Podsumowanie wiedzy na temat sterowników PLC: niezbędna lektura dla inżynierów elektryków!
Podsumowanie wiedzy na temat sterowników PLC: niezbędna lektura dla inżynierów elektryków!
I. Definicja i klasyfikacja sterowników PLC
PLC, czyli Programmable Logic Controller, to nowa generacja uniwersalnych przemysłowych urządzeń sterujących. Opiera się na mikroprocesorach i integruje technologię komputerową, technologię automatycznego sterowania i technologię komunikacyjną. Zaprojektowane dla środowisk przemysłowych, sterowniki PLC charakteryzują się łatwym do zrozumienia programowaniem przy użyciu „języka naturalnego” zorientowanego na procesy sterujące i użytkowników. Charakteryzują się prostotą, łatwością obsługi i dużą niezawodnością.
Wywodzące się z przekaźnikowego sterowania sekwencyjnego sterowniki PLC skupiają się wokół mikroprocesorów i służą jako wszechstronne automatyczne urządzenia sterujące. Przejdźmy do szczegółów:
1. Definicja
PLC to cyfrowy system elektroniczny przeznaczony do zastosowań przemysłowych. Wykorzystuje programowalną pamięć do przechowywania instrukcji dotyczących operacji, takich jak obliczenia logiczne, sterowanie sekwencyjne, synchronizacja czasu, liczenie i arytmetyka. Łącząc się z cyfrowymi i analogowymi wejściami i wyjściami, sterowniki PLC sterują różnymi urządzeniami mechanicznymi i procesami produkcyjnymi. Zarówno sterowniki PLC, jak i ich urządzenia peryferyjne zaprojektowano tak, aby bezproblemowo integrowały się z przemysłowymi systemami sterowania i ułatwiały rozbudowę funkcjonalną.
2. Klasyfikacja
Produkty PLC są dostępne w szerokiej gamie o różnych specyfikacjach i możliwościach wydajnościowych. Są one ogólnie klasyfikowane na podstawie formy strukturalnej, różnic funkcjonalnych i liczby punktów we/wy.
2.1 Klasyfikacja według formy konstrukcyjnej
Sterowniki PLC można podzielić na typy integralne i modułowe w zależności od ich formy strukturalnej.
(1) Zintegrowany sterownik PLC
W zintegrowanych sterownikach PLC podzespoły, takie jak zasilacz, procesor i interfejsy we/wy, znajdują się w jednej szafie. Charakteryzują się zwartą budową, niewielkimi rozmiarami i przystępną ceną. Małe sterowniki PLC zazwyczaj przyjmują tę integralną strukturę. Integralny sterownik PLC składa się z jednostki podstawowej (zwanej również jednostką główną) z różnymi punktami we/wy oraz jednostki rozszerzeń. Jednostka podstawowa zawiera procesor, interfejsy we/wy, port rozszerzeń do podłączenia jednostek rozszerzeń we/wy oraz interfejsy do podłączenia programisty lub zapisującego EPROM. Z drugiej strony jednostka rozszerzeń zawiera tylko komponenty we/wy i zasilacz, bez procesora. Jednostka podstawowa i jednostka rozszerzeń są zwykle połączone za pomocą płaskiego kabla. Zintegrowane sterowniki PLC można również wyposażyć w specjalne jednostki funkcyjne, takie jak jednostki analogowe i jednostki sterujące położeniem, w celu rozszerzenia ich możliwości.
(2) Modułowy sterownik PLC
Modułowe sterowniki PLC składają się z oddzielnych modułów dla każdego komponentu, takich jak moduły CPU, moduły we/wy, moduły zasilania (czasami zintegrowane z modułem CPU) i różne moduły funkcyjne. Moduły te są montowane na ramie lub płycie montażowej. Zaletą modułowych sterowników PLC jest ich elastyczna konfiguracja, pozwalająca na dobór różnych skal systemu w zależności od potrzeb. Są również łatwe w montażu, rozbudowie i konserwacji. Średnie i duże sterowniki PLC zazwyczaj mają budowę modułową.
