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西门子PLC程序设计中如何节省扫描时间

    PLC扫描时间的长短，直接影响着PLC控制系统对信号的响应效果。对于要求实现快速响应的系统，PLC的周期扫描时间不能太长。但是，如何在保证控制功能的前提下，大限度地缩短PLC的周期扫描时间，是一个很复杂的问题。

    通过对PLC周期扫描机制的分析可以知道，周期扫描过程包括系统过程扫描和用户应用程序扫描两部分，PLC的扫描时间也就由这两部分的扫描时间决定。系统的扫描时间一般不能改变，要改变PLC的周期扫描时间，只有从如何使用户应用程序的执行时间短这一点上下功夫。

    节省周期扫描时间是一个节省的过程，不是哪一个指令或一个功能就可以收到明显效果的，而是一个积累的结果，程序设计时要时刻注意。

    为了节省PLC的周期扫描时间，可以从以下几个方面入手。

    1．分时处理

    对时间要求不严格的部分功能进行分时处理。即在几个扫描周期内对被分时处理的任务进行时间间隔处理，这样就可缩短CPU的扫描周期，使响应时间要求严格的控制任务得以满足。这种方法是以损失部分程序的响应时间来保证关键任务的处理，使PLC控制器更有效、更合理地发挥其功能。

    2．定区I/O服务

    在PLC的扫描过程中，输入／输出服务时间是可以通过用户程序间接控制的系统扫描时间。在用户程序中可以利用禁止输入／输出服务指令和立即输入／输出服务指令两者结合使用，使系统中没有使用的输入输出地址不被扫描，系统只对有用的输入／输出地址进行服务，这样就节省了许多扫描时间。

    3．使用跳转指令

    在用户程序设计中，对某些不经常执行的程序段，不要使用条件判断来实现，而应使用跳转指令，在运行条件不满足或不需要执行时就跳过这一段程序，这样比连续用条件判断能节省大量的执行时间。当然，使用跳转指令有时会引起一定的麻烦，关键是深刻理解，正确使用。

    4．避免重复操作

    有些程序设计人员在编程时不善于利用现有结果，每到一处必重新组合，这样就浪费了很多时间。要避免这种浪费，就要求在程序设计时尽量利用前边已有的逻辑操作结果和运算结果，尽量避免重复的逻辑操作和数据运算。

    5．避免无用的判断

    对于相互矛盾的两个方面进行判断时，如果一方面已经成立，那么另一方面就不用再判断，只有当先判断的一方面不成立时，再去判断另一方面，这样就避免对一个已经确定为不成立的方面去作无用的判断而浪费时间。

    6．使用基本操作指令

    在一般情况下，基本操作指令的执行较简单，占用机器时间较少，任何高级操作指令都比基本操作指令操作复杂，占用机器的时间也较长。这样，除非在必要的情况下，要尽量使用基本指令，以减少机器执行时间。

    上面介绍的节省PLC周期扫描时间的方法都是针对硬件系统已经配置完毕的情况，在系统配置时也应该注意这个问题。节省周期扫描时间和节省内存有时是相互矛盾的，要根据系统的实际控制情况，二者兼顾，不能孤立地追求一方画，而忽视另一方面。

为了方便用户的编程，很多PLC都专门设计了用于编制顺序控制程序的指令，如Fl系列PLC提供的步进指令STL和步进复位指令RET，利用这两条指令可以很方便地设计出顺序控制程序。

    如前所述，Fl系列PLC实现步进控制功能时，是将步进指令STL与状态寄存器S相配合来使用，其中状态寄存器共有40个，元件号为S600～S647（八进制），它们都有断电保持功能。

    使用STL指令的状态寄存器的常开触点称为STL触点，它在梯形图中有特殊的表示，以区别于普通触点，如图5.28中S601所示。图5.28还表明了功能表图与STL触点回路块之间的对应关系。

