可编程序控制器的工作原理1.可编程序控制器的工作过程

可编程序控制器上电后就在系统程序的监控下周而复始地按固定顺序对系统内部各种任务进行查询、判断和执行，这个过程实质上是一个不断循环的顺序扫描过程。一个循环扫描过程称为扫描周期。

可编程序控制器采用周期扫描机制，简化了程序设计，提高了系统的可靠性。具体表现在：在一个扫描周期内，前面执行的任务结果马上就可被后面将要执行的任务所用；可以通过设定一个监视定时器来监视每个扫描周期的时间是否超过规定值来避免某个任务进入死循环而引起的故障。

可编程序控制器中断处理的原理与计算机中断处理的原理也是基本一致的，上面已经进行了讨论。可以看到，中断的处理过程是在每个任务结束后进行的，在每个任务执行的过程中，可编程序控制器对中断是不响应的，这是与计算机的中断响应有所区别的第一点。在用户程序的任务执行过程中，可编程序控制器也需要程序块执行完成后才能执行中断子程序，这是与计算机中立即执行中断子程序的方式有所区别的第二点。中断的优先级处理和输出的区别是与计算机中断处理不同的第三点。产生区别的主要原因是由于可编程序控制器采用循环扫描工作方式，在系统软件的编制过程中，对中断处理采用了与计算机不同的处理方法。因此，在应用时要注意它与计算机的不同点，并在编程时加以注意。

可编程序控制器的输入/输出处理也因可编程序控制器采用循环扫描的工作方式而与计算机的处理方式有所区别，即只有在程序扫描到该变量时，才进行采样，而该变量可能在扫描前的某一时刻已经发生了变化。为了及时得到变量的变化信息，缩短扫描周期是可以采取的一个措施，也可以采用智能输入/输出模块，它有独立的微处理器和存储器，与中央处理单元分别进行处理。

1.4 可编程序控制器的国内外状况及发展趋势

1.4.1 可编程序控制器的国内外状况

可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。1.国外可编程序控制器的发展

执行用户程序任务。用户程序是由用户根据实际应用情况而编制的程序，存放在RAM或EPROM中。可编程序控制器在每个扫描周期都要把用户程序执行一遍，用户程序的执行是按用户程序的实际逻辑关系结构由前向后逐步扫描处理的，并把运行结果装入输出信号状态暂存区中，系统的全部控制功能都在这一任务中实现。

（6）输入/输出任务。可编程序控制器内部开辟了两个暂存区：输入信号状态暂存区和输出信号状态暂存区。用户程序从输入信号状态暂存区中读取输入信号状态，运算处理后将结果放入输出信号状态暂存区中。输入/输出状态暂存区与实际输入/输出单元的信息交换是通过输入/输出任务实现的。输入/输出任务还包括对输入/输出扩展接口的操作，通过输入/输出扩展接口实现主机的输入/输出状态暂存区与简单输入/输出扩展环节中的输入/输出单元或与智能型输入/输出扩展环节中的输入/输出状态暂存区之间的信息交换。可编程序控制器在每个扫描周期都执行该任务

可编程序控制器在一个扫描周期内基本上要执行以下6个任务。

（1）运行监控任务。为了保证系统可靠工作，可编程序控制器内部设置了系统定时计时器WDT（Watch Dog Timer），由它来监视扫描周期是否超时。可编程序控制器在每个扫描周期内都要对WDT进行复位操作，如果不能执行该任务，则WDT的计时会超过设定值，也就是扫描周期超过了规定时间，这表明系统的硬件或用户软件发生了故障。当WDT超时后，它会自动发出故障报警信号，并停止可编程序控制器的运行。WDT的时间设定值一般为扫描周期的2～3倍，通常在l00～200ms之间，很多可编程序控制器可以由用户根据实际应用情况通过硬件或软件来设定。

（2）与编程器交换信息任务。编程器是可编程序控制器的外部设备，它与主机的外部设备接口相连。作为编制、调试用户程序的外部设备，编程器在可编程序控制器的外部设备中占有非常重要的地位，所以在主机的扫描周期中把与编程器交换信息的任务单独列出而不包括在与外部设备信息交换的任务中。编程器是人机交互的设备，用户把应用程序输入到可编程序控制器中，或对应用程序进行在线运行监视和修改都要用到它。这就要求可编程序控制器能与编程器进行信息交换。当可编程序控制器执行到与编程器交换信息任务时，就把系统的控制权交给编程器，并启动信息交换的定时器。在编程器取得控制权后，用户就可以利用它来修改内存中的应用程序对系统的工作状态进行修改，如读微处理器的状态、读或写数字变量和逻辑变量、封锁或开放输入/输出，以及控制微处理器等。编程器在完成处理任务或达到信息交换的规定时间后就把控制权交还给可编程序控制器。在每个扫描周期内都要执行此项任务。

从控制功能来分，可编程序控制器的发展经历了下列4个阶段。

第一阶段从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期，是可编程序控制器的初创阶段。这一阶段的产品主要用于逻辑运算和计时/计数运算，它的CPU由中小规模的数字集成电路组成，它的控制功能较简单。典型产品有MODICON公司的084、ALLEN-BRADLEY公司的PDQII、DEC公司的PDP-14、日本日立公司的SCY-022等。由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此被称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller），缩写为PLC。

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第二阶段从20世纪70年代中期到20世纪70年代末期，是可编程序控制器的扩展阶段，这一阶段产品的主要控制功能得到了较大的发展。例如，扩展了模拟量的运算等功能。它的发展主要来自两方面：从可编程序控制器发展而来的控制器，它的主要功能是逻辑运算，同时扩展了其他运算功能；而从模拟仪表发展而来的控制器，其功能主要是模拟运算，同时扩展了逻辑运算功能。因此，按习惯的分类方法，前者被称为可编程序逻辑控制器，或PLC，后者被称为单回路或多回路控制器。可编程序控制器的名称缩写为PC（Programmable Controller），但为了与个人计算机（Personal Computer）的缩写相区别，通常还是把可编程序控制器简称为PLC。这一阶段的产品有MODICON公司的，西门子公司的SYMATIC S3系列，富士电机公司的SC系列等产品。

第三阶段从20世纪70年代末到20世纪80年代中期，是可编程序控制器通信功能的实现阶段。与计算机通信的发展相联系，可编程序控制器也在通信方面有了很大的发展，初步形成了分布式的通信网络体系，但是由于制造厂商各自为政，通信系统自成系统，因此各产品的互通是较困难的。在该阶段，由于生产过程控制的需要，对可编程序控制器的需求大大增加，产品的功能也得到了发展，数学运算的功能得到了较大扩充，产品的可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SYMATIC S6系列、富士电机公司的MICREX和德州仪器公司的TI530等。