Ponadto niektóre sterowniki PLC łączą w sobie cechy typów integralnych i modułowych, tworząc tak zwane sterowniki PLC typu stacked. W sterownikach PLC piętrowych komponenty, takie jak procesor, zasilacz i interfejsy we/wy, są niezależnymi modułami połączonymi kablami i można je układać warstwowo. Taka konstrukcja zapewnia nie tylko elastyczną konfigurację systemu, ale także pozwala na kompaktowe wymiary.
2.2 Klasyfikacja według funkcji
W oparciu o ich możliwości funkcjonalne sterowniki PLC można podzielić na trzy kategorie: low-end, medium-range i high-end.
(1) Najniższy sterownik PLC
Sterowniki PLC niższej klasy posiadają podstawowe funkcje, takie jak operacje logiczne, synchronizacja, zliczanie, przesuwanie, autodiagnostyka i monitorowanie. Mogą również obejmować ograniczoną liczbę analogowych wejść/wyjść, operacji arytmetycznych, przesyłania i porównywania danych oraz funkcji komunikacyjnych. Te sterowniki PLC są używane głównie w systemach sterowania pojedynczych maszyn obejmujących sterowanie logiczne, sterowanie sekwencyjne lub niewielką ilość sterowania analogowego.
(2) Sterownik PLC średniej klasy
Oprócz funkcji sterowników PLC z niższej półki, sterowniki PLC średniej klasy oferują większe możliwości w zakresie analogowych wejść/wyjść, operacji arytmetycznych, przesyłania i porównywania danych, konwersji systemów liczbowych, zdalnych wejść/wyjść, podprogramów i sieci komunikacyjnych. Niektóre mogą również posiadać funkcje sterowania przerwaniami i sterowania PID, dzięki czemu nadają się do złożonych systemów sterowania.
(3) Wysokiej klasy sterownik PLC
Sterowniki PLC najwyższej klasy, oprócz możliwości sterowników PLC średniej klasy, oferują zaawansowane funkcje, takie jak operacje arytmetyczne ze znakami, obliczenia macierzowe, operacje na logice bitowej, obliczenia pierwiastka kwadratowego i inne operacje na funkcjach specjalnych. Posiadają także możliwość tworzenia i przenoszenia tabel. Wysokiej klasy sterowniki PLC charakteryzują się ulepszonymi funkcjami komunikacyjnymi i sieciowymi, umożliwiając sterowanie procesami na dużą skalę lub tworzenie rozproszonych systemów sterowania siecią, osiągając w ten sposób automatyzację fabryki.
2.3 Klasyfikacja według punktów we/wy
W zależności od liczby punktów we/wy sterowniki PLC można podzielić na małe, średnie i duże.
(1) Mały sterownik PLC
Małe sterowniki PLC mają mniej niż 256 punktów we/wy, są wyposażone w pojedynczy procesor i wykorzystują procesory 8- lub 16-bitowe. Pojemność pamięci użytkownika wynosi zwykle poniżej 4 KB.
(2) Średni sterownik PLC
Średnie sterowniki PLC mają od 256 do 2048 punktów we/wy, wykorzystują dwa procesory i mają pojemność pamięci użytkownika w zakresie od 2 KB do 8 KB.
(3) Duży sterownik PLC
Duże sterowniki PLC mogą pochwalić się ponad 2048 punktami we/wy, wykorzystują wiele procesorów i są wyposażone w procesory 16-bitowe lub 32-bitowe. Ich pojemność pamięci użytkownika waha się od 8KB do 16KB.
Na całym świecie produkty PLC można podzielić na trzy główne typy regionalne: amerykańskie, europejskie i japońskie. Amerykańskie i europejskie technologie PLC zostały opracowane niezależnie, co spowodowało wyraźne różnice między ich produktami. Japońska technologia sterowników PLC, sprowadzona ze Stanów Zjednoczonych, dziedziczy pewne cechy po amerykańskich sterownikach PLC, ale skupia się na małych sterownikach PLC. Podczas gdy amerykańskie i europejskie sterowniki PLC są znane ze swoich średnich i dużych rozmiarów, japońskie sterowniki PLC słyną ze swoich małych odpowiedników.
II. Funkcje i obszary zastosowań sterowników PLC
Sterowniki PLC łączą w sobie zalety sterowania przekaźnikowo-stycznikowego i elastyczności komputerów. Ta unikalna konstrukcja PLC zapewnia wiele niezrównanych funkcji w porównaniu do innych sterowników.