    图5.28    功能表图与STL指令的关系

    STL触点回路块完成3个方面的功能。

    ·对负载的驱动处理。

    ·转换条件。

    ·转换目标。

    其控制过程如下。

    ·如果步S601是活动的，则S601的STL触点接通，负载Y431被接通。

    ·如果转换条件X401接通，下一步的状态寄存器S602将被置位，同时S601自动断开，

    Y431也断开。
  单序列功能表图要求各步的辅助继电器线圈顺序地接通和断开，并且同时只能有一个辅助继电器接通，这种控制功能用移位寄存器很容易实现。

    对于图5.23所示的动力头进给运动过程的控制，使用移位寄存器编写的顺序控制梯形图如图5.27所示。

    图中，移位寄存器的前4位(M200～M203)分别代表系统的4个工步，对其进行顺序控制过程如下。

    ·刚开始运行时，M201~ M203处于断开状态，数据输入端的3个常闭触点均闭合，M200接通。

    ·按下启动按钮X400，移位输入电路行的M200和X400的常开触点均接通，使    M200的“1”状态移到M201；M210接通，它的常闭触点使M200断开，其常开触点使Y430和Y431接通，系统处于快进状态。

    ·以后各到位开关接通产生的移位脉冲使“1”状态顺序向右移动，M201～M203依次接通和断开。在这3步中，接在数据输入端的3个常闭触点总有一个是断开的，所以M200一直是断开的。

    · X403接通时，产生的第4个移位脉冲使“1”状态移入M204，M204的常开触点使移位寄存器复位，M201~M203断开，其常闭触点使M200接通，系统返回初始步。

    可见，移位寄存器的移位输入回路由若干串联同路关联组成。每一条串联回路由功能表图中某一步的辅助继电器的常开触点和该步之后的转换条件对应的触点组成。这些串联回路也就是使用启保停回路编程中的启动回路。

  置位／复位指令也是几乎所有型号的PLC都有的基本指令。用置位／复位指令可以实现启保停回路，也可以直接用它们来编制顺序控制程序。

    1．以转换为中心的编程方法

    仍以图5.23所示的动力头进给运动过程的控制为例，使用S/R指令实现顺序控制的梯形图如图5.25所示，是通过以转换为中心的编程法方法来实现顺序控制功能的。

    以M200到M201的转换为例，实现转换同时需要两个条件：

    ·该转换的前级步是活动步，即M200 =1；

    ·转换条件成立，即X400 =1。

    在梯形图中，用M200和X400的常开触点组成的串联回路来表示上述转换条件。当转换条件满足时，用S指令将后续步变为活

    可见，在以转换为中心的顺序控制程序编程方法中，用该转换所有前级步对应的辅助继电器常开触点与转换对应的触点或回路串联（相当于启保停回路中的启动回路），作为所有后续步对应的辅助继电器的置位和使所有前级步对应的辅助继电器复位的条件。在任何情况下，代表工步的辅助继电器的控制回路都可以利用这一原则来设计，每一个转换对应着一个这样的控制回路。

    可见，这种编程方法与转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系，用它编制复杂的顺序控制梯形图时，更能显示出它的优越性。

    注意：使用这种编程方法时，不能将输出位的线圈与置位指令和复位指令并联来获得输出信号。

    由于前级步和转换条件对应的串联回路的接通时间只有一个扫描周期，转换条件满足后，前级步马上就被复位，该串联回路断开。而输出线圈至少应该在某一步对应的全部时间内被接通，所以应该根据功能表图，用代表工步的辅助继电器的常开触点和它们的并联回路来驱动输出位的线圈。

    2．以指令为中心的编程方法

    图5.25所示的梯形图是基于Fl系列PLC的S/R指令来编写的，置位和复位指令在程序中可以分开使用。

    有些PLC的置位、复位指令虽然与Fl系列PLC的S/R指令功能上相同，但是置位和复位功能不能分开，如欧姆龙的C系列PLC中的锁存器（Keep指令）。在这种情况下，需要采用以指令为中心的编程方法，图5.25的梯形图程序可以改写为图5.26所示以指令为中心的顺序控制梯形图程序。

    以指令为中心的编程方法的特点是同一辅助继电器的置位、复位指令靠在一起，所以很容易改写并适应其他PLC指令系统的要求。

    这种编程方法与使用启保停回路的编程方法密切相关，它的置位条件和复位条件分别与启保停回路中的辅助继电器启动和停止条件相同，保持和停止功能则是用置位、复位指令来实现。

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