PLC中輸出滯后輸入現(xiàn)象研究

　　摘 要：可編程控制器(PLC)是一種新型的通用自動(dòng)控制裝置，具有功能強(qiáng)、使用靈活、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是：工作速度較計(jì)算機(jī)慢，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)有滯后現(xiàn)象；使用中、高檔PLC，要求使用者具有相當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)知識(shí)。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，分析和研究PLC輸入／輸出響應(yīng)的滯后原因非常重要。?
　　關(guān)鍵詞：PLC；輸入／輸出響應(yīng)；滯后；梯形圖?
　　
　　1 PLC中輸出滯后輸入現(xiàn)象導(dǎo)致的結(jié)果?
　　
　　在繼電器控制線路中，個(gè)個(gè)并聯(lián)電路是同時(shí)加電壓，并行工作的，由于實(shí)際元件動(dòng)作的機(jī)械慣性，可能會(huì)發(fā)生觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。在梯形圖中，各個(gè)編程元件的動(dòng)作順序是按掃描順序依次執(zhí)行的，或者說(shuō)是按串行的方式工作的，在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，是自上而下，從左到右，串行掃描，不會(huì)發(fā)生觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。?
　　表面上看起來(lái)完全一樣的繼電器控制線路圖與梯形圖，它們產(chǎn)生的效果可能不完全一樣，甚至某些作用完全相反。圖1-1及圖1-2給出了兩組結(jié)構(gòu)上完全一樣的繼電器控制線路圖與梯形圖，控制目的都是為了實(shí)現(xiàn)“當(dāng)X0動(dòng)作后X1動(dòng)作，使Y2自保持,使Y0復(fù)位”的功能。

 ?
　　在圖（a）中，當(dāng)X0動(dòng)作后，Y0得電并自保持，且為Y2接通、自保持創(chuàng)造了條件。接著X1動(dòng)作，使Y1得電，Y1的動(dòng)斷點(diǎn)先切斷Y0，結(jié)果使Y0 復(fù)位的目的實(shí)現(xiàn)了，但使Y2總不能得電。在圖（b）中，當(dāng)X0動(dòng)作后，Y0“得電”并自保持，在X1動(dòng)作后， Y1“得電”。所以，在當(dāng)前掃描周期內(nèi)，當(dāng)程序掃描到下面的Y0 、Y1動(dòng)合觸點(diǎn)時(shí)，因其線圈此時(shí)均已“得電”，它們均處于接通狀態(tài)。這樣，Y2能“得電”且自保持。待到下個(gè)掃描周期時(shí)，Y0 被復(fù)位，達(dá)到了控制目的。?

    
　　在圖（a）中，當(dāng)X0,X1相繼動(dòng)作后，由于Y3,Y4的動(dòng)作慣性，使Y0在Y2得電且自保持后被復(fù)位，達(dá)到了控制目的。在圖（b）中，在X1未動(dòng)作時(shí)，Y1,Y3,Y4均“得電”.在X0動(dòng)作后，Y0“得電”自保持，待掃描到Y(jié)2，Y2不能“得電”。即使X0動(dòng)作后X1馬上動(dòng)作，順序掃描又會(huì)使Y0復(fù)位。結(jié)果，Y2仍不能得電。
　　2 分析輸出響應(yīng)對(duì)輸入響應(yīng)的滯后現(xiàn)象的原因?
　　
　　2.1 PLC程序執(zhí)行過(guò)程?
　　PLC對(duì)用戶程序的執(zhí)行過(guò)程是以微處理器的周期性順序循環(huán)掃描的工作方式進(jìn)行的。PLC投入運(yùn)行后，便進(jìn)入程序執(zhí)行過(guò)程，它分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。PLC開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先清除輸入輸出狀態(tài)寄存器原來(lái)的內(nèi)容，然后進(jìn)行自診斷，自檢CPU及I/O組件，確認(rèn)工作正常后開(kāi)始循環(huán)掃描。PLC的每一個(gè)掃描過(guò)程可用圖1表示。? 
 