1. Funkcje sterowników PLC
Jako uniwersalne przemysłowe urządzenie sterujące oparte na mikroprocesorach i integrujące technologię komputerową, technologię automatycznego sterowania i technologię komunikacyjną, sterowniki PLC oferują wiele korzyści. Należą do nich wysoka niezawodność, niewielkie rozmiary, duża funkcjonalność, prosta i elastyczna konstrukcja programu, wszechstronność i łatwa konserwacja. W rezultacie sterowniki PLC znajdują szerokie zastosowanie w takich dziedzinach jak metalurgia, energetyka, chemia, transport i wytwarzanie energii, stając się jednym z trzech filarów nowoczesnego sterowania przemysłowego (obok robotów i CAD/CAM). W oparciu o charakterystykę sterowników PLC ich formy funkcjonalne można podsumować w następujący sposób:
(1) Przełączanie sterowania logicznego
Sterowniki PLC posiadają solidne możliwości obliczeń logicznych, umożliwiające im realizację różnych prostych i złożonych kontroli logicznych. Jest to najbardziej podstawowa i szeroko stosowana dziedzina sterowników PLC, zastępująca tradycyjne sterowanie przekaźnikiem-stycznikiem.
(2) Sterowanie analogowe
PLC są wyposażone w moduły konwersji A/D i D/A. Moduł A/D przekształca wielkości analogowe z pola — takie jak temperatura, ciśnienie, przepływ i prędkość — na wielkości cyfrowe. Te wielkości cyfrowe są następnie przetwarzane przez mikroprocesor w sterowniku PLC (ponieważ mikroprocesory mogą obsługiwać tylko wielkości cyfrowe), a następnie wykorzystywane do sterowania. Alternatywnie moduł D/A przekształca wielkości cyfrowe z powrotem w wielkości analogowe w celu sterowania sterowanym obiektem, umożliwiając w ten sposób sterownikom PLC kontrolowanie wielkości analogowych.
(3) Kontrola procesu
Nowoczesne sterowniki PLC średniej i dużej wielkości są zazwyczaj wyposażone w moduły sterujące PID, umożliwiające sterowanie procesem w pętli zamkniętej. Kiedy zmienna zmienia się podczas procesu regulacji, sterownik PLC oblicza prawidłową moc wyjściową przy użyciu algorytmu PID, dostosowując w ten sposób proces produkcyjny i utrzymując zmienną na wartości zadanej. Obecnie wiele małych sterowników PLC zawiera również funkcję sterowania PID.
(4) Kontrola czasu i liczenia
Sterowniki PLC charakteryzują się dużymi możliwościami pomiaru czasu i zliczania, mogącymi zapewnić dziesiątki, setki, a nawet tysiące timerów i liczników. Czas trwania taktowania i wartości zliczania mogą być dowolnie ustawione przez użytkownika podczas pisania programu użytkownika lub przez operatorów na miejscu za pośrednictwem programisty. Umożliwia to kontrolę czasu i liczenia. Jeśli użytkownicy muszą liczyć sygnały o wysokiej częstotliwości, mogą zdecydować się na moduły zliczające o dużej szybkości.
(5) Sterowanie sekwencyjne
W sterowaniu przemysłowym sterowanie sekwencyjne można osiągnąć za pomocą instrukcji krokowych PLC lub programowania rejestru przesuwnego.
(6) Przetwarzanie danych
Nowoczesne sterowniki PLC są w stanie nie tylko wykonywać operacje arytmetyczne, przesyłać dane, sortować i przeglądać tabele, ale mogą także przeprowadzać porównywanie danych, konwersję danych, przesyłanie danych, wyświetlanie danych i drukowanie. Posiadają solidne możliwości przetwarzania danych.
(7) Komunikacja i tworzenie sieci kontaktów
Większość nowoczesnych sterowników PLC wykorzystuje technologie komunikacyjne i sieciowe, obejmujące interfejsy RS-232 lub RS-485 do zdalnego sterowania wejściami/wyjściami. Wiele sterowników PLC można połączyć w sieć i komunikować się ze sobą. Jednostki przetwarzające sygnały urządzeń zewnętrznych mogą wymieniać programy i dane z jednym lub większą liczbą sterowników programowalnych. Przesyłanie programów, przesyłanie plików danych, monitorowanie i diagnostykę można osiągnąć za pomocą interfejsów komunikacyjnych lub procesorów komunikacyjnych, które wykorzystują standardowe interfejsy sprzętowe lub zastrzeżone protokoły komunikacyjne w celu ułatwienia przesyłania programów i danych.
