西门子PLC模块6ES7221-3BD30-0XB0

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一. 扫描技术

      当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

      (一) 输入采样阶段

      在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

      (二) 用户程序执行阶段

      在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

      即，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，而其他输出点和软设备在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。

      (三) 输出刷新阶段

      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锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

PLC的基础技术的进展，主要集中在两个基本方面：执行多任务和程序互换。

  所谓执行多任务，就是在一个PLC系统中可同时装几个CPU模块，每个CPU模块都执行某一种任务，控制与其所执行任务相关的I/O模块的存取。其实，按照IEC 61131-3的概念，我们应该确切地称之为通过多配置执行多任务。例如，三菱电机的小Q系列多可以在一个机架上插4个CPU模块；富士电机的MICREX-SX系列多可以在一个机架上插6个CPU模块。这些CPU模块可以是专门用于逻辑控制、顺序控制的，也可以是运动控制用的，还可以是做过程控制用的，上述在Windows操作系统的环境下执行PC机任务的模块，也是供用户选择的一种选项。从某种意义上讲，这也是一种混合式的控制系统。
PLC的传统软件模型包括一个资源，运行一个任务，控制一个程序，且运行于一个封闭系统中。而在IEC 61131-3可编程控制器编程语言标准的软件模型中，在其上层把解决一个具体控制问题的完整的软件概括为一个“配置”。它专指一个特定类型的控制系统，包括硬件装置、处理资源、I/O通道的存贮地址和系统能力，等同于一个PLC系统的应用程序。在一个由多台PLC或由多个CPU构成的PLC控制系统中，每一台PLC或每一个CPU的应用程序就是一个独立的“配置”。在一个“配置”中可以定义一个或多个“资源”。可把“资源”看作能执行IEC程序的处理手段，它反映PLC的物理结构，在程序和PLC的物理I/O通道之间提供了一个接口。只有在装入“资源”后才能执行IEC程序。一般而言，通常资源放在PLC内，当然它也可以放在其它支持IEC程序执行的系统内。在一个“资源”内可以定义一个或多个任务。任务被配置后可以控制一组程序或功能块。这些程序和功能块可以是周期地执行，也可以由一个事件驱动予以执行。
    由此可见，该软件模型足以映像各类实际系统：对于只有一个处理器的小型系统，其模型只有一个配置、一个资源和一个程序，与现在大多数PLC的情况完全相符。对于有多个CPU模块插装在同一机架上的中、大型系统，每个CPU模块被视作一个配置，可由一个或多个资源来描述，而一个资源则包括一个或多个程序。对于分散型系统，包含多个配置，而一个配置又包含多个处理器，每个处理器用一个资源描述，每个资源则包括一个或多个程序。
    值得指出的是，近些年来在日本开始流行的多CPU的PLC结构，恰恰是在IEC 61131-3标准颁布后多年之后才问世的。这个PLC结构的性变化，显然是建立在这个软件模型的  理论基础上，要不然PLC还是由一个CPU按扫描方式执行一个程序的那种传统结构。
    至于程序互换的问题，至少到目前为止尚是一个努力的方向。只有在每个PLC的供应厂商所提供的PLC产品都真正遵循IEC 61131-3的标准，而且其编程系统的具体实现又切实符合IEC 61131-8《编程语言的应用和实现导则》，并通过PLCopen这个组织对各种编程语言（LD、SFC、FBD、ST和IL）的一致性测试，还要解决不同PLC的存储地址资源的对应互换，才有可能实现名副其实的程序互换。

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