第7章 可編程控制器

第7章可編程控制器 7 1可編程控制器概述7 2可編程控制器的硬件配置7 3西門子S7 200系列可編程控制器簡介7 4可編程邏輯控制器程序設(shè)計(jì) 什么是PLC 是一種工業(yè)控制裝置 是在電氣控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的 并逐漸發(fā)展成為以微處理器為基礎(chǔ) 將計(jì)算機(jī)技術(shù) 半導(dǎo)體集成技術(shù) 自動控制技術(shù) 數(shù)字技術(shù) 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融為一體的一種新型通用工業(yè)自動控制裝置 通用叫法中文名稱為可編程控制器 ProgrammableController PC 為區(qū)別于PersonalComputer PC 故沿用最初英文名稱為ProgrammableLogicController 簡稱PLC 7 1可編程控制器概述 7 1 1發(fā)展歷史 19世紀(jì)末揭開了電氣控制技術(shù)的序幕 20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了繼電接觸器控制系統(tǒng) 因?yàn)槔^電接觸器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn) 接線復(fù)雜 體積大 耗能多 不便于檢查和維護(hù) 有觸點(diǎn)的電器工作頻率很低 在頻繁動作情況下壽命短 從而造成系統(tǒng)故障 使生產(chǎn)線的可靠性降低 甚至可能嚴(yán)重地影響生產(chǎn) 如果工藝要求發(fā)生變化 控制柜內(nèi)的元件和接線需要作相應(yīng)的變動 改造的工期長 費(fèi)用高 1 可編程控制器的產(chǎn)生 背景 1968年 美國通用汽車 GM 公司為實(shí)現(xiàn) 多品種 小批量 不斷翻新汽車品牌型號 的戰(zhàn)略 公開招標(biāo)新型工業(yè)控制裝置 它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)及接線 以降低成本 縮短周期 1968年 GM公司提出新型工業(yè)控制裝置的十項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 編程簡單 可在現(xiàn)場修改程序 維護(hù)方便 采用插件式結(jié)構(gòu) 可靠性高于繼電器控制柜 體積小于繼電器控制柜 成本可與繼電器控制柜競爭 可將數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī) 可直接使用115V交流輸入電壓 輸出采用115V交流電壓 能直接驅(qū)動電磁閥 交流接觸器等 通用性強(qiáng) 擴(kuò)展方便 能存儲程序 存儲器容量可以擴(kuò)展到4KB 1969年 美國數(shù)字設(shè)備公司研制第一臺可編程控制器 并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場 2 PLC的四個發(fā)展階段 第一代 用一位機(jī)開發(fā) 磁芯存儲器存儲 只具有單一的邏輯控制功能 第二代 使用8位微處理器及半導(dǎo)體存儲器 產(chǎn)品開始系列化 第三代 高性能微處理器的使用 使PLC的處理速度大大提高 從而促使它向多功能及聯(lián)網(wǎng)通訊方向發(fā)展 第四代 不僅全面使用16位 32位高性能微處理器 精簡指令系統(tǒng)CPU RISC 等高級CPU 而且在一臺PLC中配置多個微處理器 進(jìn)行多道處理 同時 生產(chǎn)了大量內(nèi)含微處理器的智能模板 使得第四代PLC成為具有邏輯控制功能 過程控制功能 運(yùn)動控制功能 數(shù)據(jù)處理功能 聯(lián)網(wǎng)通訊功能的真正名副其實(shí)的多功能產(chǎn)品 同一時期 由PLC構(gòu)成的PLC網(wǎng)絡(luò)也得到飛速發(fā)展 3 可編程控制器的定義 1985年 國際電工委員會 IEC 定義 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng) 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì) 它采用可編程序的存儲器 用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算 順序控制 定時 計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令 并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出 控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程 可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備 都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體 易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì) 1987年 美國電氣制造協(xié)會也對PLC作定義 可編程序控制器是一種帶有指令存儲器和數(shù)字或模擬I O接口 以位運(yùn)算為主 能完成邏輯 順序 定時 計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能 用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過程的自動控制裝置 4 PLC控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別 1 PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部大多采用 軟 繼電器 軟 接點(diǎn)和 軟 線連接 其控制邏輯由存儲在內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn) 且無磨損現(xiàn)象 壽命長 2 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊 體積小 連線少 3 PLC控制功能改變 一般僅修改程序即可 極方便 4 PLC每只軟繼電器供編程用的觸點(diǎn)數(shù)有無限對 使PLC控制系統(tǒng)有很好的靈活性和擴(kuò)展性 5 在PLC中 由于采用掃描工作方式 不存在幾個并列支路同時動作的因素 因此設(shè)計(jì)過程大為簡化 可靠性增強(qiáng) 6 PLC控制系統(tǒng)具有自檢功能 能查出自身的故障 隨時顯示給操作人員 并能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況 為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便 還具有聯(lián)網(wǎng)功能 5 PLC與微型計(jì)算機(jī)的主要差異及特點(diǎn) 1 PLC抗干擾性能較微型計(jì)算機(jī)高 2 PLC編程比微型計(jì)算機(jī)簡單 3 PLC組成的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試周期短 4 PLC的輸入 輸出響應(yīng)速度慢 有較大的滯后現(xiàn)象 一般為ms級 而微型計(jì)算機(jī)的響應(yīng)速度快 為ns級 5 PLC易于操作 人員培訓(xùn)時間短 而微型計(jì)算機(jī)則比較難 6 PLC便于維修 微型計(jì)算機(jī)則較困難 7 1 2性能特點(diǎn) 無觸點(diǎn)免配線 可靠性高 抗干擾能力強(qiáng)通用性強(qiáng) 控制程序可變 使用方便硬件配套齊全 用戶使用方便 適應(yīng)性強(qiáng)編程簡單 容易掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 安裝 調(diào)試工作量少維修工作量小 