2. Obszary zastosowań sterowników PLC
Obecnie sterowniki PLC są szeroko stosowane zarówno w kraju, jak i za granicą, w różnych gałęziach przemysłu, w tym w przemyśle żelaza i stali, ropie naftowej, chemikaliach, energetyce, materiałach budowlanych, produkcji mechanicznej, samochodach, lekkich tekstyliach, transporcie, ochronie środowiska i rozrywce kulturalnej. Ich zastosowania można ogólnie podzielić na następujące kategorie:
(1) Przełączanie sterowania logicznego
Jest to najbardziej podstawowa i szeroko stosowana dziedzina sterowników PLC, zastępująca tradycyjne obwody przekaźnikowe w celu uzyskania sterowania logicznego i sekwencyjnego. Sterowniki PLC można stosować do sterowania jedną maszyną, jak również do sterowania grupą wielu maszyn oraz zautomatyzowanych linii produkcyjnych, takich jak wtryskarki, maszyny drukarskie, zszywacze, obrabiarki kombinowane, szlifierki, linie do produkcji opakowań i linie montażowe do galwanizacji.
(2) Sterowanie analogowe
W przemysłowych procesach produkcyjnych wiele stale zmieniających się wielkości, takich jak temperatura, ciśnienie, przepływ, poziom cieczy i prędkość, jest wielkościami analogowymi. Aby umożliwić sterownikom PLC obsługę wielkości analogowych, należy przeprowadzić konwersję A/D i D/A pomiędzy wielkościami analogowymi i cyfrowymi. Producenci sterowników PLC produkują towarzyszące moduły konwersji A/D i C/A, aby ułatwić zastosowanie analogowego sterowania sterownikami PLC.
(3) Sterowanie ruchem
PLCmoże być stosowany do sterowania ruchem obrotowym lub liniowym. Jeśli chodzi o konfigurację systemu sterowania, wczesne aplikacje łączyły bezpośrednio czujniki położenia i elementy wykonawcze w celu przełączania modułów we/wy. Obecnie powszechnie stosuje się wyspecjalizowane moduły sterowania ruchem. Moduły te mogą sterować jednoosiową lub wieloosiową kontrolą położenia silników krokowych lub serwomotorów. Prawie wszystkie produkty głównych producentów sterowników PLC na całym świecie oferują możliwości sterowania ruchem, które są szeroko stosowane w różnych maszynach, obrabiarkach, robotach, windach i innych zastosowaniach.
(4) Kontrola procesu
Sterowanie procesem odnosi się do sterowania wielkościami analogowymi, takimi jak temperatura, ciśnienie i przepływ, w pętli zamkniętej. Ma szerokie zastosowanie w takich dziedzinach jak metalurgia, inżynieria chemiczna, obróbka cieplna i sterowanie kotłem. Jako przemysłowe komputery sterujące, sterowniki PLC można zaprogramować za pomocą różnych algorytmów sterowania w celu uzyskania sterowania w pętli zamkniętej. Regulacja PID jest powszechnie stosowaną metodą regulacji w układach sterowania w pętli zamkniętej. Zarówno średnie, jak i duże sterowniki PLC są wyposażone w moduły PID, a obecnie wiele małych sterowników PLC posiada również ten moduł funkcjonalny. Przetwarzanie PID zazwyczaj obejmuje uruchomienie dedykowanego podprogramu PID.
(5) Przetwarzanie danych
Nowoczesne sterowniki PLC są wyposażone w operacje matematyczne (w tym obliczanie macierzy, obliczanie funkcji, operacje logiczne), przesyłanie danych, konwersję danych, sortowanie, przeglądanie tabel i funkcje manipulacji bitami. Potrafią pozyskiwać, analizować i przetwarzać dane. Dane te można porównać z wartościami referencyjnymi przechowywanymi w pamięci w celu przeprowadzenia określonych operacji kontrolnych lub przesłanych do innych inteligentnych urządzeń za pomocą funkcji komunikacyjnych. Można je także wydrukować i zestawić w formie tabelarycznej. Przetwarzanie danych jest zwykle stosowane w wielkoskalowych systemach sterowania, takich jak bezzałogowe elastyczne systemy produkcyjne, oraz w systemach kontroli procesów, takich jak papiernictwo, metalurgia i przemysł spożywczy.
