plc有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行(ruin)狀態(tài)與停止(stop)狀態(tài)（在s7-200中還存在team狀態(tài)）。在運(yùn)行狀態(tài)，plc通過反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使plc的輸出能及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至plc停機(jī)或切換到stop工作狀態(tài)。
小型plc的工作過程有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：一個(gè)是周期性順序掃描，另一個(gè)是集中批處理。
周期性順序掃描是plc特有的工作方式，plc在運(yùn)行過程中，總是處于不斷循環(huán)的順序掃描過程中。由于plc的i/o點(diǎn)數(shù)較多，采用集中批處理的方法，可以簡化操作過程，便于控制，提高系統(tǒng)的可靠性。plc的另一個(gè)主要特點(diǎn)就是對(duì)輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新實(shí)施集中批處理。這同樣是為了提高系統(tǒng)的可靠性。
當(dāng)plc啟動(dòng)后，先進(jìn)行初始化操作，包括對(duì)工作內(nèi)存的初始化、復(fù)位所有的定時(shí)器、將輸入／輸出繼電器清零，檢查i/o單元連接是否完好，如有異常則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。初始化后，plc就進(jìn)入周期掃描過程。
一、掃描工作原理
當(dāng)plc運(yùn)行時(shí)，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但cpu不可能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作，它只能按分時(shí)操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個(gè)操作，按順序逐個(gè)執(zhí)行。由于cpu的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來看，plc外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)（并行）完成的。這種串行工作過程稱為plc的掃描工作方式。
用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時(shí)，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復(fù)始重復(fù)運(yùn)行。
plc的掃描工作方式與電器控制的工作原理明顯不同。電器控制裝置采用硬邏輯的并行工作方式，如果某個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點(diǎn)不論處在控制線路的哪個(gè)位置上，都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作；而plc采用掃描工作方式（串行工作方式），如果某個(gè)軟繼電器的線圈被接通或斷開，其所有的觸點(diǎn)不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該時(shí)才會(huì)動(dòng)作。但由于plc的掃描速度快，通常plc與電器控制裝置在i/o的處理結(jié)果上并沒有什么差別。
二、plc掃描工作過程
plc的掃描工作過程除了執(zhí)行用戶程序外，在每次掃描工作過程中還要完成內(nèi)部處理、通信服務(wù)工作。如圖1所示，整個(gè)掃描工作過程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新五個(gè)階段。整個(gè)過程掃描執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期。掃描周期與cpu運(yùn)行速度、plc硬件配置及用戶程序長短有關(guān)，典型值為1～100ms。
圖1 掃描過程示意圖
在內(nèi)部處理階段，進(jìn)行plc自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對(duì)監(jiān)視定時(shí)器（wdt）復(fù)位以及完成其它一些內(nèi)部處理工作。
在通信服務(wù)階段，plc與其它智能裝置實(shí)現(xiàn)通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。
當(dāng)plc處于停止（stop）狀態(tài)時(shí)，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。當(dāng)plc處于運(yùn)行（run）狀態(tài)時(shí)，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。
plc的掃描工作方式簡單直觀，便于程序的設(shè)計(jì)，并為可靠運(yùn)行提供了保障。當(dāng)plc掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就被后面將要掃描到的指令所利用， 而且還可通過cpu內(nèi)部設(shè)置的監(jiān)視定時(shí)器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時(shí)間，避免由于cpu內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。
三 、plc執(zhí)行程序的過程及特點(diǎn)
plc執(zhí)行程序的過程分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，如圖2所示。
圖2 plc執(zhí)行程序過程示意圖
1．輸入采樣階段
在輸入采樣階段，plc以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時(shí)輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。
2．程序執(zhí)行階段
在程序執(zhí)行階段，plc對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進(jìn)行。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，plc從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對(duì)于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會(huì)隨程序執(zhí)行的過程而變化。
3．輸出刷新階段
當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。在這一階段里，plc將輸出映象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。
因此，plc在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進(jìn)行。當(dāng)plc進(jìn)入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個(gè)掃描周期內(nèi)，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。
在用戶程序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中輸出。
對(duì)于小型plc，其i/o點(diǎn)數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但使plc工作時(shí)大多數(shù)時(shí)間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
而對(duì)于大中型plc，其i/o點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能i/o接口等多種方式。
從上述分析可知，當(dāng)plc的輸入端輸入信號(hào)發(fā)生變化到plc輸出端對(duì)該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為plc輸入／輸出響應(yīng)滯后。對(duì)一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應(yīng)該注意的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由于plc掃描工作方式造成，更主要是plc輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動(dòng)器件的動(dòng)作時(shí)間帶來輸出延遲，同時(shí)還與程序設(shè)計(jì)有關(guān)。滯后時(shí)間是設(shè)計(jì)plc應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意把握的一個(gè)參數(shù)。