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映像区对应的位上；将运算的结果存放到输出映像区对应的位上。

PLC 在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取用于I/O 映像区，而不直接与外部设备发生关系。

PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。

PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段，全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。

当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。

在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

1．输入处理输入处理也叫输入采样。

2．程序执行根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。

3．输出处理程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，PLC的扫描工作过程如图所示。

（1）输入采样阶段。

在这一阶段中，PLC以扫描方式读入所有输入端子上的输入信号，并将各输入状态存入对应的输入映像寄存器中。

此时，输入映像寄存器被刷断。

在程序执行阶段和输出刷新阶段中，输入映像存储器与外界隔离，其内容保持不变，直至下一个扫描周期的输入扫描阶段，才被重新读入的输入信号刷新。

可见，PLC在执行程序和处理数据时，不直接使用现场当时的输入信号，而使用本次采样时输入到映像区中的数据。

一般来说，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，否则可能造成信号的丢失。

（2）程序执行阶段。

在执行用户程序过程中，PLC按照梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC按从左至右、从上到下的步骤逐个执行程序。

但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序跳转地址。

程序执行过程中，当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从输出映像寄存器“读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态。

plc的工作阶段_plc扫描工作过程
plc采纳循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后挨次存放，CPU从第一条指令开头执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。

PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。

全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。

当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。

在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，始终循环扫描工作。

1．输入处理输入处理也叫输入采样。

在此阶段，挨次读入全部输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。

在此输入映象寄存器被刷新。

接着进入程序执行阶段。

在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。

2．程序执行依据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。

遇到程序跳转指令，依据跳转条件是否满意来打算程序的跳转地址。

从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC 从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，依据用户程序进行规律运算，存入有关器件寄存器中。

对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。

3．输出处理程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出
处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出掌握信号，驱动外部负载。

PLC的循环扫描工作过程各种 PLC 都采用扫描工作方式，具体工作过程大同小异。

下面以欧姆龙公司的小型机CP1为例，介绍PLC的工作过程。

PLC上电后，首先进行初始化，然后进入循环工作过程。

一次循环过程可归纳为五个工作阶段。

一次循环所用的时间称为一个工作周期（或扫描周期），其长短与用户程序的长短以及PLC机本身性能有关，其数量级为ms 级，典型值为几十ms。

（1）公共处理：进行硬件检查、用户程序内存检查和电池异常检查等。

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发出报警或停止PLC运行。

（2）程序执行：在程序执行阶段，CPU按先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行解释、执行，CPU从输入映象寄存器（每个输入继电器对应一个输入映象寄存器，其通/断状态对应1/0）和元件映象寄存器（即与各种内部继电器、输出继电器对应的寄存器）中读出各继电器的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再写入元件映象寄存器中。

（3）扫描周期计算处理：若设定扫描周期为固定值（可由用户在PLC设置中设定），则进入等待循环，直到该固定值到，再往下进行。

若设定扫描周期为不定的（即决定于用户程序的长短等，为不定值），不等待，接着进行扫描周期的计算。

（4）I/O刷新：在此阶段，进行I/O刷新。

输入刷新时，CPU从输入电路中读出各输入点状态，并将此状态写入输入映象寄存器中；输出刷新时，将输出继电器的元件映象寄存器的状态（1/0）传送到输出锁存电路，再经输出电路隔离和功率放大，驱动外部负载。

（5）外围设备服务：包括USB端口通信、串行端口通信、存储盒访问，以及通信单元的链接服务等。

根据上述PLC的工作过程，可以得出从输入端子到输出端子的信号传递过程。

若输入端子外接开关状态有变化，则此变化反映到输入电路的输出端；在I/O刷新阶段，CPU从输入电路的输出端读出各路状态，并将其写入输入映象寄存器；在程序执行阶段， CPU从输入映象寄存器和元件映象寄存器中读出各继电器的状态，并根据此状态执行用户程序，执行结果再写入元件映象寄存器中；在紧接着的下一个I/O刷新阶段，将输出映象寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递到输出端子，从而控制外接器件动作。

