PLC的工作方式是循环扫描执行用户程序。由于建立了输入/输出映像区，因此执行程序时系统工作只涉及充当映像区的存储器区，只是在扫描周期的适当时刻，在操作系统的组织下将输出映像区的信息全部倾卸给外设，同时也由所有外设读入信息。这种周期性地与外界交换信息，对一般外设是可以满足要求的。但是随着PLC功能的扩展，特别是许多特殊功能单元、智能单元被当作I/O外设以及中断控制的利用等，对响应的及时性，提出了新的要求。因此正常的周期性的输入/输出交换信息就满足不了要求。例如，某中断源提出中断申请被响应后机器就转向执行中断子程序，在执行中断子程序后的输出信息当然希望尽早送到相关外外设，而不希望等到扫描周期的输入/输出阶段。又比如闭环控制系统，按照香农定理对系统确定了采样周期，它当然不可能与系统扫描周期一致，因此就希望在采样周期中系统能进行输入/输出的信息交换，以便及时采集到有关参数的数值进而实现控制。诸如此类，系统的周期性扫描与外设希望的及时响应矛盾的解决办法是设法将有关要输入/输出的信息分离出来，即这一部分信息的输入或输出与系统CPU的周期扫描脱离，利用专用的硬件单元（如快速响应I/O单元）或通过软件利用专门指令去执行某一I/O映像区的输入/输出（如利用定区I/O服务指令使定区的信息及时输入或输出，即取得立即执行）。5.中断输入处理

在可编程序控制器系统中，中断输入处理是由一块专用的特殊模板完成的。有关中断的概念及处理的思路和一般微机系统基本是一样的，即当有中断申请信号输入后，系统要中断正在执行的程序而转向执行相关的中断子程序；系统若有多个中断源时，它们之间按重要性有一个先后顺序的排队。系统由程序设定可以中断屏蔽等。此外，结合PLC工作的特点，中断的处理也有其特殊之处。

（1）中断的响应是在系统循环扫描周期的各个阶段。在可编程序控制器系统工作过程中，系统不仅对用户程序实行循环扫描，而且对输入、输出、编程器、通信单元及自诊断等，都实行循环扫描。因此对中断信号的响应也不限于用户程序的执行阶段，而是在循环扫描周期的各个阶段。那么，系统CPU是否也和一般微机系统CPU一样，在执行每一条指令结束时去查询有无中断申请呢?在可编程序控制器系统中，不是在每条指令执行结束后查询，而是在相关的程序块结束后查询中断申请，如有中断申请，则转入执行中断服务程序。如果用户程序是以块式结构组成的，则在每块结束或实行块调用时处理中断，

中断时间的决定因素有哪些?它应该包括：

① 等待响应时间t1。从外界中断源发出中断申请信息，到主CPU正在执行的程序块结束，CPU开始查询中断申请的时间。它与有关程序块的长短与中断申请发生的时刻有关，是一个在小范围内变化的随机量。

② 中断信号读入处理时间t2。从CPU查询出有中断申请至查清中断源并读入的时间③ 系统处理和中断服务程序的启动t3。它也是一个随机变量，与同时申请中断的中断源源数、中断排队及系统处理速度有关。

所以中断响应时间T=t1+t2+t3。

一般系统的中断响应时间为1～2ms。

（2）在可编程序控制器系统中，用户程序是循环扫描反复执行的。中断程序却不是每次扫描用户程序都要执行的，它只在中断申请被接受后执行一次，也就是说，中断申请只能使系统迅速去执行一次中断程序，而与中断程序中有关信息的状态及中断程序执行的结果无关，因此要想多运行几次中断子程序，则必须多进行几次中断申请。

（3）中断源先后排队顺序问题。在可编程序控制器系统中，中断源的信息是通过输入点而进入系统的，可编程序控制器扫描输入点是按顺序进行的，因此，中断源的先后顺序随它们占用的输入点编号的前后就自动排了顺序，因此在分配输入点时考虑一下中断源的主要性就可以解决中断源的排队问题。系统接到中断申请后，顺序扫描中断源，可能只有一个中断源申请中断，也可能同时有2个或多个中断源提出中断申请。系统在扫描中断源的过程中，就在存储器的一个特定区建立起“中断处理表”，按顺序存放中断信息，中断源被扫描过后，中断处理表亦建立完毕，系统就按照该表顺序先后转至相应的中断子程序入口地址。

PLC的控制容量就是I/O容量，也叫I/O能力，通常以离散量（数字量）个数计。不同的PLC的I/O容量的差别很大，一些微型的PLC的I/O能力在20点以下，而大型PLC的I/O能力可达10KB以上。由于I/O容量大小与存储容量的大小基本一致，生产厂家在生产PLC时，常以I/O容量的大小来设置不同的存储器容量。I/O模块、数据存储器与程序存储器之间的关系如图1-62所示。

