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輸入、輸出延遲響應(yīng)。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，即對信息采用串行的處理方式，導(dǎo)致輸入、輸出延遲響應(yīng)。從PLC的輸入端有一個輸入信號發(fā)生變化到PLC輸出端對該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時間，這段時間就稱為響應(yīng)時間或滯后時間（通常為幾十毫秒），這種現(xiàn)象稱為輸入、輸出延遲響應(yīng)或滯后現(xiàn)象。

    從PLC的工作原理可以看出，輸入信號的變化是否能改變其對應(yīng)輸人映像區(qū)的狀態(tài)，主要取決于兩點：①輸入信號的變化要經(jīng)過輸入模塊的轉(zhuǎn)換才能進入PLC內(nèi)部，這個轉(zhuǎn)換需要時間，就是說要經(jīng)過一定的延時才能進到PLC內(nèi)部，這一延時稱輸入延時；②進入了PLC的信號只有在PLC處在輸入刷新階段時才能把輸入的狀態(tài)讀到PLC的CPU輸入映像區(qū)，此延時長可達一個掃描周期T，短接近于零，只有經(jīng)過了上述兩個延時，CPU才有可能讀入輸入信號的狀態(tài)。輸入延時是CPU可能讀到輸入端子信號狀態(tài)發(fā)生變化的短時間，而輸入端子信號的狀態(tài)變化被CPU讀到的長時間可達“掃描周期T+信號轉(zhuǎn)化輸入延時”，故輸入信號的脈沖寬度至少要比一個掃描周期T稍大。

    當(dāng)PLC根據(jù)用戶程序進行運算操作，把運算結(jié)果賦給輸出端時也需要延時，該延時也由兩部分組成。*個延時是發(fā)生在運算結(jié)果必須在輸出刷新時，才能送人輸出映像區(qū)的輸出信號鎖存器中，此延時長可達一個掃描周期T，短接近于零。第二個延時是輸出信號鎖存器的狀態(tài)要通過輸出模塊的轉(zhuǎn)換才能成為輸出端的信號，這個輸出轉(zhuǎn)換需要的時間稱輸出延時。只有經(jīng)過上述兩個延時，CPU才可能把輸出信號的狀態(tài)傳送到輸出端子。注意，在一個用戶程序中，如果給一個輸出端對應(yīng)的輸出映像區(qū)多次賦值，中間狀態(tài)的變化會改變所連輸出映像區(qū)的狀態(tài)，但只有后一次賦值才能送到輸出端子，這里是所謂執(zhí)行指令的后者優(yōu)先。

    由PLC循環(huán)掃描工作方式等因素而產(chǎn)生輸入、輸出延遲響應(yīng)，在編程中，語句的安排也會影響響應(yīng)時間。對一般的工業(yè)控制，這種PLC輸入／輸出響應(yīng)滯后是*允許的，但是不能滿足那些要求響應(yīng)時間小于掃描周期的控制系統(tǒng)，這時可以使用智能輸入／輸出單元（如快速響應(yīng)I/O模塊）或?qū)ｉT的指令（如立即I/O指令），通過與掃描周期脫離的方式來解決。應(yīng)該注意的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由PLC掃描工作方式造成的，更主要的是PLC輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程序設(shè)計有關(guān)。滯后時間是設(shè)計PLC應(yīng)用系統(tǒng)時應(yīng)注意的一個參數(shù)。

    (2)響應(yīng)時間。響應(yīng)時間是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時應(yīng)了解的一個重要參數(shù)，它與以下因素有關(guān)：①輸入電路濾波時間，它由RC濾波電路的時間常數(shù)決定，改變時間常數(shù)可調(diào)整輸入延遲時間；②輸出電路的滯后時間，它與輸出電路的輸出方式有關(guān)，繼電器輸出方式的滯后時間約10ms，雙向晶閘管輸出方式在接通負(fù)載時滯后時間約為1ms、切斷負(fù)載時滯后時間小于10ms，晶體管輸出方式的滯后時間小于1ms;③PLC循環(huán)掃描的工作方式；④PLC對輸入采樣、輸出刷新的集中處理方式；⑤用戶程序中語句的安排。

