PLC程序执行时序对控制结果的影响

傅继军

【摘 要】PLC is a computer control systems of industrial site based on software and hardware.After knowing processing technology and control requirements,the characteristics must be taken into account when

designing system program to coordinate hardware,distribute PLC software and make the control system work correctly.The significance of arranging PLC program execution sequence is illustrated through elevator control program.%可编程序逻辑控制器PLC是一种基于软件和硬件控制的工业现场计算机控制系统。在了解生产工艺和控制要求的基础上,设计系统程序时必须充分考虑到硬件的特性,编制出与硬件协调配合的程序,合理分配PLC软件程序执行时序,使控制系统能精确、稳定、快速工作。反之,则会出现一些意外故障,造成控制系统误动作。通过PLC控制电梯的部分梯形图程序来说明合理安排PLC程序执行顺序的重要性。

【期刊名称】《兰州石化职业技术学院学报》 【年(卷),期】2011(011)003 【总页数】3页(P23-25)

【关键词】PLC;扫描周期;时序;响应滞后;电梯控制程序 【作 者】傅继军

【作者单位】兰州石化职业技术学院电子电气工程系,甘肃兰州730060

【正文语种】中 文 【中图分类】TM571.6

可编程控制器(PLC)是一种工业现场应用广泛的通用自动控制装置，具有可靠性高、功能强、使用灵活方便、环境适应性好、编程简单等优点，但其缺点是由于输出对输入的响应有滞后现象，使PLC工作建速变慢，在使用中若不注意软件与硬件的配合，不注意梯形图程序的编排顺序、PLC在现场运行时就会带来问题，表面上正确的梯形图其实内含着隐患与危险，在条件具备时就会产生误动作，造成生产事故。因此，在设计PLC控制系统时，分析和研究PLC输入、输出响应的滞后原因及PLC软件程序执行时序是非常重要的。

PLC工作的过程是采用不断循环的顺序扫描技术，也就是说PLC投入运行后就开始进行扫描，先对输入信号进行扫描，扫描的结果放入输入信号数据寄存器，然后再对程序进行处理，接着再对输出信号进行扫描，扫描完后把结果写入输出数据寄存器进行输出处理，完成上述三个阶段称作一个扫描周期T，一般一个扫描周期在10～100ms之间［1］。

T=(读入1个点时间×输入点数)+(运算速度×程序步数)+(输出1个点时间×输出点数)+内部处理时间

显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短，程序的越长，扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新，在扫描周期中输入信号只在输入阶段读入，而在程序执行阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变，所以在本次循环不能得到响应，故使系统存在输人、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，PLC的输入/输出响应滞后，对一般的工业控制要求，是完全允许的。但是，对于

控制时间要求严格、响应速度要求较快的系统，就要采取措施减小输入、输出滞后的不利影响［2］。 1 问题发现

在一次调试电梯的控制程序时，发现电梯运行有一种不正常现象，当电梯在2楼停靠待命，分别选择了3层的内指令和1层的内指令，电梯先响应3层的内指令信号，选择上方向启动运行，当电梯运行到3楼层时，应执行内指令选层停车开门，但电梯只执行了换速，还未进行平层开门，电梯就选择的是下行到1楼，才平层停靠开门，出现了故障运行。 2 问题分析

电梯为什么不在3楼停靠开门?在排除了PLC外围开关元件故障的可能性后，又开始怀疑控制程序有错，在对控制程序排查了几遍后，程序的控制逻辑均未发现问题，深入分析后得出故障原因在于PLC软件程序执行时序，控制程序需要优化及合理安排。

下面给出三菱FX2NPLC机a、b两个程序梯形图(图1)和PLC软件程序执行过程时序图(图2)。 图1 梯形图

图2 PLC软件程序执行过程时序图

这两个程序从逻辑控制关系上看完全相同，执行的结果完全一样。但分析其PLC软件程序执行过程却不一样，程序a只经过一次扫描周期，就可完成对Y2的刷新输出，而程序b要经过三次扫描周期，才能完成对Y2的刷新输出。此例说明，同样梯形图地若干个程序，其排列顺序不同，程序执行过程也不同。

引起上述现象的原因在PLC用户程序执行阶段，在梯形图中PLC总是按由上而下、先左后右的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。PLC在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软元件在I/O

映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用［3］。当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出信号，控制信号通过电路驱动来驱动相应的单元系统外部设备。这时，才是PLC的真正输出。

在电梯控制程序设计中，只考虑了控制逻辑的正确性，而未考虑PLC软件程序执行时序，造成电梯运行出现故障。在此程序中，X0是门锁信号，Y1～Y3是一到三层的内指令输出信号，M1～M3是一到三层的层楼信号，Y11、Y12是上下方向输出信号，Y4、Y5是电梯上、下运行输出信号，M10是选层停站信号，M10是平层信号。下面给出部分电梯控制程序(图3)来分析产生故障的原因。 图3 电梯控制梯形图

由梯形图可以看出，当电梯在2楼停靠待命，则2层的层楼继电器M2得电，若有3楼和1楼的内指令信号，则Y3和Y1得电，在选向控制电路里，可以使Y11得电，从而确定电梯选择上行，当电梯门关好后，门锁X0有输入信号，电梯上运行Y4输出，电梯开始上行。当运行到3楼时M3得电，根据选层控制电路，响应3内指令，执行选层停站M10得电，平层时M112得电，Y4失电，电梯停在3楼开门。此时还有1层内指令信号，通过Y1让下方向继电器Y12得电，当执行开门后，门锁X0输入信号消失，由于PLC顺序依次地扫描用户程序，M10先复位失电，在此扫描周期内，使下运行Y5得电输出，出现还未进行平层开门，就又起动运行的故障。 3 解决方法

既然故障原因是由PLC软件程序执行时序引起的，那么针对PLC循环扫描工作方

式，采取两种方法进行改进修复，具体方法如下:

1)合理编排程序顺序，根据电梯故障的原因是由门锁信号先复位选层停站M10造成的，这里把选层停站程序安排在运行程序之后就可解决。

2)在运行程序中给门锁信号X0加一条延时指令，消除扫描周期的影响，这样电梯在关门后，有一个延时起动时间，以保证电梯在满足起动条件后才能起动运行，防止误动作。

经上述处理后，电梯原来的故障已消除，能正常运行。 4 结束语

逻辑控制程序设计，具有源自继电器逻辑控制系统采用的梯形图语言软件编程模式，设计中需要考虑扫描周期和响应时间、硬件复位、内部硬件电路等因素，而现场PLC的循环扫描时序、扫描周期往往会对控制系统产生重要影响，只有深入了解、分析其对控制系统的影响，才能达到满意的控制要求。由于plc编程问题的固有复杂性，任何程序的设计很难说不经过现场调试就能正常使用。所以设计PLC程序时，一定要全方位思考，精心设计，合理安排PLC程序执行顺序，这样才能设计出简便、可靠、巧妙的程序，以适应控制系统的要求，减少故障，更好的为生产服务。 参考文献:

［1］ 邱公伟.PLC逻辑控制系统循环扫描时间的设计［J］.电工技术，2002，(11):24－25.

［2］ 伊连云.现场PLC扫描周期对控制系统影响的研究及对策［J］.上海电器技术，2005，(4):35－36.

［3］ 丘志敏.PLC响应延时分析［J］.韶关学院学报，2008，(6):29－30.