（3）循环扫描周期

PLC 扫描周期也叫处理器扫描时间。通常将输入扫描与输出扫描合称为 I/O 扫描，因此处理器扫描时间为 I/O 扫描与程序扫描（逻辑扫描）之和。I/O 扫描时间是指处理器把其输出映像表中的数据写到输出模块和把输入数据从输入模块读到处理器输入映像数据表的时间。当处理器完成了系统中所有的 I/O 刷新后，就开始逻辑扫描。逻辑扫描是执行用户程序的时间，程序指令对某些条件进行检查并将该条件与输入映像表中的位相比较。如果映像表中的位与被检查的条件相符，则逻辑为真，处理器就刷新输出映像表中相应的位，这个过程将连续不断地进行，直至执行到逻辑扫描的结束语句为止。这时开始I/O扫描。

在I/O扫描期间，处理器将完成内务处理和离散数据传送两项工作。内务处理时间（一般不大于4.5ms）包括处理器的内部检查：用输出映像表数据刷新处理器基本框架上驻留本地I/O输出模块；用输出映像表的数据刷新远程I/O缓冲区；用处理器基本框架内的I/O输入状态刷新输入映像表；用存放在远程I/O缓冲区的远程I/O输入状态刷新输入映像表。在完成内务处理之后，处理器将进行扩展本地I/O框架（如果存在）的扫描：扩展本地I/O的离散数据在处理器数据映像表和扩展本地I/O框架中的I/O之间进行交换；扫描扩展本地I/O框架所需要的时间加上内务处理时间就是总的I/O扫描时间。

远程I/O系统是一种独立的与程序扫描不同步的扫描。远程I/O扫描从远程I/O缓冲区取输出数据送给输出模块，并将来自输入模块的输入数据放入远程I/O缓冲区；然后CPU在I/O扫描期间，再与远程I/O缓冲区进行输入和输出映像表数据的交换。

机器在正常运行状态下，每一个扫描周期都包含I/O扫描与用户程序扫描（逻辑扫描），而这两个过程在机器运行过程中所用的时间往往是可变的。特别对程序中有条件调用和子程序调用等情况，程序中指令数目难于确定，因此通常用执行1000条指令的时间（大约1～10ms/k指令）来衡量PLC的运行速度。

初的PLC只是一些简单的开关量逻辑控制器件，而且其控制数目有限，因此只有基本的输入/输出及程序控制指令，编程设备也很简陋。但可编程序控制器发展到现在，不仅其I/O能力大大增强，且实现了对模拟量的各种控制，其指令系统也得到了充分的发展，变得相当完善。如S7-300系列可编程序控制器的指令系统包括继电器指令、定时器和计数器、计算指令（包括三角函数、指数、幂运算等）、数据转换、诊断、移位寄存器、比较、数据传送、顺序器、立即I/O、程序控制和PID控制，以及顺序功能流程图指令等，是指令功能强的可编程序控制器之一。

在可编程序控制器不断发展、指令功能不断增强的同时，其开发手段也从早期的专用编程设备移到计算机上进行；计算机开发环境也从DOS转到Win98//XP/NT上，从而变得更加易于使用。除编程软件外，还有仿真软件，这使PLC的开发、调试可以在一台计算机上完成，缩短了应用系统的开发时间。通常在选择PLC时，不但要考虑PLC本身是否适合应用，同时还要考虑相应的开发环境及软件是否易用。

1.3 PLC软件基础

可编程序控制器的软件分为两大部分，系统监控程序和用户程序。

系统监控程序是由可编程序控制器的制造者编制的，用于控制可编程序控制器本身的运行。用户程序是由可编程序控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。

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S7-1200 CPU是一款强大的控制器，将微处理器(CPU)、一个集成电源、输入和输出集成在一起。CPU可以根据客户的程序逻辑管理输入信号，并相应地改变输出状态。这些程序逻辑包括计数、定时、复杂的数学操作和与其他智能设备进行通信。西门子S7-1200具有集成PROFINET接口和集成工艺功能，为各种工艺任务提供了简单的通信功能。

二、集成的技术和诊断

S7-1200 PLC集成了许多实用的技术和诊断功能。

1.高速计数器

高速计数器应用于比OB1块的执行速度还要快的计数事件。S7-1200 PLC为了对增量编码器、频率计数或过程事件高速计数的**监测，支持多达6个高速计数器。一些高速计数器允许选择是CPU集成输入或是信号板输入。CPU1214C以上级别的CPU都支持6路高速计数。

2.高速脉冲发生器

PLC通过发高速脉冲可控制步进电动机或伺服电动机。

S7-1200 CPU支持脉冲宽度调制(PWM)以控制占空比，支持脉冲序列输出(PTO)应用于运动控制指令。S7-1200 PLC支持多达4个脉冲发生器，脉冲发生器可以是CPU集成输出或信号板输出。