維護(hù)方便體積小 能耗低 性能價格比高 1 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 7 1 3應(yīng)用及發(fā)展趨勢 控制柜內(nèi)PLC 控制柜內(nèi)部 控制柜觸摸顯示屏 控制柜 向高性能 高速度 大容量發(fā)展為了提高PLC的處理能力 要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲容量 目前 有的PLC的掃描速度可達(dá)0 1ms k步左右 PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標(biāo) 在存儲容量方面 有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié) 為了擴(kuò)大存儲容量 有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤 2 PLC的發(fā)展趨勢 向小型化和大型化兩個方向發(fā)展小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展 使配置更加靈活 為了市場需要已開發(fā)了各種簡易 經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC 最小配置的I O點(diǎn)數(shù)為8 16點(diǎn) 以適應(yīng)單機(jī)及小型自動控制的需要 大型化是指大中型PLC向大容量 智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展 使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng) 對大規(guī)模 復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動控制 現(xiàn)已有I O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型PLC 其使用32位微處理器 多CPU并行工作和大容量存儲器 功能強(qiáng) 大力開發(fā)智能模塊 加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與通信能力為滿足各種控制系統(tǒng)的要求 不斷開發(fā)出許多功能模塊 如高速計(jì)數(shù)模塊 溫度控制模塊 遠(yuǎn)程I O模塊 通信和人機(jī)接口模塊等 PLC的聯(lián)網(wǎng)與通信有兩類 PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信 各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段 PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信 為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與和通信能力 PLC生產(chǎn)廠家也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn) 以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 增強(qiáng)外部故障的檢測與處理能力據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明 在PLC控制系統(tǒng)的故障中 CPU占5 I O接口占15 輸入設(shè)備占45 輸出設(shè)備占30 線路占5 前二項(xiàng)共20 故障屬于PLC的內(nèi)部故障 它可通過PLC本身的軟 硬件實(shí)現(xiàn)檢測 處理 而其余80 的故障屬于PLC的外部故障 PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制 發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊 進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性 編程語言多樣化在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時 PLC的編程語言也越來越豐富 功能也不斷提高 除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖 語句表語言外 為了適應(yīng)各種控制要求 出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言 面向過程控制的流程圖語言 與計(jì)算機(jī)兼容的高級語言 BASIC C語言等 等 多種編程語言并存 互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢 7 2可編程序控制器的硬件配置 7 2 1基本組成 主要由CPU模塊 I O模塊 電源 編程器等外設(shè)組成 FX系列PLC的硬件配置圖 FX系列PLC的網(wǎng)絡(luò)通信能力 1 CPU模塊 CPU模塊由微處理器 CPU芯片 和存儲器組成 輸入處理 從輸入模塊將輸入信號和數(shù)據(jù)讀入輸入映象寄存器和數(shù)據(jù)寄存器 執(zhí)行用戶程序 讀入和解釋用戶程序 完成數(shù)據(jù)的存取 傳送和處理 并用運(yùn)算結(jié)果更新輸出映象寄存器的內(nèi)容 產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號 輸出處理 將輸出映象寄存器的內(nèi)容送到輸出模塊 CPU模塊采用掃描工作方式 CPU芯片的功能就是讀輸入 執(zhí)行程序 寫輸出 存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序 用戶程序及工作數(shù)據(jù) 1 微處理器CPU 通用微處理器 如8086 單片微處理器 如8031 位片式微處理器 如AND2900 由運(yùn)算器 寄存器 控制器 總線接口等功能模塊組成 小型PLC 8位通用或單片微處理器 中型PLC 16位通用或單片微處理器 大型PLC 采用位片式微處理器 2 存儲器 PLC的存儲器有三種分類方式 1 按介質(zhì)分類 隨機(jī)存取存儲器或稱讀 寫存儲器 RAM 只讀存儲器 ROM 可擦除可編程序的只讀存儲器 EPROM 可電擦除的只讀存儲器 E2PROM 2 按用途分類 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū) 系統(tǒng)RAM存儲區(qū) 3 按內(nèi)存的分布分類 主內(nèi)存 是內(nèi)存的主體 也是PLC直接訪問的對象 輔助內(nèi)存 用于存放用戶程序的備份 當(dāng)PLC上電初始化時 把它的內(nèi)容拷貝到主內(nèi)存的用戶程序區(qū) 供PLC的CPU運(yùn)行 存儲卡 配有電池 可長期保存程序 2 輸入 輸出 I O 模塊 輸入 Input 輸出 Output 模塊 單元簡稱為I O單元或I O模塊 I O模塊是聯(lián)系PLC的CPU模塊和外部現(xiàn)場的橋梁 I O模塊具有傳遞信號 電平轉(zhuǎn)換與電氣隔離的作用 PLC通過輸入模塊采集各種輸入信號 并以此為依據(jù)進(jìn)行處理 最終通過輸出模塊控制接觸器 電磁閥 電磁鐵 調(diào)節(jié)閥 調(diào)速裝置等執(zhí)行器 實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制 I O模塊采用光電隔離 實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離 減小了電磁干擾 外部信號通常分開關(guān)量信號和模擬量信號 開關(guān)量信號 主要來自按鈕 選擇開關(guān) 數(shù)字撥碼開關(guān) 限位開關(guān) 接近開關(guān) 光電開關(guān) 壓力繼電器等器件 只有接通和斷開兩種狀態(tài) 模擬量信號 是通過電位器 熱電耦 測速發(fā)電機(jī)和各種變送器將壓力 溫度 流量等物理量變換成連續(xù)變化的電壓或電流信號 I O模塊通?？