简述plc的扫描工作过程和工作原理与其他软器件的数据存储器中读出各软器件的on,off状态，从0步开始进行顺序运算，每次将结果写入数据存储器。

因此，各软器件的数据存储器随着程序的执行逐步改变内容。

而且，输出继电器的内部触点可利用输出数据存储器的内容执行。

3)输出处理所有命令执行结束时，向输出数据存储器传送输出y的数据存储器的on,off状态，这成为plc的实际输出。

除了执行用户程序外，在每次循环过程中，plc还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段(见图)。

plc的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。

在内部处理阶段，plc检查cpu(模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些其它内部工作。

在通信服务阶段，plc 与其它的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。

当plc处于停止(stop)模式时，只执行以上的操作。

plc处于运行(run)模式时，还要完成另外三个阶段的操作。

在plc的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。

plc梯形图中的其他编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。

在输入处理阶段，plc把所有外部输入电路的接通，断开状态读入输入映像寄存器。

外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为l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。

外部输入触点电路断开时，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。

某一编程元件对应的映像寄存器为l状态时，称该编程元件为on，映像寄存器为0状态时，称该编程元件为off。

在程序执行阶段，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能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。

PLC 程序设计中的五个循环扫描工作步骤详解
1 CPU 自检阶段
CPU 自检阶段包括CPU 自诊断测试和复位监视定时器。

在自诊断测试阶段，CPU 检测PLC 各模块的状态，若出现异常立即进行诊断和处理，同时给出故障信号，点亮CPU 面板上的LED 指示灯。

当出现致命错误时，CPU 被强制为STOP 方式，停止执行程序。

CPU 的自诊断测试将有助于及时发现或提前预报系统的故障，提高系统的可靠性。

监视定时器又称看门狗定时器WDT，它是CPU 内部的一个硬件时钟，是为了监视PLC 的每次扫描时间而设置的。

CPU 运行前设定好规定的扫描时间，每个扫描周期都要监视扫描时间是否超过规定值。

这样可以避免由于PLC 在执行程序的过程中进入死循环，或者由于PLC 执行非预定的程序造成系统故障，从而导致系统瘫痪。

如果程序运行正常，则在每次扫描周期的内部处理阶段对WDT 进行复位（清零）。

如果程序运行失常进入死循环，则WDT 得不到按时清零而触发超时溢出，CPU 将给出报警信号或停止工作。

采用WDT 技术也是提高系统可靠性的一个有效措施。

2 通信处理阶段
在通信处理阶段，CPU 检查有无通信任务，如果有则调用相应进程，完。

PLC的循环扫描工作过程详解1.CPU自检阶段CPU自检阶段包括CPU自诊断测试和复位监视定时器。

在自诊断测试阶段，CPU检测PLC各模块的状态，若出现异常立即进行诊断和处理，同时给出故障信号，点亮CPU面板上的LED指示灯。

当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，停止执行程序。

CPU的自诊断测试将有助于及时发现或提前预报系统的故障，提高系统的可靠性。

监视定时器又称看门狗定时器WDT，它是CPU内部的一个硬件时钟，是为了监视PLC的每次扫描时间而设置的。

CPU运行前设定好规定的扫描时间，每个扫描周期都要监视扫描时间是否超过规定值。

这样可以避免由于PLC在执行程序的过程中进入死循环，或者由于PLC 执行非预定的程序造成系统故障，从而导致系统瘫痪。

如果程序运行正常，则在每次扫描周期的内部处理阶段对WDT进行复位（清零）。

如果程序运行失常进入死循环，则WDT得不到按时清零而触发超时溢出，CPU将给出报警信号或停止工作。

采用WDT技术也是提高系统可靠性的一个有效措施。

2.通信处理阶段在通信处理阶段，CPU检查有无通信任务，如果有则调用相应进程，完成与其他设备（例如，带微处理器的智能模块、远程I/O接口、编程器、hmi装置等）的通信处理，并对通信数据做相应处理。

3.读取输入在读取输入阶段，PLC扫描所有输入端子，并将各输入端的通/断状态存入相对应的输入映像寄存器中，刷新输入映像寄存器的值。

此后，输入映像寄存器与外界隔离，无论外设输入情况如何变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。