(6) Komunikacja i tworzenie sieci kontaktów
Komunikacja PLC obejmuje komunikację pomiędzy sterownikami PLC oraz pomiędzy sterownikami PLC i innymi inteligentnymi urządzeniami. Wraz z rozwojem sterowania komputerowego sieci automatyki przemysłowej szybko się rozwinęły. Wszyscy producenci sterowników PLC kładą duży nacisk na możliwości komunikacyjne sterowników PLC i wprowadzili odpowiednie systemy sieciowe. Ostatnio produkowane sterowniki PLC wyposażone są w interfejsy komunikacyjne, dzięki którym komunikacja jest bardzo wygodna.
III. Podstawowa struktura i zasada działania sterowników PLC
Jako przemysłowy komputer sterujący, sterowniki PLC mają podobną strukturę do zwykłych komputerów. Różnice wynikają jednak z różnych scenariuszy i celów użytkowania.
1. Elementy sprzętowe sterowników PLC
Podstawowy schemat struktury hosta PLC pokazano na poniższym rysunku: [Rysunek]
Na schemacie host PLC składa się z procesora, pamięci (EPROM, RAM), jednostek wejścia/wyjścia, peryferyjnych interfejsów we/wy, interfejsów komunikacyjnych i zasilacza. W przypadku zintegrowanych sterowników PLC wszystkie te komponenty znajdują się w tej samej szafie. W modułowych sterownikach PLC każdy komponent jest niezależnie pakowany jako moduł, a moduły są połączone za pomocą stojaka i kabli. Wszystkie części hosta są połączone ze sobą za pomocą szyn zasilających, szyn sterujących, szyn adresowych i szyn danych. W zależności od wymagań konkretnego obiektu sterującego, różne urządzenia zewnętrzne są konfigurowane w celu utworzenia różnych systemów sterowania PLC.
Typowe urządzenia zewnętrzne obejmują programistów, drukarki i moduły zapisujące EPROM. Sterowniki PLC można również wyposażyć w moduły komunikacyjne umożliwiające komunikację z maszynami wyższego poziomu i innymi sterownikami PLC, tworząc w ten sposób rozproszony system sterowania dla sterowników PLC.
Poniżej znajduje się wprowadzenie do każdego elementu sterownika PLC i jego roli, aby pomóc użytkownikom lepiej zrozumieć zasady sterowania i procesy robocze sterowników PLC.
(1) Procesor
CPU jest centrum sterowania PLC. Pod kontrolą procesora sterownik PLC koordynuje i działa w sposób uporządkowany, aby uzyskać kontrolę nad różnymi urządzeniami na miejscu. Złożony z mikroprocesora i sterownika, procesor może wykonywać operacje logiczne i matematyczne oraz koordynować pracę różnych wewnętrznych elementów układu sterowania. Kontroler zarządza uporządkowaną pracą wszystkich części mikroprocesora. Jego podstawową funkcją jest odczytywanie instrukcji z pamięci i ich wykonywanie.
(2) Pamięć
Sterowniki PLC wyposażone są w dwa rodzaje pamięci: pamięć systemową i pamięć użytkownika. W pamięci systemowej przechowywane są programy zarządzające systemem, do których użytkownicy nie mają dostępu ani których nie mogą modyfikować. Pamięć użytkownika przechowuje skompilowane programy użytkowe i stany danych roboczych. Część pamięci użytkownika przechowująca stany danych roboczych nazywana jest również obszarem przechowywania danych. Obejmuje obszary obrazu danych wejściowych/wyjściowych, obszary danych wartości zadanych i bieżących dla timerów/liczników oraz strefy buforów do przechowywania wyników pośrednich.
Pamięć PLC obejmuje przede wszystkim następujące typy:
Pamięć tylko do odczytu (ROM)
Programowalna pamięć tylko do odczytu (PROM)
Kasowalna programowalna pamięć tylko do odczytu (EPROM)
Programowalna pamięć tylko do odczytu kasowalna elektrycznie (EEPROM)
Pamięć o dostępie swobodnym (RAM)
(3) Moduły wejścia/wyjścia (I/O).