煞譃?開關(guān)量I O模塊模擬量I O模塊特殊I O模塊 I O模塊輸入 輸出口的個數(shù)通常稱為I O點(diǎn)數(shù) 1 開關(guān)量I O模塊 輸入模塊用于接收和采集各種開關(guān)量輸入信號 對輸入信號 按鈕 行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號 進(jìn)行濾波 隔離和電平轉(zhuǎn)換等處理 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號可靠 安全地傳送到PLC的內(nèi)部 1 輸入模塊 開關(guān)量輸入模塊的典型電路按外部電源不同分為 直流輸入電路交流輸入電路交直流輸入電路 輸入模塊的外部接線方式有三種 匯點(diǎn)式 分組式 分隔式 適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)中輸入信號電平的多樣性 直流輸入電路 交流輸入電路 交直流輸入電路 2 輸出模塊 輸出模塊是PLC驅(qū)動負(fù)載的輸出電路 將主機(jī)向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行電路的信號 以控制接觸器線圈等電器通斷電 同時它還具有功率放大 濾波 隔離和電平轉(zhuǎn)換等功能 開關(guān)量輸出模塊的典型電路按使用的輸出開關(guān)器件不同分為 繼電器輸出電路晶體管輸出電路晶閘管輸出電路 輸出模塊的外部接線方式有三種 匯點(diǎn)式 分組式 分隔式 適應(yīng)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需電流的多樣性 低速大功率 驅(qū)動交 直流負(fù)載 高速小功率 驅(qū)動直流負(fù)載 高速大功率 驅(qū)動交流負(fù)載 繼電器輸出電路 晶體管輸出電路 晶閘管輸出電路 模擬量I O模塊的主要任務(wù)就是對輸入信號進(jìn)行A D轉(zhuǎn)換 對輸出信號進(jìn)行D A轉(zhuǎn)換 其轉(zhuǎn)換精度由轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定 2 模擬量I O模塊 3 特殊I O模塊 特殊I O模塊是為了降低費(fèi)用或簡化編程過程 增強(qiáng)PLC的功能 擴(kuò)大PLC應(yīng)用范圍而開發(fā)的各種I O模塊 也經(jīng)常作為獨(dú)立的模塊供PLC系統(tǒng)根據(jù)具體的工藝控制要求進(jìn)行選擇配置 1 PID過程控制模塊 過程控制是指對連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制 過程控制通常采用PID 比例 積分 微分 控制方式 閉環(huán)控制運(yùn)算由PID過程控制模塊中的CPU完成 PLC有最高工作頻率受掃描周期的限制 一般僅有幾十Hz 但是在工業(yè)控制中 有時要求PLC對來自旋轉(zhuǎn)編碼器 機(jī)械開關(guān)或電子開關(guān)的高速脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) 由此產(chǎn)生的高速計(jì)數(shù)模塊可以對幾十千Hz甚至上兆Hz的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) 以保證能及時驅(qū)動負(fù)載 2 高速計(jì)數(shù)模塊 3 運(yùn)動控制模塊 運(yùn)動控制模塊一般帶有微處理器 用來控制運(yùn)動物體的位置 速度和加速度 它可以控制直線運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 模塊用存儲器來存儲給定的運(yùn)動曲線 從位置傳感器得到當(dāng)前的位置值 并與給定值相比較 比較的結(jié)果用來控制伺服電動機(jī)或步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動裝置 4 通信模塊 PLC的通信模塊用來完成PLC之間 PLC與其它智能控制設(shè)備或主計(jì)算機(jī)之間的通信 5 熱電阻 熱電耦模塊 在生產(chǎn)中 溫度是最常見的一種信號 廠商也專門生產(chǎn)了相應(yīng)的熱電阻 熱電耦模塊 它們提供了PLC與熱電阻和熱電耦的連接接口 3 電源 電源單元是PLC的電源供給部分 其作用是把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源 PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源供電 PLC的電源一般采用開關(guān)電源 以供內(nèi)部電路使用 與普通電源相比 PLC電源的穩(wěn)定性好 抗干擾能力強(qiáng) 對電網(wǎng)穩(wěn)定度要求不高 小型PLC可為輸入電路和外部電子傳感器提供DC24V電源 驅(qū)動PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供 編程器的基本作用是供用戶編輯 調(diào)試和輸入用戶程序 同時還可以用于監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行時各種編程元件的工作狀態(tài)情況 與PLC進(jìn)行人 機(jī)對話 4 編程器及其它外部設(shè)備 1 專用編程器簡易 指令編程器 只能輸入和編輯指令表程序 不能直接輸入和編輯梯形圖程序 圖形 智能編程器 可以直接生成和編輯梯形圖程序 分為液晶顯示編程器和CRT編程器 1 編程器 2 通用計(jì)算機(jī)開發(fā)系統(tǒng) 采用以通用計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的編程系統(tǒng) 對于不同型號和廠家的PLC 只需采用相應(yīng)的編程軟件即可 它既可以編制 修改PLC各種語言的程序 進(jìn)行文檔管理 對工業(yè)現(xiàn)場和系統(tǒng)仿真 監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行 還可以利用網(wǎng)絡(luò)軟件 構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 2 外存儲器 PLC的CPU模塊內(nèi)的半導(dǎo)體存儲器稱為內(nèi)存儲器 簡稱為內(nèi)存 而磁帶和磁盤稱為外存儲器 3 人 機(jī)接口裝置 人 機(jī)接口用來實(shí)現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)之間的對話 最基本的人 機(jī)接口是由按鈕 轉(zhuǎn)換開關(guān) 撥碼開關(guān) 指示燈 LED數(shù)字顯示器和聲光報(bào)警器等元件組成的控制臺 人 機(jī)接口上這些元件狀態(tài)的改變 一方面作為PLC的輸入信號 控制PLC的運(yùn)行狀態(tài) 另一方面接收PLC的輸出信號 指示PLC系統(tǒng)的工作情況 1 按硬件結(jié)構(gòu)分類 7 2 2分類 整體式PLC將電源 CPU I O接口等部件都集中裝在一個機(jī)箱內(nèi) 具有結(jié)構(gòu)緊湊 體積小 價格低等特點(diǎn) 模塊式PLC將PLC各組成部分分別作成若干個單獨(dú)的模塊 如CPU模塊 I O模塊 電源模塊 有的含在CPU模塊中 以及各種功能模塊 緊湊式 疊裝式PLC還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來 小型PLCI O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下的為小型PLC 其中I O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型或微型PLC 中型PLCI O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上 