    這些因素中有的目前不能改變，有的可以通過恰當(dāng)選擇、合理編程得到改善。例如，選用晶閘管輸出方式或晶體管輸出方式可以加快響應(yīng)速度。

    如果PLC在一個掃描周期剛結(jié)束之前收到一個輸入信號，在下一個掃描周期進入輸入采樣階段，這個輸入信號就被采樣，使輸入更新，這時響應(yīng)時間短。

    短響應(yīng)時間=輸入延遲時間+一個掃描周期+輸出延遲時間

    如果收到一個輸入信號經(jīng)輸入延遲后，剛好錯過I/O刷新時間，在該掃描周期內(nèi)這個輸入信號無效，要等到下一個掃描周期輸入采樣階段才被讀人，使輸入更新，這時響應(yīng)時間長。

    長響應(yīng)時間=輸入延遲時間+兩個掃描周期+輸出延遲時間

    輸入信號如剛好錯過I/O刷新時間，至少應(yīng)持續(xù)一個掃描周期的時間，才能保證被系統(tǒng)捕捉到。對于持續(xù)時間小于一個掃描周期的窄脈沖，可以通過設(shè)置脈沖捕捉功能使系統(tǒng)捕捉到。設(shè)置脈沖捕捉功能后，輸入端信號的狀態(tài)變化被鎖存并一直保持到下一個掃描周期輸入刷新階段。這樣，可使一個持續(xù)時間很短的窄脈沖信號保持到CPU讀到為止。

    把圖1-15所示未優(yōu)化的梯形圖改成圖1-16所示重新優(yōu)化后的梯形圖后，考察從外部輸入觸點I0.0接通到Q0.0驅(qū)動的負(fù)載接通所經(jīng)歷的響應(yīng)延遲，縮短了一個掃描周期。

    圖1-15    未優(yōu)化的梯形圖

    圖1-16    重排優(yōu)化后的梯形圖

    PLC總的響應(yīng)延遲時間一般只有幾十毫秒，這對于一般的系統(tǒng)來說是無關(guān)緊要的，對要求輸入與輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的PLC或采取其他措施。

    (3) PLC對輸入、輸出的處理規(guī)則。PLC與繼電器控制系統(tǒng)對信息處理方式是不同的：繼電器控制系統(tǒng)是“并行”處理方式，只要電流形成通路，可以有幾個電器同時動作；而PLC是以掃描的方式處理信息，它是順序地、連續(xù)地、循環(huán)地逐條執(zhí)行程序，在任何時刻它只能執(zhí)行一條指令，即以“串行”處理方式工作。因而在考慮PLC的輸入、輸出之間的關(guān)系時，應(yīng)充分注意它的周期掃描工作方式。在用戶程序執(zhí)行階段，PLC對輸入、輸出的處理遵循以下規(guī)則：輸入映像寄存器的內(nèi)容在整個工作周期內(nèi)是不變的，保存值決定于刷新階段輸入端子的狀態(tài)；輸出映像寄存器的內(nèi)容是隨程序的執(zhí)行而變化的；輸出鎖存器的狀態(tài)由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器的狀態(tài)決定；輸出端子板上各輸出端的狀態(tài)由輸出鎖存器來確定；執(zhí)行程序時所用的輸入、輸出狀態(tài)值取用于輸入、輸出映像寄存器的狀態(tài)。

    盡管PLC采用周期性循環(huán)掃描的工作方式，而發(fā)生輸入、輸出響應(yīng)滯后的現(xiàn)象，但只要使其一個掃描周期足夠短，采樣頻率足夠高，足以保證輸入變量條件不變，即如果在*個掃描周期內(nèi)對某一輸入變量的狀態(tài)沒有捕捉到，保證在第二個掃描周期執(zhí)行程序時使其存在。這樣，*可以認(rèn)為PLC恢復(fù)了系統(tǒng)對被控制變量控制的并行性。

    借助一些輔助繼電器，把輸入映像寄存器的狀態(tài)暫時記憶下來，待新的循環(huán)周期中使用，則有利于鑒別輸入映像寄存器狀態(tài)的變化，這就是映像寄存器狀態(tài)的掩藏。掃描周期的長短和程序的長短有關(guān)，和每條指令的執(zhí)行時間長短有關(guān)，而后者又和指令的類型及PLC的主頻(CPU內(nèi)核工作的時鐘頻率有關(guān)。
PLC對用戶程序的執(zhí)行是以循環(huán)掃描方式進行的。PLC的這種程序運行方式與微型計算機有很大的不同。微型計算機運行程序時，一旦執(zhí)行到END指令，程序運行結(jié)束，而PLC從0000號存儲地址所存放的*條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到END指令結(jié)束，然后再從頭開始執(zhí)行，并周而復(fù)始地執(zhí)行，直到停機或從運行(RUN)切換到停止(STOP)工作狀態(tài)為止。PLC每掃描完一次程序就構(gòu)成一個掃描周期。

