PLC的响应时间

    由于采用了扫描工作方式，所以当PLC输入端有一个输入信号发生变化到输出端对该输入变化作出反应需要一段时间，这段时间就称为PLC的响应时间或滞后时间，这段时间往往较长，但是对于一般的工业控制，这种滞后是允许的。响应时间的大小与如下因素有关：

    ①输入电路的时间常数；

    ②输出电路的时间常数；

    ③用户语句的安排和指令的使用；

    ④PLC的循环扫描方式；

    ⑤PLC对I/O的刷新方式。其中，前3个因素可以通过选择不同的模块和合理编制程序得到改善。

    由于PLC是循环扫描工作方式，因此响应时间与收到输入信号的时刻有关，在此给出最短和最长响应时间。

   1)最短响应时间

    如果，n-1个扫描周期刚结束时，收到一个输入信号，则第n个扫描周期一开始就被采样，使输出更新，这时响应时间更短，如图3-6所示。如果考虑到输入电路造成的延迟和输出电路造成的延迟，最短响应时间可以用下式表示：

    最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟

    图3-6    最短响应时间

   2)最长响应时间

    如果在第n个扫描刚执行完输入刷新后，输入发生了变化，在该扫描周期内这个信号不会发生作用，要到n+1个扫描周期的输入刷新阶段才能采样到输入变化，在输出刷新阶段输出作出反应，这时响应时间最长，可用下式表示：

    最长响应时间=输入延迟时间+两个扫描周期+输出延迟时间

    从图3-7可以看出，对输入信号的持续时间也有一定要求，如果输入信号的持续时间不能大于一个扫描周期（所谓窄脉冲），则输入就不能确保被采样，也就不能被响应。

    图3-7    最长响应时间

    在PLC中读输入和输出刷新时间基本固定不变，且占扫描周期的份额较小，扫描周期的长短主要由用户程序执行的时间决定。用户程序执行时间取决于用户程序量和CPU的运算速度。通常情况下，PLC的扫描周期小于100ms，从控制的角度，这个时间还是可以接受的。

   PLC为什么要采用统一输入采样、用户程序执行、输出统一刷新这种循环扫描工作呢？

    最初研制生产PLC的目的是为了代替传统的由继电器、接触器构成的控制装置，而继电器控制装置采用硬逻辑并行运行方式，如果一个继电器的线圈通电或断电，则该继电器所有的触点（包括常开和常闭触点）在继电器控制电路中都会同时动作，发挥控制作用。继电器控制电路的并行工作方式，也可以理解为控制装置随时根据所有输入条件/状态或其他条件/状态，由控制电路作出判断，随时产生输出。

    而PLC是计算机控制装置，计算机的根本特征是串行工作的，即每一时刻只能做一件事情，因此为了模拟传统的继电器控制装置的工作特点，以梯形图方式编程，只能统一采样同一时刻的输入状态，然后执行用户程序、进行逻辑运算，最后统一刷新所有输出，这样的扫描过程循环不断地始终进行。如果PLC的扫描过程足够短(＜100ms)，接近继电器的动作时间延迟，则PLC与继电器控制装置的处理结果就没有什么区别了。

    事实上PLC在一个扫描周期内除了完成前述的三个阶段工作外，还要做一些辅助工作，如内部诊断、通信等工作。

    顺序扫描工作方式简单直观，便于程序设计和PLC自身的检查。因为在扫描完成后，其结果马上会被紧随其后的扫描所利用；一般在PLC内设置有监视定时器，用来监视每次扫描的时间是否超出规定值，避免由于PLC内部的CPU故障使程序进入死循环。

    扫描顺序可以是固定的，也可以是可变的。一般小型PLC采用固定的扫描顺序，大中型PLC采用可变的扫描顺序。这是因为大中型PLC扫描的点数多，每次扫描只对需要扫描的点进行扫描，可以减少扫描的点数，缩短扫描周期，提高实时控制中的响应速度。

   PLC的工作过程如下：

    大中型PLC，如欧姆龙C200HX/HG/HE可编程控制器的扫描工作过程如图3-8所示。

    图3-8    PLC的扫描工作过程

    只要PLC一通电，就立即执行最初的三个操作。剩下的各个操作以扫描的形式执行，在一个扫描周期中包含9个基本操作：

   (1)监督检查(需要0.7ms)；

   (2)执行程序（需要的时间随执行指令时间的长短确定）；

   (3)计算扫描周期（执行时间可以忽略）；

   (4) I/O刷新（需要的时间随点数不同而不同）；

   (5)上位机链接单元服务(最多需要0.6ms)；

   (6) RS-232C端口服务(不连接设备时0ms，连接设备时最小0.26ms)；

   (7)外围设备服务(不连接设备时0ms，连接设备时最小0.26ms)；

   (8)通信板服务（需要时间0.5ms+每个端口处理时间）；

   (9) SYSMAC link和SYSMAC NET服务（不安装通信单元0ms，安装时取决于通信单元数）。

    实际上整个扫描周期分为：自监视扫描阶段、与网络通信扫描阶段、用户程序扫描阶段和I/O刷新扫描阶段。

    在自监视扫描阶段，PLC进行自我监视或自我诊断，这个主要是有监视定时器WDT(Watch Dog Timer)完成的。若是由于故障或用户程序太长不及时WDT复位，WDT就会停止PLC运行并报警。

    只有配有网络的PLC系统中，才有通信扫描阶段，在这一阶段，PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间进行信息交换。

    在用户程序扫描阶段，对于用户程序存储器所存的指令，PLC从输入状态暂存区中取出输入端状态，从第一条程序开始执行，并且将每一步的执行结果送入输出暂存区。

    在I/O刷新阶段，CPU将输入的状态读入输入暂存区、将输出暂存区的状态写入输出状态锁存器。

    采用这样的扫描过程具有如下的特点：

   (1)输入刷新阶段，将输入端子的状态存入输入暂存区，暂存区的数据取决于输入刷新阶段各个实际输入点的通/断状态。在用户程序执行阶段，输入状态暂存区的数据不再随输入的变化而变化。

   (2)在用户程序执行阶段，输出状态暂存区的内容随程序执行的结果不同而随时改变，但是输出状态锁存器的内容不变。

   (3)在输出刷新阶段，将用户程序执行阶段的最终结果由输出状态暂存区一起传递到输出状态锁存器。输出端子的状态由输出状态锁存器决定。

    对于需要快速作出反应的控制要求，一定要考虑PLC的响应时间，若是PLC的响应速度不够，则可以采用特殊的PLC模块以弥补PLC速度慢的缺点。

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