2048點(diǎn)以下的為中型PLC大型PLCI O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC 其中I O點(diǎn)數(shù)超過8192點(diǎn)的為超大型PLC 2 按I O點(diǎn)數(shù)分類 低檔PLC具有邏輯運(yùn)算 定時 計(jì)數(shù) 移位以及自診斷 監(jiān)控等基本功能 還可有少量模擬量輸入 輸出 算術(shù)運(yùn)算 數(shù)據(jù)傳送和比較 通信等功能 中檔PLC具有低檔PLC功能外 增加模擬量輸入 輸出 算術(shù)運(yùn)算 數(shù)據(jù)傳送和比較 數(shù)制轉(zhuǎn)換 遠(yuǎn)程I O 子程序 通信聯(lián)網(wǎng)等功能 有些還增設(shè)中斷 PID控制等功能 高檔PLC具有中檔機(jī)功能外 增加帶符號算術(shù)運(yùn)算 矩陣運(yùn)算 位邏輯運(yùn)算 平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)運(yùn)算 制表及表格傳送等 高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能 3 按功能分類 7 2 3基本工作原理 掃描周期指每掃描一個循環(huán)所用的時間 PLC的工作方式 循環(huán)掃描工作方式 CPU從第一條指令開始執(zhí)行 遇到結(jié)束符又返回第一條 不斷循環(huán) PLC的工作模式 PLC的工作模式分為運(yùn)行RUN和停止STOP兩種 RUN模式執(zhí)行用戶程序 RUN LED亮 STOP模式不執(zhí)行用戶程序 可將用戶程序和硬件設(shè)置信息下載到PLC TERM 終端 模式與通信有關(guān) 工作模式的改變A 用CPU上的模式開關(guān) B 用STEP7 Micro WIN編程軟件 C 用程序中插入STOP指令來改變 PLC的基本工作過程 讀外部輸入的狀態(tài)內(nèi)部存儲的用戶程序根據(jù)讀入的狀態(tài)計(jì)算結(jié)果向外部執(zhí)行裝置輸出控制結(jié)果 電動機(jī) 接觸器 起動和停止按鈕 用戶程序 PLC工作過程 1 運(yùn)行 Run 模式 PLC在運(yùn)行 Run 狀態(tài)下 通常將執(zhí)行一次掃描操作的5個階段所需的時間稱為掃描周期 掃描周期與CPU的運(yùn)行速度 PLC硬件配置及用戶程序的長短有關(guān) 典型值為1ms 100ms PLC通過設(shè)置CPU內(nèi)部的監(jiān)視定時器來監(jiān)視每次掃描的時間是否超過規(guī)定時間 以避免程序進(jìn)入死循環(huán) 說明 2 停止 Stop 模式 自診斷處理 階段 PLC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常 復(fù)位監(jiān)控定時器 WDT 檢查程序執(zhí)行結(jié)果是否正確 進(jìn)行奇偶校驗(yàn) 判斷程序執(zhí)行時間是否超時 刷新具有斷電保持功能的繼電器現(xiàn)有值以及完成其它一些內(nèi)部工作 如果出現(xiàn)故障 則停止中央處理工作并報(bào)警提示 通信信息處理 階段 PLC與編程器交換信息 PLC與別的帶微處理器的智能裝置通信 如數(shù)字處理器 PLC與網(wǎng)絡(luò)通訊 當(dāng)PLC配有網(wǎng)絡(luò)通訊模塊時 應(yīng)與通訊對象進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 采樣 PLC以掃描工作方式按順序?qū)⑺械妮斎胄盘栕x入到輸入映像寄存器中進(jìn)行存儲 輸入映像寄存器從PLC的存儲器中劃分出來專門用來存放輸入信號狀態(tài)的存儲區(qū) 當(dāng)外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時 對應(yīng)的輸入映像寄存器為 1 狀態(tài) 外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開時 對應(yīng)的輸入映像寄存器為 0 狀態(tài) 輸入處理 階段 采樣 注意 在一個掃描工作周期內(nèi) 采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變 它是PLC程序執(zhí)行時使用的輸入量的依據(jù) 外部輸入信號狀態(tài)在被采樣后發(fā)生的變化 只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入 CPU從用戶程序的第一條指令開始 逐條執(zhí)行 直到程序結(jié)束 在執(zhí)行某條指令時 先從映像寄存器中將有關(guān)數(shù)據(jù)讀出來 然后根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)算 處理 最后將運(yùn)算的結(jié)果寫入到對應(yīng)的元件映像寄存器中 供后面指令程序執(zhí)行時使用 輸出映像寄存器從PLC的存儲器中劃分出來專門用來存放輸出信號狀態(tài)的存儲區(qū) 程序執(zhí)行 階段 注意 除輸入映像寄存器外 各編程元件的映像寄存器的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化 輸出映像寄存器的狀態(tài)在整個程序執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端子上去影響輸出電路狀態(tài)的改變 PLC將輸出映像寄存器的 0 1 狀態(tài)傳送到輸出鎖存器進(jìn)行鎖存 以驅(qū)動PLC系統(tǒng)輸出端的用戶設(shè)備 當(dāng)某輸出映像寄存器為 1 狀態(tài)時 系統(tǒng)外部負(fù)載通電工作 當(dāng)某輸出映像寄存器為 0 狀態(tài)時 則使外部負(fù)載斷電 停止工作 鎖存器中的內(nèi)容將保持到下一次 輸出處理 階段才會被更新 PLC外部的實(shí)際輸出狀態(tài)也隨之改變 輸出刷新 階段 PLC的信息處理規(guī)則輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于各輸入端子在輸入刷新期間的接通或斷開狀態(tài) 程序如何執(zhí)行取決于用戶程序和輸入映像寄存器 輸入狀態(tài)表 內(nèi)部元件寄存器的內(nèi)容 在程序執(zhí)行中 輸入映像寄存器內(nèi)容不會改變 但元件寄存器和輸出映像寄存器內(nèi)容卻隨程序執(zhí)行進(jìn)程不斷刷新 輸出映像寄存器 輸出狀態(tài)表 內(nèi)容取決于所有輸出指令的執(zhí)行結(jié)果 輸出鎖存器內(nèi)容決定于上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器的內(nèi)容 所有輸出端子狀態(tài)由輸出鎖存器決定 用戶程序循環(huán)掃描示例 輸入處理 用戶程序循環(huán)掃描示例 程序執(zhí)行 用戶程序循環(huán)掃描示例 輸出處理 PLC屬于一種 串行 工作方式 以循環(huán)掃描工作方式順序執(zhí)行各個階段的工作 繼電控制系統(tǒng)可視為 并行 工作方式 由實(shí)際硬件設(shè)備組成的 當(dāng)某個繼電器的線圈通電或斷電時 該繼電器的所有常開或常閉觸點(diǎn)無論處在控制線路的任何位置 都會立即同時動作 由于PLC處理速度很快 采用 串行 的處理方式所造成的輸出對輸入在時間響應(yīng)上的滯后并不影響PLC在一般實(shí)際工程中的應(yīng)用 同時還可避免繼電接觸器控制系統(tǒng)中的觸點(diǎn)競爭和時序失控的問題 說明 7 2 4性能指標(biāo) 1 編程語言2 指令功能及數(shù)量3 I O點(diǎn)總數(shù)4 內(nèi)部繼電器的種數(shù)和點(diǎn)數(shù)5 用戶程序存儲量6 掃描速度7 可擴(kuò)展能力8 工作環(huán)境 此外 PLC還包括附加功能 尺寸等指標(biāo) 7 3西門子S7 200系列可編程序控制器簡介 