S7-300/400進階筆記

時間：2020-08-25

作者：上海騰希電氣技術有限公司

一、PLC的循環(huán)處理過程

CPU中的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。

操作系統(tǒng)用來處理PLC的起動、刷新輸入/輸出過程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯誤、管理存儲區(qū)和通信等任務。

用戶程序由用戶根據(jù)需求自己編寫，以完成特定的控制任務。STEP7將用戶編寫的程序和數(shù)據(jù)維護在'塊'中，如功能塊FB、功能FC和數(shù)據(jù)塊DB等。

PLC采用循環(huán)掃描的方式執(zhí)行用戶程序，即掃描工作方式。

圖1 PLC的掃描工作方式

1. PLC得電或由STOP模式切換到RUN模式時，CPU起動，同時清除沒有保持功能的位存儲器、定時器、計數(shù)器，清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復位保存的硬件中斷等。

2. 執(zhí)行'系統(tǒng)起動組織塊'OB100，該組織塊可以自定義編程，實現(xiàn)一些初始化的工作；

3. 系統(tǒng)進入周期掃描，并起動循環(huán)時間監(jiān)控；

4. CPU將輸出過程映像區(qū)的數(shù)據(jù)寫入輸出模塊；

5. 讀取輸入模塊的狀態(tài)，并寫入輸入過程映像區(qū)；

6. CPU調(diào)用OB1，執(zhí)行用戶程序，期間，根據(jù)需要可調(diào)用其他邏輯塊（FB、SFB、FC及SFC），來實現(xiàn)控制任務；

7. 在循環(huán)結束時，操作系統(tǒng)執(zhí)行所有掛起的任務，例如下載和刪除塊、接收和發(fā)送全局數(shù)據(jù)等；

8. CPU返回'第3步'，重新啟動循環(huán)時間監(jiān)控。

9、在執(zhí)行用戶程序的過程中，如果有中斷事件發(fā)生，當前執(zhí)行的塊將暫停執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應的組織塊，來響應中斷。該組織塊執(zhí)行完成后，之前被暫停的塊將從中斷的地方繼續(xù)開始執(zhí)行。OB1具有很低的**級，除了OB90外，所有的組織塊都能中斷OB1。

二、過程映像區(qū)

PLC的存儲器中，特別設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，分別稱之為輸入過程映像區(qū)和輸出過程映像區(qū)。在循環(huán)程序處理過程中，CPU不會直接訪問I/O模塊，而是訪問CPU內(nèi)部的過程映像區(qū)。

如圖1所示，在整個掃描周期內(nèi)，CPU會分配一段時間集中將輸出過程映像區(qū)的狀態(tài)傳送給輸出模塊。同樣，輸入模塊的狀態(tài)/數(shù)據(jù)也是集中、統(tǒng)一讀入輸入過程映像區(qū)。在程序的執(zhí)行階段，CPU只和輸入/輸出過程映像區(qū)做數(shù)據(jù)交互，這樣做的好處是，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生變化，輸入過程映像區(qū)的狀態(tài)也暫時不變，可防止程序執(zhí)行時發(fā)生'紊亂'；而給到輸出模塊的數(shù)據(jù)是'同時'的，也可有效避免執(zhí)行機構的動作序列的不同步。

對過程映像區(qū)的訪問可以以位、字節(jié)、字以及雙字的方式進行。

圖2 過程映像區(qū)直接尋址

如圖2所示，假設其為輸入過程映像區(qū)的一部分：

· I1.3即可訪問到粉色部分的內(nèi)容，即尋址一個位；

· IB0即可訪問綠色部分的內(nèi)容，即尋址一個字節(jié)；

· IW2:即可訪問藍色部分的內(nèi)容，即尋址一個字；

· ID4即可訪問橙色部分的內(nèi)容，即尋址雙字；

三、掃描循環(huán)時間

掃描循環(huán)時間是指圖1中相鄰兩次'循環(huán)時間監(jiān)控'之間的時間，它與用戶程序的復雜程度及CPU執(zhí)行指令的速度有關。如下為315和416兩款CPU的指令執(zhí)行速度，相比315,CPU416的執(zhí)行速度快很多。

CPU 315-2DP：0.3ms/1000條指令；

CPU416-2DP：0.08ms/1000條指令

掃描循環(huán)時間不是一成不變的，以下事件都會延長循環(huán)時間：

· 中斷

· 診斷和故障處理

· 測試和調(diào)試功能

· 通訊

· 傳送和刪除塊

· 壓縮用戶程序存儲器

· 讀/寫MMC卡

圖3 較大循環(huán)時間與較小循環(huán)時間

如圖3所示，在硬件組態(tài)中，可以修改較大循環(huán)時間，默認150ms。如果實際的循環(huán)時間**出設置的較大時間，CPU會調(diào)用組織塊OB80，在其中響應這個故障。如果OB80中未編寫程序，CPU將轉(zhuǎn)入STOP模式。

400的CPU中還可以設置較小掃描周期，當用戶程序較為簡單，使得循環(huán)時間太短時，過程映像區(qū)會太過頻繁的刷新，設置較小掃描周期可以避免這種情況。

四、系統(tǒng)的響應時間

PLC的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻到它所控制的外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，稱之為系統(tǒng)的響應時間。它由以下三部分組成：

1、輸入電路的濾波時間

輸入模塊通過RC濾波電路來過濾輸入端引入的干擾，并消除因外接輸入觸點的動作時產(chǎn)生的抖動而引起的不良影響，濾波電路的時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短，一般為10ms左右。

2、輸出電路的滯后時間

輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關，

· 繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右；

· 雙向晶閘管型輸出電路在負載通電時的滯后時間約為1ms，負載由通電到斷電時的較大滯后時間為10ms；

· 晶體管型輸出電路的滯后時間一般在1ms以下。

3、CPU掃描循環(huán)工作方式帶來的滯后時間

由掃描工作方式引起的滯后時間較壞的情況下，可達2-3個掃描周期。

PLC總的響應延遲時間一般只有幾毫秒到幾十毫秒，對于一般的系統(tǒng)是無關緊要的。在一些特殊應用場合，要求輸入、輸出信號之間的滯后時間盡可能短的時候，可以選用掃描速度較快的PLC或采取中斷等措施。

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