CPU的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。操作系統(tǒng)用來處理PLC的啟動、刷新過程映像輸入/輸出區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯誤、管理存儲區(qū)和通信等任務(wù)。

  用戶程序由用戶生成，用來實現(xiàn)用戶要求的自動化任務(wù)。STEP7將用戶編寫的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊FB和功能FC是用戶編寫的子程序，系統(tǒng)功能塊SFB 和系統(tǒng)功能SFC是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的標準子程序，它們和組織塊OB 統(tǒng)稱為邏輯塊。

  PLC得電或由STOP模式切換到RUN模式時，CPU執(zhí)行啟動操作，將沒有斷電保持功能的位存儲器、定時器和計數(shù)器清零，清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復(fù)位保存的硬件中斷等。此外還要執(zhí)行一次用戶生成的“系統(tǒng)啟動”組織塊 OB100，完成用戶指定的初始化操作。以后PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，這種運行方式也稱為掃描工作方式。

  在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為過程映像輸入?yún)^(qū)和過程映像輸出區(qū)。PLC梯形圖中的其他編程元件也有對應(yīng)的存儲區(qū)。

  下面是循環(huán)處理的各個階段的任務(wù)(見圖1-4)

  1)操作系統(tǒng)啟動循環(huán)時間監(jiān)控。

  2)CPU將過程映像輸出區(qū)的數(shù)據(jù)寫到輸出模塊。

  3)CPU讀取輸入模塊的輸入狀態(tài)，并存入過程映像輸入?yún)^(qū)。

  4)CPU處理用戶程序，執(zhí)行用戶程序中的指令。

  5)在循環(huán)結(jié)束時，操作系統(tǒng)執(zhí)行其他任務(wù)，例如下載和刪除塊，接收和發(fā)送全局數(shù)據(jù)等。

  6)CPU返回第一階段，重新啟動循環(huán)時間監(jiān)控。

  在啟動完成后，每次循環(huán)都要調(diào)用一次組織塊0B1。OB1是用戶程序中的主程序，它可以調(diào)用別的邏輯塊(FB、FC、SFB或SFC)。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。如果有中斷事件出現(xiàn)，當前正在執(zhí)行的塊被暫停執(zhí)行，并自動調(diào)用分配給該事件的組織塊。該組織塊被執(zhí)行完后，被暫停執(zhí)行的塊將從被中斷的地方開始繼續(xù)執(zhí)行。

  在循環(huán)程序處理過程中，CPU并不直接訪問I/O模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問CPU內(nèi)部的過程映像區(qū)。

  在寫輸出模塊階段，CPU將過程映像輸出區(qū)的狀態(tài)傳送到輸出模塊。梯形圖中某一數(shù)字量輸出位(例如Q4.0)的線圈“通電”時，對應(yīng)的過程映像輸出位為1狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。若梯形圖中輸出位的線圈“斷電”，對應(yīng)的過程映像輸出位為0狀態(tài)，在寫輸出模塊階段之后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。

  在讀輸入模塊階段，PLC把所有外部輸入電路的接通/斷開狀態(tài)讀入過程映像輸入?yún)^(qū)。外部輸入電路接通時，對應(yīng)的過程映像輸入位(例如 I0.0)為1狀態(tài)，梯形圖中該輸入位的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外部輸入電路斷開時，對應(yīng)的過程映像輸入位為0狀態(tài)，梯形圖中該輸入位的常開觸點斷開，常閉觸點接通。

  某一編程元件對應(yīng)的位為1狀態(tài)時，稱該編程元件的狀態(tài)為ON，該位為0狀態(tài)時，稱該編程元件的狀態(tài)為OFF。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入電路的狀態(tài)發(fā)生了變化，過程映像輸入位的狀態(tài)也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描循環(huán)周期的讀取輸入模塊階段被讀入過程映像輸入?yún)^(qū)。

  PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時，從過程映像輸入?yún)^(qū)或別的存儲區(qū)中將有關(guān)編程元件的0、1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到對應(yīng)的存儲區(qū)中，因此，各編程元件的存儲區(qū)的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。

  掃描循環(huán)時間

  循環(huán)時間(Cycle Time)是指操作系統(tǒng)執(zhí)行一次如圖1-4所示的循環(huán)操作所需的時間，循環(huán)時間又稱為掃描循環(huán)時間(Scan Cycle Time)或掃描周期。循環(huán)時間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在循環(huán)時間中占相當大的比例。在PLC處于運行模式時，可以從CPU的模塊信息對話框或OB1的局部變量獲得最大循環(huán)時間、最小循環(huán)時間和上一次的循環(huán)時間。

  循環(huán)時間會因為下列事件而延長中斷處理、診斷和故障處理、測試和調(diào)試功能、通信、傳送和刪除塊、壓縮用戶程序存儲器、讀/寫微存儲卡(MMC)等。