西門子公司的microautomationSIMATICS7 200系列可編程序控制器是一種采用疊裝式結(jié)構(gòu)的小型PLC 7 3 1S7 200系統(tǒng)的基本組成 1 CPU模塊 S7 200系列CPU模塊是PLC系統(tǒng)的基本單元 主機(jī) 包括 CPU 中央處理器 電源 數(shù)字量I O模塊以及通信接口等 它可以構(gòu)成一個獨(dú)立的控制系統(tǒng) S7 200主機(jī)外形 S7 200包括CPU21 和CPU22 兩種系列產(chǎn)品 CPU21 系列產(chǎn)品現(xiàn)已經(jīng)停產(chǎn) CPU22 系列產(chǎn)品有4個不同的基本型號CPU模塊 即CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 同時 每類型號又分為DC DC DC和AC DC 繼電器兩種方式 SIMATICS7 200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機(jī)及I O特性如表所示 S7 200系列PLC的編程器分 專用編程器和通用計(jì)算機(jī)開發(fā)系統(tǒng)兩種 個人計(jì)算機(jī)或編程器裝上STEP7 Micro WIN32編程軟件后 即可供用戶進(jìn)行程序的編制 編輯 調(diào)試 STEP7 Micro WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件 它支持32位Windows95 Windows98和WindowsME或者Windows2000等使用環(huán)境 它的基本功能是創(chuàng)建 編輯 調(diào)試和監(jiān)控用戶程序以及進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài) 2 編程器和編程軟件 通信電纜是編程系統(tǒng)和PLC聯(lián)系的橋梁 即是PLC用來與個人計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信的 最常見的通信電纜是PC PPI電纜 它的標(biāo)準(zhǔn)長度是5米 具有光電隔離功能 內(nèi)置RS232C RS485轉(zhuǎn)換 使用通信處理器時 可用多點(diǎn)接口電纜 MPI 電纜 使用MPI卡時 可以用MPI卡專用的通信電纜 3 通訊電纜 為了更好地滿足控制系統(tǒng)的要求 西門子公司為S7 200系列PLC配置了豐富擴(kuò)展模塊 例如 數(shù)字量I O模塊 如EM221 EM222和EM223 模擬量I O模塊 如EM231 EM232和EM235 調(diào)制解調(diào)器模塊EM241 熱電耦 熱電阻擴(kuò)展模塊EM231 位置控制模塊SM253等 通訊擴(kuò)展模塊 除了CPU集成通訊口外 S7 200還可以通過通訊擴(kuò)展模塊連接成更大的網(wǎng)絡(luò) S7 200系列目前有兩種通訊擴(kuò)展模塊 PROFIBUS DP擴(kuò)展從站模塊 EM277 和AS i接口擴(kuò)展模塊 CP243 2 4 擴(kuò)展模塊 輸入 輸出擴(kuò)展模塊 作用 增加CPU模塊輸入和輸出的點(diǎn)數(shù) 或擴(kuò)大CPU的處理能力 輸入 輸出擴(kuò)展模塊分為三種基本類型 數(shù)字量模塊 模擬量模塊 智能模塊 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊 DigitalOutput DO 數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊 DigitalInput DI 數(shù)字量混合擴(kuò)展模塊 DI DO 模擬量擴(kuò)展模塊 模擬量輸出擴(kuò)展模塊 AnalogOutput AO 模擬量輸入擴(kuò)展模塊 AnalogInput AI 模擬量混合擴(kuò)展模塊 AI AO 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 模擬量擴(kuò)展模塊 模擬量擴(kuò)展模塊用來實(shí)現(xiàn)A D轉(zhuǎn)換 模擬量輸入 和D A轉(zhuǎn)換 模擬量輸出 例如 EM2218DI 24VDC 該模塊8路DI 24V直流輸入 EM223DI4 DO4 24VDC Relay 該模塊4路DI 24V直流輸入 4路DO 觸點(diǎn) 繼電器輸出 EM231AI4 12Bit 電平輸入 EM231AI4 Thermocouple 熱電偶輸入 EM231AI2 RTD 熱電阻輸入 EM232AQ2 12Bit EM235AI4 AQ1 12Bit 本地和擴(kuò)展I O的地址分配方法 S7 200PLC的CPU所提供的主機(jī)I O點(diǎn)和I O地址是固定的 進(jìn)行擴(kuò)展時 可以在CPU右邊連接多個擴(kuò)展模塊 每個擴(kuò)展模塊的組態(tài)地址編號取決于各模塊的類型和該模塊在I O鏈中所處的位置 編制方法就是同種類型輸入或輸出點(diǎn)的模塊在鏈中按與主機(jī)的位置而遞增 其他類型模塊的有無及所處的位置不影響本類型模塊的編號 它是為解決I O映像區(qū)的單元與物理測控點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系 在擴(kuò)展的鏈條中 各模塊可隨意放在任意位置 在分配地址時 各模塊的位置按各自的類型進(jìn)行排隊(duì) 即數(shù)字量與模擬量互不影響 輸入與輸出互不影響 對數(shù)字量模塊 CPU將映像單元以8點(diǎn) 即1個字節(jié) 為單位分配給模塊 如該模塊不能提供足夠的通道數(shù) 余下的映像單元被空置 對模擬量模塊以2個字 4B 遞增的方式來分配地址 即CPU將映像單元以2個字為單位分配給模塊 如該模塊不能提供足夠的通道數(shù) 余下的映像單元被空置 本地和擴(kuò)展I O的地址分配示例 對于模擬量輸入 輸出模塊是以2個字 W 為單位分配地址 每路模擬量輸入 輸出占用1個字 2個字節(jié) 人機(jī)界面主要指的是專用操作界面 文本顯示器 觸摸屏 操作員面板 控制臺 等也常稱為人機(jī)界面或人機(jī)接口 可以使用戶通過友好的操作界面輕松的完成各種調(diào)整和控制任務(wù) 操作員面板和觸摸屏的基本功能是過程狀態(tài)和過程控制的可視化 文本顯示器的基本功能是文本信息顯示和實(shí)施操作 在操作系統(tǒng)中可以設(shè)定和修改參數(shù) 可編程的8個功能鍵可以作為控制鍵 文本顯示器還能擴(kuò)展PLC的輸入和輸出端子數(shù) 5 文本顯示器等外設(shè) 7 4可編邏輯控制器程序設(shè)計(jì) 7 4 1編程語言 IEC1131 3包括五種編程語言 順序功能圖 Sequentialfunctionchart SFC 梯形圖 Ladderdiagram LD 功能塊圖 Functionblockdiagram FBD 指令表 Instructionlist IL 結(jié)構(gòu)文本 Structuredtext ST SFC不是一種獨(dú)立的編程語言 而是作為PLC的輔助編程工具 它提供了一種組織程序的圖形方法 主要用來編制順序控制程序 結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖 1 順序功能圖 SFC 功能塊圖FBD是一種類似于數(shù)字邏輯電路的圖形語言 但在FBD中允許嵌入別的語言 FBD用類似數(shù)字邏輯電路與 或 非門的方框來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系 方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量 右側(cè)為輸出變量 信號是自左向右流動的 它適合于具有數(shù)字電路基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)人員使用 2 功能塊圖 FBD 結(jié)構(gòu)文本 ST 是為IEC1131 3標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的一種專用的高級編程語言 