输入端状态的变化只能在下一个循环扫描周期的读取输入阶段才被拾取。

这样可以保证在一个循环扫描周期内使用相同的输入信号状态。

因此，要注意输入信号的宽度要大于一个扫描周期，否则很可能造成信号的丢失。

4.执行程序阶段可编程控制器的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按顺序排列。

当PLC处于运行模式执行程序时，CPU对用户程序按顺序进行扫描。

PLC的周期循环扫描方式plc主要按扫描方式开展工作，而且是周期扫描方式。

PLC的中央处理器CPU与各外部设备之间的信息交换、用户程序的执行、输入信号的采集、控制量的输出等操作都是按固定的顺序开展的，而且是执行一遍后再执行下一遍，以循环扫描方式开展。

在正常状态下，从某一操作点开始，按顺序扫描各个操作流程，再返回到这一操作点的整个过程称为扫描周期，所用时间称为扫描周期时间。

PLC的扫描周期一般包括系统自检、外部设备服务、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新等六个阶段。

PLC 周期扫描流程框图见图。

1.系统自检阶段PLC的CPU要对系统的有关硬件开展自检。

这类工作中的一部分，上电启动后只开展一次，不进入扫描周期;有的部分要周期循环的开展，归入扫描周期内，作为系统自检阶段。

这阶段的工作还包括对运行监控定时器WDT(Watch Dog Timer)的检查和复位。

WDT监控定时器的功能是，通过时间设定来检测整个扫描周期是否有故障。

首先，由系统或用户对WDT定时器设定一个时间，这个时间与扫描周期时间相对应，略大于扫描周期时间，这个时间称为设定值;WDT定时器还有一个记录当前值的存放器，它从扫描周期开始计时，一个扫描周期开展完毕后，当前值存放器记录的当前值就是这个扫描周期时间。

运行正常时扫描周期时间小于WDT定时器设定值。

在PLC运行的整个过程中，WDT定时器当前值与设定值不断的开展比较。

进入系统自检阶段，标志上一个扫描周期结束，此时检查监控定时器WDT，若WDT定时器当前值小于设定值，则说明运行正常。

在这种情况下，WDT检查后，再对WDT定时器复位，当前值存放器归零，开始下一周期的计时。

若由于某些原因，PLC发生了故障，例如程序进入死循环，执行程序时间必然超时，这样，在WDT当前值比设定值小时，扫描循环周期不会进入系统自检阶段，而最终会出现WDT定时器当前值大于设定值的情况，此时WDT发出警告，再配合其他检测信息，系统判断故障性质，若属偶然因素所至，系统能够自动去除，则复位WDT定时器，循环扫描重新开始;否则，WDT定时器发出故障信号，系统将自动结束执行用户程序，封锁硬件，切断输出，以保障设备和人身安全，并对外发出报警信号，等待处理。

plc扫描工作原理
PLC（可编程逻辑控制器）的扫描工作原理是通过一个连续性的循环来完成的。

下面是PLC扫描的详细过程：
1. 输入采集：在每个扫描周期的开始，PLC会读取所有的输入信号。

这些输入信号通常来自传感器、开关、按钮等外部设备。

PLC会将这些输入信号的状态保存在内存中。

2. 扫描程序执行：PLC内部有一个存储了用户编写的程序的内存区域，称为用户程序区。

PLC按照预定的顺序依次执行用户程序中的指令。

这些指令可以完成逻辑运算、数学计算、比较、控制输出设备等功能。

每次执行一个指令，PLC都会更新它的内存状态。

3. 输出更新：在扫描周期的末尾，PLC会将内存中的输出状态写入输出模块，从而控制连接在PLC上的外部设备。

这些外部设备可以是电机、阀门、指示灯等。

PLC会根据用户程序中的逻辑条件和输出状态来控制这些设备的操作。

4. 循环开始：完成了一次完整的扫描后，PLC会再次进入下一个扫描周期，重复以上所有步骤。

需要注意的是，每个扫描周期的时间是有限的，通常只有几毫秒。

因此，PLC的程序必须设计得足够高效，以确保在一个扫描周期内完成所有的输入采集、指令执行和输出更新操作。

这样才能满足实时控制的要求。