① Moduł wejść przełączających
Przełączające urządzenia wejściowe obejmują różne przełączniki, przyciski, czujniki itp. Typy wejść PLC mogą być DC, AC lub oba. Zasilanie obwodu wejściowego może być zapewnione zewnętrznie lub w niektórych przypadkach dostarczone wewnętrznie przez sterownik PLC.
② Moduł wyjść przełączających
Moduł wyjściowy przekształca sygnały sterujące na poziomie TTL wysyłane przez procesor podczas wykonywania programu użytkownika na sygnały wymagane w zakładzie produkcyjnym do sterowania określonym sprzętem, uruchamiając w ten sposób mechanizm wykonawczy.
(4) Programista
Programator jest niezbędnym urządzeniem zewnętrznym dla sterowników PLC. Umożliwia użytkownikom wprowadzanie programów do pamięci programów użytkownika sterownika PLC, debugowanie programów i monitorowanie wykonywania programów. Programowo programistów można podzielić na trzy typy:
Programator ręczny
Programista graficzny
Ogólny programista komputerowy
(5) Zasilanie
Zasilacz przetwarza energię zewnętrzną (np. 220 V AC) na wewnętrzne napięcie robocze. Zewnętrznie podłączone zasilanie jest przekształcane na napięcie robocze wymagane przez wewnętrzne obwody sterownika PLC (np. DC 5 V, ±12 V, 24 V) poprzez dedykowany regulator napięcia w trybie przełączania w sterowniku PLC. Zapewnia również zasilanie 24 V DC dla zewnętrznych urządzeń wejściowych (np. przełączników zbliżeniowych) (tylko dla punktów wejściowych). Zasilanie do sterowania obciążeniami PLC zapewnia...
(6) Interfejsy peryferyjne
Obwody interfejsu peryferyjnego łączą programistów ręcznych lub innych programistów graficznych, wyświetlacze tekstowe i mogą tworzyć sieć sterującą PLC za pośrednictwem interfejsu peryferyjnego. Sterowniki PLC można łączyć z komputerami za pomocą kabla PC/PPI lub karty MPI poprzez interfejs RS-485, umożliwiając programowanie, monitorowanie, tworzenie sieci i inne funkcje.
2. Elementy oprogramowania sterowników PLC
Oprogramowanie PLC obejmuje programy systemowe i programy użytkownika. Programy systemowe są projektowane i pisane przez producentów sterowników PLC i przechowywane w pamięci systemowej sterownika PLC. Użytkownicy nie mogą ich bezpośrednio czytać, zapisywać ani modyfikować. Programy systemowe obejmują zazwyczaj między innymi programy do diagnostyki systemu, programy do przetwarzania danych wejściowych, programy kompilacyjne, programy do przesyłania informacji i programy monitorujące.
Uprogramy ser są kompilowane przez użytkowników przy użyciu języków programowania PLC w oparciu o wymagania sterujące. W zastosowaniach PLC najbardziej krytycznym aspektem jest używanie języków programowania PLC do pisania programów użytkownika w celu osiągnięcia celów sterowania. Ponieważ sterowniki PLC zostały zaprojektowane specjalnie do sterowania przemysłowego, ich głównymi użytkownikami są technicy elektrycy. Aby zaspokoić swoje tradycyjne nawyki i możliwości uczenia się, sterowniki PLC wykorzystują przede wszystkim dedykowane języki, które są prostsze, bardziej zrozumiałe i bardziej intuicyjne w porównaniu do języków komputerowych.