    CPU不同時執(zhí)行多個操作，只按分時操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時（并行）完成的。這種串行工作過程即為PLC的掃描工作方式，它與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比有明顯的不同，繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式：在執(zhí)行過程中，如果一個繼電器的線圈通電，則該繼電器的所有常開和常閉觸點，無論處在控制線路的什么位置，都會立即動作，即常開觸點閉合，常閉觸點斷開。PLC采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式（串行工作方式）：在PLC的工作過程中，如果某一個軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開和常閉觸點并不一定都會立即動作，只有CPU掃描到該觸點時才會動作，即常開觸點閉合，常閉觸點斷開。

    PLC對用戶程序進行循環(huán)掃描分為也必須分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，如圖1-14所示。

    (1)輸入采樣階段。這是*個集中批處理過程，在這個階段中，PLC按順序逐個采集所有輸入端子上的信號，不論輸人端子上是否接線，CPU都順序讀取全部輸入端的信號，將所有采集到的一批輸入信號寫到輸入映像寄存器中。此時輸入映象寄存器被刷新，隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)，用戶程序用到的輸入信號的狀態(tài)（ON或OFF）均從輸入映像寄存器中讀取，不管此時外部輸入信號的狀態(tài)是否變化。即使此時外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個掃描周期的輸入采樣掃描階段讀取。對于這種采集輸入信號的批處理，嚴(yán)格上說雖然每個信號被采集的時間有先有后，但由于PLC的掃描周期很短，這個差異對一般工程應(yīng)用而言可忽略不計，所以可以認(rèn)為這些采集到的輸入信息是同時的。

    (2)程序執(zhí)行階段。這是第二個集中批處理過程，在執(zhí)行用戶程序階段，CPU對用戶程序按順序進行掃描。如程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左至右的順序進行掃描。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。每掃描到一條指令，若其涉及輸入信息的狀態(tài)，則均從輸入映像寄存器中讀取，而不是直接使用現(xiàn)場的立即輸入信號；對其他信息，則是從PLC的元件映像寄存器中讀取。根據(jù)用戶程序進行運算后，每一次運算的中間結(jié)果都立即寫入元件映像寄存器中，對輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對數(shù)字量I/O指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量I/O指令進行處理，在掃描周期的各個部分，均可對中斷事件進行響應(yīng)。

    在這個階段，除了輸入映像寄存器外，各個元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而不斷變化的。

    (3)輸出刷新階段。這是第三個集中批處理過程，當(dāng)CPU對全部用戶程序掃描結(jié)束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）經(jīng)輸出端子去驅(qū)動外部負(fù)載。

    在輸出刷新階段結(jié)束后，CPU進入下一個掃描周期，重新執(zhí)行輸入采樣，周而復(fù)始。

    在一個掃描周期內(nèi)，PLC對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進行。當(dāng)PLC進入程序執(zhí)行階段后輸人端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才對輸入狀態(tài)進行重新采樣。這種方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內(nèi)，集中一段時間對輸入狀態(tài)進行采樣。在用戶程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值，則只有后一次賦值有效。在一個掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進行刷新；在其他階段，輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中，這種方式稱為集中輸出。

    集中采樣與集中輸出的工作方式是PLC的又一特點，在采樣期間，將所有輸入信號（不論該信號當(dāng)時是否要用）一起讀人，此后在整個程序處理過程中PLC系統(tǒng)與外界隔離，直至輸出控制信號。外界信號狀態(tài)的變化要等到下一個工作周期再進行新一輪采集，這樣從根本上提高了系統(tǒng)的抗*力，提高了系統(tǒng)的可靠性。

    在程序執(zhí)行階段，由于輸出映像區(qū)的內(nèi)容會隨程序執(zhí)行的進程而變化，因此，在程序執(zhí)行過程中，所掃描到的功能經(jīng)解算后，其結(jié)果馬上就可被后面將要掃描到的邏輯的解算利用，因而簡化了程序設(shè)計。

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