　　(1)輸入映像寄存器中的數(shù)據(jù)，是在輸入采樣階段掃描到的輸入信號(hào)的狀態(tài)集中寫(xiě)進(jìn)去的，在本掃描周期中，它不隨外部輸入信號(hào)的變化而變化。?
　　(2)輸出映像寄存器（它包含在元件寄存器中）的狀態(tài)，是由用戶程序中輸出指令的執(zhí)行結(jié)果來(lái)決定。?
　　(3)輸出寄存器中的數(shù)據(jù)是在輸出刷新階段，從輸出映像寄存器中集中寫(xiě)進(jìn)去的。?
　　(4)輸出端子的輸出狀態(tài)，是由輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)決定的。?
　　(5)執(zhí)行用戶程序時(shí)所需的輸入、輸出狀態(tài)，是從輸入映像寄存器和輸出映像寄存器中讀出的。?
　　2.2 PLC輸入／輸出響應(yīng)的滯后現(xiàn)象?
　　在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)中，最顯著的不足之處是輸入／輸出有響應(yīng)滯后現(xiàn)象。從PLC的輸入端有一個(gè)輸入信號(hào)發(fā)生變化到PLC的輸出端對(duì)該輸入變化做出反應(yīng)，需要一段時(shí)間，這段時(shí)間稱(chēng)為響應(yīng)時(shí)間或滯后時(shí)間。?
　　（1）執(zhí)行程序按工作周期進(jìn)行，每一工作周期又分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段。例如圖2所給出的PLC梯形圖及其程序執(zhí)行過(guò)程中各映像寄存器及輸出端狀態(tài)表(表1)，現(xiàn)分析如下：?
　　根據(jù)執(zhí)行程序的三個(gè)階段，可將X0映像寄存器，Y2、Y0、Y1映像寄存器及其輸出端的狀態(tài)填入表1中?，F(xiàn)分析如下：?

 
　　在第一周期中，因?yàn)樵谳斎氩蓸与A段，X0為OFF，則輸入映像寄存器中的X0為OFF狀態(tài)，所以Y2、Y0以及Y1線圈均為OFF狀態(tài)。?
　　在第二周期中，PLC掃描對(duì)梯形圖是自上而下，從左到右進(jìn)行的。當(dāng)掃描到Y(jié)0-1接點(diǎn)時(shí)，由于Y0在上一周期中為OFF狀態(tài)，則Y0-1接點(diǎn)仍為OFF，因而Y2也仍為OFF。當(dāng)掃描到X0接點(diǎn)支路時(shí)，在輸入映像寄存器中的X0已為ON狀態(tài)，因而Y0線圈為ON狀態(tài)。這時(shí)Y0-2接點(diǎn)為ON狀態(tài)，當(dāng)掃描到該支路時(shí)，Y1線圈為ON狀態(tài)，但它對(duì)X0來(lái)說(shuō)，已滯后了一個(gè)工作周期。在此周期中，由于Y0線圈為ON狀態(tài)，則Y0-1接點(diǎn)在輸出刷新階段也應(yīng)為ON狀態(tài)。?
　　在第三周期中，掃描仍是自上而下，從左到右進(jìn)行的。由于Y0-1接點(diǎn)在元素映像寄存器中的狀態(tài)已為ON，因此，在程序執(zhí)行階段，當(dāng)掃描進(jìn)行到該支路時(shí)，Y2為ON狀態(tài)，但這時(shí)它對(duì)X0而言，已滯后了兩個(gè)工作周期。?
　　由上述分析可知，Y0線圈和Y1線圈的接通，要滯后X0接點(diǎn)接通一個(gè)工作周期。Y2線圈的接通，要滯后X0接點(diǎn)接通兩個(gè)工作周期。?
　?。?）產(chǎn)生輸入／輸出響應(yīng)滯后的其它原因。?
　　除此之外，還有輸入濾波器電路的滯后作用、輸出繼電器的機(jī)械滯后作用等影響時(shí)間的快慢。?
　　
　　3 結(jié)論?
　　
　?。?）PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，在執(zhí)行程序時(shí)，即使是和繼電器控制線路圖相一致的梯形圖也有可能導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果不同。?
　　（2）在掃描周期中由于輸入信號(hào)只在輸入階段讀入，在程序執(zhí)行階段，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)表的內(nèi)容也不會(huì)改變，所以在本次循環(huán)不能得到響應(yīng)，這就是PLC的輸入／輸出響應(yīng)的滯后現(xiàn)象。最大滯后時(shí)間為2～3個(gè)周期，具體與編程方法有關(guān)。但這種滯后響應(yīng)，在一般工業(yè)控制系統(tǒng)是完全允許的。某些需要輸入輸出快速的場(chǎng)合，可以采用快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊以及中斷處理等措施來(lái)盡量減少滯后時(shí)間。?