Graficzna struktura instrukcji
Jawne zmienne i stałe
Uproszczona struktura programu
Uproszczony proces generowania oprogramowania aplikacyjnego
Ulepszone narzędzia do debugowania
3. Podstawowa zasada działania sterowników PLC
Proces skanowania PLC dzieli się głównie na trzy etapy: próbkowanie danych wejściowych, wykonanie programu użytkownika i odświeżanie danych wyjściowych. Jak pokazano na rysunku: [Rysunek]
Stopień próbkowania wejściowego
Podczas etapu próbkowania wejścia sterownik PLC odczytuje sekwencyjnie wszystkie stany wejściowe i dane w sposób skanujący i zapisuje je w odpowiednich jednostkach obszaru obrazu I/O. Po zakończeniu próbkowania danych wejściowych proces przechodzi do etapów wykonywania programu użytkownika i odświeżania danych wyjściowych. W tych dwóch etapach, nawet jeśli stany wejściowe i dane ulegną zmianie, statusy i dane w odpowiednich jednostkach obszaru obrazu I/O nie ulegną zmianie. Dlatego też, jeśli sygnał wejściowy jest sygnałem impulsowym, szerokość impulsu musi być większa niż jeden cykl skanowania, aby zapewnić odczyt sygnału wejściowego w każdych okolicznościach.
Etap wykonania programu użytkownika
Na etapie wykonywania programu użytkownika sterownik PLC zawsze skanuje program użytkownika (schemat drabinkowy) w kolejności od góry do dołu. Podczas skanowania każdego schematu drabinkowego skanuje najpierw obwód sterujący utworzony przez styki po lewej stronie schematu drabinkowego. Operacje logiczne są wykonywane na obwodzie sterującym w kolejności od lewej do prawej i od góry do dołu. Następnie, na podstawie wyników operacji logicznych, odświeżany jest stan odpowiedniego bitu w obszarze pamięci systemowej RAM dla cewki logicznej, odświeżany jest stan odpowiedniego bitu w obszarze obrazu I/O dla cewki wyjściowej, lub określane jest, czy wykonać instrukcje funkcji specjalnych określone na schemacie drabinkowym.
Oznacza to, że podczas wykonywania programu użytkownika jedynie statusy i dane punktów wejściowych w obszarze obrazu we/wy pozostają niezmienione, podczas gdy statusy i dane innych punktów wyjściowych i urządzeń programowych w obszarze obrazu we/wy lub obszarze pamięci systemowej RAM mogą ulec zmianie. Diagramy drabinkowe umieszczone wyżej będą miały wpływ na wyniki wykonania niższych diagramów drabinkowych, które odnoszą się do tych cewek lub danych. I odwrotnie, odświeżone statusy lub dane cewek logicznych na niższych diagramach drabinkowych będą miały wpływ jedynie na wyższe diagramy drabinkowe w następnym cyklu skanowania.
Etap odświeżania wyjścia
Po zakończeniu skanowania programu użytkownika sterownik PLC wchodzi w etap odświeżania danych wyjściowych. Podczas tej fazy procesor aktualizuje wszystkie obwody zatrzasku wyjściowego zgodnie ze stanami i danymi w obszarze obrazu we/wy oraz steruje odpowiednimi urządzeniami peryferyjnymi poprzez obwody wyjściowe. Oznacza to prawdziwe wyjście sterownika PLC.
Zjawisko opóźnienia wejścia/wyjścia
Z procesu pracy PLC można wyciągnąć następujące wnioski:
Programy są wykonywane w sposób skanujący, co skutkuje nieodłącznym opóźnieniem w logicznej relacji pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi. Im dłuższy cykl skanowania, tym większe opóźnienie.
Oprócz czasu zajmowanego przez trzy główne etapy pracy — próbkowanie danych wejściowych, wykonanie programu użytkownika i odświeżanie danych wyjściowych — cykl skanowania obejmuje również czas poświęcony na operacje zarządzania systemem. Czas potrzebny na wykonanie programu jest powiązany z długością programu i złożonością operacji instrukcji, podczas gdy inne czynniki pozostają względnie stałe. Cykle skanowania są zwykle rzędu milisekund lub mikrosekund.
Podczas n-tego skanowania danymi wejściowymi jest próbkowana wartość X uzyskana podczas fazy próbkowania tego cyklu skanowania. Dane wyjściowe Y(n) opierają się zarówno na wartości wyjściowej Y(n-1) z poprzedniego skanowania, jak i na bieżącej wartości wyjściowej Yn. Sygnał wysyłany na zacisk wyjściowy reprezentuje wynik końcowy Yn po wykonaniu wszystkich obliczeń w tym cyklu.
Opóźnienie reakcji wejścia/wyjścia nie jest związane tylko z metodą skanowania, ale także z układem projektu programu.