與梯形圖相比 ST能實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算 同時 編寫的程序更簡潔和緊湊 3 結(jié)構(gòu)文本 ST 4 指令表 IL PLC指令表又稱為語句表 StatementList 指令表與微機(jī)的匯編語言相似 采用助記符表達(dá)式來表示操作功能 若干條指令組成了指令表程序 LDI0 0OQ0 0ANI0 1 Q0 0 指令表比較適合經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員 可以實(shí)現(xiàn)某些不能用梯形圖或功能塊圖實(shí)現(xiàn)的功能 把PLC內(nèi)部看作成許多 軟繼電器 只是在軟件中使用的編程元件 每一編程元件與PLC存儲器中元件映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng) 然后模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法 仍然按照設(shè)計(jì)繼電器控制電路的形式來編制程序 這就是梯形圖編程方法 梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的控制電路圖很相似 特別適用于開關(guān)量邏輯控制 4 梯形圖 LD 梯形圖由觸點(diǎn) 線圈和用方框表示的功能塊圖組成 線圈 通常代表邏輯 輸出 的結(jié)果 能量流到 則該線圈被激勵 方框 代表某種特定功能的指令 能量流通過方框時 則執(zhí)行方框所代表的功能 方框所代表的功能有多種 例如 定時器 計(jì)數(shù)器 數(shù)據(jù)運(yùn)算等 觸點(diǎn) 代表邏輯控制條件 觸點(diǎn)閉合時表示能量可以流過 觸點(diǎn)分常開觸點(diǎn) 和常閉觸點(diǎn) 一 一 兩種形式 梯形圖的構(gòu)成 梯形圖按自上而下 從左到右的順序排列 從左母線開始 按一定的控制要求和規(guī)則連接每個觸點(diǎn) 最后以繼電器線圈結(jié)束 邏輯行 梯形圖與繼電器控制圖的區(qū)別相同之處有 結(jié)構(gòu)形式基本相同 梯形圖大致沿用了繼電器控制電路元件符號 僅個別處有些不同 信號輸入 輸出形式及控制的功能相同 不同之處有 組成器件不同 工作方式不同 觸頭數(shù)量不同 繼電器控制圖的左 右 或上 下 母線是電源線 施加一定電壓 而梯形圖左 右母線是一種界限 有的梯形圖不畫右母線 并未施加電壓 我們設(shè)想一種 假想電流 或稱 能流 通過 假想電流流向只能從左到右單向流動 制約關(guān)系不同 梯形圖修改方便 適應(yīng)性強(qiáng) 梯形圖 用于設(shè)計(jì)復(fù)雜的開關(guān)量控制程序 指令表 處理某些不能用梯形圖解決的問題 如數(shù)學(xué)運(yùn)算 通訊設(shè)計(jì)等 梯形圖編程的程序能轉(zhuǎn)換成指令表 指令表編程的程序不一定能轉(zhuǎn)換成梯形圖 編程語言的相互轉(zhuǎn)換和選用 7 4 2S7 200編程的基本概念 1 編程語言 西門子S7 200系列采用梯形圖 指令表和功能塊圖3種編程語言進(jìn)行編程 通過STEP7 Micro WIN32編程軟件提供的菜單選項(xiàng) 用戶可以將滿足條件的梯形圖 指令表和功能塊圖3種編程語言所編寫的程序進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換 2 指令集 STEP7 Micro WIN32編程軟件提供兩種指令集 SIMATIC指令集 由西門子公司提供 它的某些指令不是IEC1131 3中的標(biāo)準(zhǔn)指令 通常SIMATIC指令的執(zhí)行時間短 可使用梯形圖 功能塊圖和語句表語言 IEC1131指令集 只提供梯形圖 功能塊圖語言 且指令較少 S7 200的用戶程序包括主程序 子程序和中斷程序3種 每個用戶程序只能有一個主程序 OB1 主程序通過指令控制整個應(yīng)用程序的執(zhí)行 每次CPU掃描都要執(zhí)行一次主程序 子程序 只在被其它程序調(diào)用時執(zhí)行 最多可達(dá)64個 SBR0 SBR63 中斷程序 可達(dá)128個 INT0 INT127 它由相應(yīng)的中斷事件觸發(fā) 而不是被主程序調(diào)用 3 PLC的用戶程序結(jié)構(gòu) 4 數(shù)據(jù)類型 S7 200PLC指令系統(tǒng)所用的數(shù)據(jù)類型包括 1 基本數(shù)據(jù)類型 1位布爾型 BOOL 位數(shù)據(jù) bit 8位字節(jié)型 BYTE 字節(jié)數(shù)據(jù) Byte 16位無符號整數(shù) WORD 一般稱為 字 16位有符號整數(shù) INT 一般稱為 整數(shù) 32位無符號雙字整數(shù) DWORD 一般稱為 雙字 32位有符號雙字整數(shù) DINT 一般稱為 雙整數(shù) 32位實(shí)數(shù)型 REAL 實(shí)數(shù)REAL類型是按照ANSI IEEE754 1985的標(biāo)準(zhǔn)的表示格式規(guī)定的 字節(jié)數(shù)據(jù) Byte 8位二進(jìn)制組成1個字節(jié) I0 1 寄存器I0 I0 5 編址為IB0 16位整數(shù) Word 2個字節(jié)組成1個字 16位有符號整數(shù) INT 二進(jìn)制補(bǔ)碼表示有符號數(shù) 最高位為符號位 VB100 VB101 V存儲空間中編號為100 101的2個字節(jié)數(shù)據(jù) VW100 32位整數(shù) DoubleWord 2個字組成1個雙字 VD100 2 數(shù)據(jù)長度與數(shù)值范圍不同的數(shù)據(jù)類型具有不同的數(shù)據(jù)長度和數(shù)值范圍 SIMATIC指令集中 不同的指令所需操作數(shù)的數(shù)據(jù)類型一般不同 例如傳送操作指令分為字節(jié)傳送 比傳送和雙字傳送等 在編程過程中 要稍加留意 5 尋址方式 S7 200將信息存于不同的存儲器單元中 每個單元都有唯一的地址 S7 200訪問數(shù)據(jù)的尋址方式 立即尋址 在指令中直接給出了操作數(shù) 通常立即尋址方式用來提供常數(shù) 設(shè)置初始值等 間接尋址 使用指針對存儲區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行間接存取 不能對獨(dú)立的位或模擬量進(jìn)行間接尋址 直接尋址 它是在指令中直接使用存儲器或寄存器的元件名稱 區(qū)域標(biāo)志 和地址編號 直接到指定的區(qū)域讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù) 直接尋址方式用于位 字節(jié) 字或雙字?jǐn)?shù)據(jù) 有按位 字節(jié) 字 雙字的尋址方式 7 4 3S7 200的編程元件 1 輸入繼電器 輸入映像寄存器 I區(qū) 作用 存放輸入的數(shù)字量 2 輸出繼電器 輸出映像寄存器 Q區(qū) 作用 暫存輸出的數(shù)字量 掃描周期的結(jié)束階段將其拷貝至輸出裝置 3 位存儲器 內(nèi)部線圈 M區(qū) 作用 用來存放中間操作狀態(tài)或存儲相關(guān)數(shù)據(jù) 4 變量存儲器 V區(qū) 作用 用于存放全局變量 程序執(zhí)行過程中控制邏輯操作的中間結(jié)果和與任務(wù)相關(guān)的其它數(shù)據(jù) 5 局部存儲器 L區(qū) 作用 用于存放局部變量 局部變量只能在某個局部有效 6 特殊標(biāo)志位存儲器 SM區(qū) 作用 S7 200系列PLC為保存自身工作狀態(tài)數(shù)據(jù)而建立的一個存儲器 SM0 SM179 共180字節(jié) 它提供了CPU和用戶程序之間傳遞信息的方法 7 順序控制繼電器存儲器 S區(qū) 作用 專用于組織順序控制程序段 以上各區(qū)的存放數(shù)據(jù)可按位 字節(jié) 字或雙字存取 8 定時器存儲器 T區(qū) 作用 用來累計(jì)時間增量的元件 相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的時間繼電器 但是用軟件來實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)區(qū)設(shè)置了256個定時器 用于計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)脈沖的個數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)脈沖是指脈沖的周期固定不變且相當(dāng)精確的脈沖 如周期精確為1ms 10ms或100ms 這樣的脈沖稱為時標(biāo) 每個定時器占據(jù)兩個數(shù)據(jù)單元 一個16位的字單元存儲時標(biāo)的個數(shù) 稱計(jì)時單元 另一個位單元是狀態(tài)標(biāo)志 定時未到 該位是0 定時到 被置成1 0 15 T0 T0 計(jì)時單元 狀態(tài)標(biāo)志 定時器地址是T 0 255 同個定時器的兩個單元是相同的地址 由于使用的條件不同 易于區(qū)分 數(shù)據(jù)區(qū)中設(shè)置了256個計(jì)數(shù)器 用于累計(jì)其計(jì)數(shù)輸入端脈沖電平由低變高的次數(shù) 即用于計(jì)數(shù)外部脈沖數(shù) 每個計(jì)數(shù)器占據(jù)兩個單元 一個16位的字單元存儲外部輸入的脈沖數(shù) 另一個位單元作為狀態(tài)標(biāo)志 計(jì)數(shù)未到 該位是0 計(jì)數(shù)到 被置成1 0 15 計(jì)數(shù)單元 狀態(tài)標(biāo)志 C25 C25 計(jì)數(shù)器地址是C 0 255 同個計(jì)數(shù)器的兩個單元是相同的地址 由于使用的條件不同 易于區(qū)分 9 計(jì)數(shù)器存儲器 C區(qū) 10 模擬量輸入存儲區(qū) AI 每個模擬量占一個字 低字節(jié)為高8位 高字節(jié)為低8位 AI區(qū) AI區(qū)只能按字存取 而字不能按諸如BYTE1和BYTE2組合 這分別代表兩個變量的一部分 故只能圖示的方法編址 即地址中的編號是偶數(shù) 11 模擬量輸出存儲區(qū) AQ 每個模擬量占一個字 低字節(jié)為高8位 高字節(jié)成低8位 AQ區(qū) AQ區(qū)編址的原理和方法同AI區(qū) 12 高速計(jì)數(shù)器 HC 高速計(jì)數(shù)器用來累計(jì)比CPU掃描速度更快的事件 即用以計(jì)數(shù)外部高速事件 計(jì)數(shù)的頻率不受掃描周期的影響 計(jì)數(shù)單元雙字長 只能讀 不能寫 沒有狀態(tài)標(biāo)志 高速計(jì)數(shù)器地址是HC 0 5 共有4個32位的累加器 AC0 AC1 AC2 AC3 累加器通常用來暫時存儲中間參數(shù) 如 子程序的傳遞參數(shù) 計(jì)算的中間值等 可以象存儲器那樣進(jìn)行讀和寫 可以按字節(jié) 字或雙字來存取累加器中的數(shù)值 當(dāng)按字節(jié)或字來存取時 只能存取AC的低8位或16位 13 累加器 AC 7 4 4S7 200基本指令系統(tǒng) 7 4 4 1位邏輯指令 1 觸點(diǎn)指令 1 標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令 標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)分標(biāo)準(zhǔn)常開觸點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)常閉觸點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)的梯形圖 語句表形式如圖所示 標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令代表CPU對存儲器的讀操作 即標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令從元件映像寄存器中讀取觸點(diǎn)的狀態(tài) 常開觸點(diǎn)和存儲器的位狀態(tài)一致 常閉觸點(diǎn)和存儲器的位狀態(tài)相反 在程序執(zhí)行過程中 標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)起開關(guān)作用 用戶程序中同一觸點(diǎn)可使用無數(shù)次 其操作數(shù)可為I Q M SM T C V S和L 標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)的功能 2 立即觸點(diǎn)指令立即觸點(diǎn)分立即常開觸點(diǎn)和立即常閉觸點(diǎn) 立即觸點(diǎn)的梯形圖 語句表形式如圖所示 立即觸點(diǎn)指令只能用于輸入點(diǎn) 即其操作數(shù)為I 當(dāng)立即觸點(diǎn)指令被執(zhí)行時 CPU將直接讀取其物理輸入值 而不是更新映像寄存器 在程序執(zhí)行過程中 立即觸點(diǎn)也起開關(guān)作用 立即觸點(diǎn)的功能 2 輸出指令 輸出指令也分標(biāo)準(zhǔn)輸出指令和立即輸出指令兩類 是驅(qū)動線圈的輸出指令 其梯形圖和語句表形式如下 標(biāo)準(zhǔn)輸出指令其操作數(shù)可為Q M SM T C V S和L 其功能代表CPU對存儲器的寫操作 即將輸出位的新數(shù)值寫入輸出映像寄存器 當(dāng)CPU執(zhí)行輸出指令時 S7 200將輸出映像寄存器中的輸出位轉(zhuǎn)換為線圈驅(qū)動的觸點(diǎn)的斷開與接通 用戶程序中 同一操作數(shù)的線圈只能使用一次 立即輸出指令的功能立即輸出指令只能用于輸出點(diǎn) 即操作數(shù)為Q 當(dāng)執(zhí)行指令時 立即輸出指令將新數(shù)值不僅直接寫入輸出映像寄存器 而且同時刷新實(shí)際物理輸出 與非立即輸出不同 后者只將新數(shù)值寫進(jìn)相應(yīng)的輸出映像寄存器 LDI0 0 Q0 0LDNI0 1 Q0 1LDNII0 2 IQ0 2 M0 1 注意 1 觸點(diǎn)指令常用于與輸入公共母線 輸入母線 相聯(lián)的觸點(diǎn) 也可與OLD ALD指令配合使用于分支回路的開頭 2 指令當(dāng)輸出端不帶負(fù)載時 控制線圈應(yīng)使用M或其它 盡可能不要使用Q 指令可以并聯(lián)使用任意次 但不能串聯(lián) 3 邏輯指令 1 邏輯與指令 邏輯與指令用于單個觸點(diǎn)與左邊電路進(jìn)行串聯(lián) 采用該指令進(jìn)行串聯(lián)的觸點(diǎn)個數(shù)沒有限制 可用于I Q M SM T C V S和L A是常開觸點(diǎn)串聯(lián)連接指令 AN是常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接指令 AI是常開立即觸點(diǎn)串聯(lián)連接指令 ANI是常閉立即觸點(diǎn)串聯(lián)連接指令 LDI0 0ANM0 1 Q0 0AQ0 1 Q0 2 2 邏輯或指令 邏輯或指令用于單個觸點(diǎn)與前面電路進(jìn)行并聯(lián) 采用邏輯或指令進(jìn)行并聯(lián)的觸點(diǎn)個數(shù)沒有限制 可用于I Q M SM T C V S和L O是常開觸點(diǎn)的并聯(lián)連接指令 ON是常閉觸點(diǎn)的并聯(lián)連接指令 OI是常開立即觸點(diǎn)的并聯(lián)連接指令 ONI是常閉立即觸點(diǎn)的并聯(lián)連接指令 LDI0 0OI0 1ONM0 0ANM0 1 Q0 0 3 取非指令 取非指令將執(zhí)行該指令之前的邏輯運(yùn)算結(jié)果取反 指令沒有操作數(shù) 只能和其他指令聯(lián)合使用 取非操作指令的梯形圖和語句表形式如圖所示 取非操作指令 LDI0 0NOT Q0 1 4 置位和復(fù)位指令 1 置位指令 置位指令和立即置位指令的LAD和STL表示如下 置位指令的功能 當(dāng)置位信號來臨 1或ON 時 被置位的線圈置1并保持 直到其復(fù)位信號的到來 線圈數(shù)目n是指從被指定的位地址bit開始被置位的線圈共有n個 1 255 立即置位指令的功能 用立即置位指令訪問輸出點(diǎn)時 從指令所指出的位 bit 開始的n個 1 128 物理輸出點(diǎn)被立即置位 同時 相應(yīng)的輸出映像寄存器的內(nèi)容也被刷新 2 復(fù)位指令 復(fù)位指令和立即復(fù)位指令的LAD和STL表示如下 復(fù)位指令的功能 當(dāng)復(fù)位信號為1或ON時 被復(fù)位的線圈置0并保持 直到其置位信號的到來 線圈數(shù)目n是指從被指定的位地址bit開始被置位的線圈共有n個 1 255 立即復(fù)位指令的功能 用立即復(fù)位指令訪問輸出點(diǎn)時 從指令所指出的位 bit 開始的n個 1 128 物理輸出點(diǎn)被立即復(fù)位 同時 相應(yīng)的輸出映像寄存器的內(nèi)容也被刷新 說明 置 復(fù)指令具有 記憶 功能 置 復(fù)指令的編寫順序可任意安排 但當(dāng)一對S R指令被同時接通時 編寫順序在后的指令執(zhí)行有效 5 正 負(fù)跳變 微分 指令 正跳變 上微分指令是用作上升沿檢測的觸點(diǎn)指令 僅在該指令前的邏輯發(fā)生由 0 到 1 的變化時 接通一個掃描周期 負(fù)跳變 下微分指令則是用作下降沿檢測的觸點(diǎn)指令 僅在該指令前的邏輯發(fā)生由 1 到 0 的變化時 接通一個掃描周期 LDI0 0ANI0 1EU Q0 0LDI0 0ED Q0 1 a 梯形圖b 指令表c 時序圖 EU ED指令的使用 堆棧是一組暫時的存儲單元 用于存放邏輯數(shù)據(jù) S7 200提供了一個9層的堆棧來處理邏輯操作 下面的8位用來存儲中間運(yùn)算結(jié)果 棧頂用來存儲邏輯運(yùn)算的結(jié)果 特點(diǎn)是 先進(jìn)后出 后進(jìn)先出 每進(jìn)行一次入棧操作 新值放入棧頂 棧底值丟失 而每進(jìn)行一次出棧操作 棧頂值彈出 棧底值補(bǔ)進(jìn)隨機(jī)數(shù) 邏輯堆棧指令一般用來完成對觸點(diǎn)的復(fù)雜連接 7 4 4 2邏輯堆棧指令 邏輯運(yùn)算過程舉列 1 I0 0壓入棧頂 2 Q0 0與棧頂內(nèi)容 I0 0 相或 Q0 0 I0 0留棧頂3 I0 1與棧頂內(nèi)容相與 Q0 0 I0 0 I0 1留棧頂4 棧頂內(nèi)容 Q0 0 I0 0 I0 1賦予Q0 0 Network1LDI0 0OQ0 0ANI0 1 Q0 0 1 棧裝載或指令 OLD OLD OrLoad 用于 串聯(lián)電路塊 的并聯(lián)連接指令 兩個或兩個以上觸點(diǎn)串聯(lián)的電路稱作 串聯(lián)電路塊 如圖所示 2 棧裝載與指令 ALD ALD Andload 用于 并聯(lián)電路塊 的串聯(lián)連接指令 兩個或兩個以上觸點(diǎn)并聯(lián)的電路稱作 并聯(lián)電路塊 如圖所示 ALD與OLD指令的堆棧操作 例 已知下圖中的語句表程序 畫出對應(yīng)的梯形圖 3 其他堆棧操作指令 該指令復(fù)制棧頂?shù)闹挡⑺鼔喝攵褩５臈ｍ?堆棧中原來的數(shù)據(jù)依次向下一層推移 棧底值丟失 該指令將堆棧中第2層的數(shù)據(jù)復(fù)制到棧頂 第2 第9層的數(shù)據(jù)不變 原棧頂值消失 該指令使棧中各層的數(shù)據(jù)向上移動一層 第2層的數(shù)據(jù)成為堆棧新的棧頂值 原棧頂值消失 該指令復(fù)制堆棧中第n層的值到棧頂 堆棧中各原來的數(shù)據(jù)依次向下一層推移 棧底值丟失 7 4 4 3定時器和計(jì)數(shù)器指令 1 定時器指令 T S7 200PLC提供了三種定時器 接通延時定時器 TON 斷開延時定時器 TOF 有記憶接通延時定時器 TONR 每種定時器有3種時基 時標(biāo) 分辨率 又稱為時間精度 1ms 10ms和100ms 定時器定時時間長度 定時時間 定時精度 預(yù)設(shè)值 16位符號整數(shù) 定時器是計(jì)數(shù)時標(biāo)脈沖的個數(shù) 其周期稱為時標(biāo) 定時器刷新 定時器每接受一個脈沖就應(yīng)在其計(jì)數(shù)單元累加1 當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值時 還須置位狀態(tài)標(biāo)志 定時器的分配情況 三種定時器的指令格式 1 通電延時定時器 TON 工作原理 LDI0 0TONT37 100LDT37 Q0 0 程序及時序分析如圖所示 TON 延時通定時器 工作特點(diǎn) 使能端 IN 為 1 時 開始計(jì)時 當(dāng)計(jì)時值 Txxx單元內(nèi)容 等于預(yù)定值PT時 狀態(tài)位置位 計(jì)時值達(dá)到預(yù)定值后繼續(xù)計(jì)時 直至最大值32767 使能端 IN 為 0 時 清零計(jì)時單元和狀態(tài)位 清零計(jì)時單元和狀態(tài)位 還可借助復(fù)位指令 R TON定時器用于單個時間間隔的計(jì)時 2 斷電延時定時器 TOF 工作原理 程序及時序分析如圖所示 LDI0 0TOFT37 30LDT37 Q0 0 TOF 斷電延時定時器 工作特點(diǎn) 使能端 IN 為 1 時 狀態(tài)位置位 計(jì)時單元清零 IN端由 1 到 0 跳變時開始計(jì)時 計(jì)時達(dá)到預(yù)定值 狀態(tài)標(biāo)志位復(fù)位 同時停止計(jì)時 IN端為 0 的時間小于預(yù)定時間 狀態(tài)位將保持ON狀態(tài) RESET指令可用于TOF復(fù)位 斷開延時定時器 TOF 用于故障事件發(fā)生后的時間延時 3 記憶型通電延時定時器 TONR 工作原理 程序及時序分析如圖所示 LDI0 0TONRT3 100LDI0 1RT3 1LDT3 Q0 0 TONR 保持型延時通 工作特點(diǎn) 使能端 IN 為 1 時 開始計(jì)時 計(jì)時值等于預(yù)定值PT 狀態(tài)標(biāo)志位置位 計(jì)時值達(dá)到預(yù)定值后 繼續(xù)計(jì)時直至最大值32767 IN為 0 時 停止計(jì)時 計(jì)時單元內(nèi)容被保持 只能用復(fù)位指令 R 清除計(jì)時單元并復(fù)位狀態(tài)位 TONR定時器用于累計(jì)固定時間間隔的脈沖 A 延時斷開電路 B 延時接通和斷開 4 定時器指令的典型應(yīng)用 C 閃爍電路 D 定時器擴(kuò)展 2 計(jì)數(shù)器指令 C 計(jì)數(shù)器利用輸入脈沖上升沿累計(jì)脈沖個數(shù) S7 200有3種類型的計(jì)數(shù)器 增計(jì)數(shù)器 CTU 減計(jì)數(shù)器 CTD 增減計(jì)數(shù)器 CTUD 三種計(jì)數(shù)器的指令格式 當(dāng)R 0 時 CTU開始計(jì)數(shù) 當(dāng)CU端有一個脈沖上升沿 電平由低變高 到來時 CTU的當(dāng)前值SV加1 當(dāng)SV大于或等于PV 預(yù)設(shè)值 時 計(jì)數(shù)器狀態(tài)位由 0 變 1 即其常開觸點(diǎn)閉合 計(jì)數(shù)器仍計(jì)數(shù) 但不影響計(jì)數(shù)器的狀態(tài)位 直至計(jì)數(shù)達(dá)到最大值 32767 加計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)范圍 0 32767 當(dāng)R 1 時 CTU復(fù)位 當(dāng)前值SV 0 狀態(tài)位為 0 1 加計(jì)數(shù)器工作原理 當(dāng)LD 1 時 計(jì)數(shù)器預(yù)設(shè)值PV存放到當(dāng)前值寄存器的操作 即SV PV CTD狀態(tài)為 0 當(dāng)LD 0 時 CTD開始對輸入脈沖計(jì)數(shù) CD端每來一個輸入脈沖上升沿 CTD的當(dāng)前值SV減1 當(dāng)SV 0時 計(jì)數(shù)器狀態(tài)位由 0 變 1 并停止計(jì)數(shù) 2 減計(jì)數(shù)器工作原理 LDI0 1LDI1 0CTDC4 3