三、第3章(1)PLC程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

第三章PLC程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3.1

存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)類型與尋址方式3.2

可編程序控制器的編程語(yǔ)言和程序結(jié)構(gòu)3.1

存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)類型與尋址方式

3.1.1數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中存取的方式

1．用1位二進(jìn)制數(shù)表示開關(guān)量。2．多位二進(jìn)制數(shù)表示數(shù)字：2#1010＝10。3．十六進(jìn)制數(shù)表示多位二進(jìn)制數(shù)：用于簡(jiǎn)化二進(jìn)制數(shù)的表示方法，“逢16進(jìn)1”

。二進(jìn)制（2#）二進(jìn)制是計(jì)算機(jī)技術(shù)中廣泛應(yīng)用的一種數(shù)制，只有0和1。宜用二進(jìn)制表示電子元件的狀態(tài)，斷開－0，閉合－1。例：2#0＝10#02#1=10#12#1001=10#9十六進(jìn)制（16#）

數(shù)據(jù)：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F例：16#6=10#6=2#11016#A=10#10=2#101016#F=10#15=2#111116#10=10#1616#6AD=10#1709=2#0110

1010

1101

對(duì)于比較大的數(shù)字，用2#表示太長(zhǎng)，所以采用16#注：16#與2#的關(guān)系：16#的每一位對(duì)應(yīng)2#的4個(gè)位。4．位、字節(jié)、字、雙字的概念這些都表示內(nèi)存空間的大小，PLC據(jù)此尋址。一個(gè)字節(jié)（Byte）的內(nèi)存空間包含了8個(gè)2#位；一個(gè)字（Word）的內(nèi)存空間含2個(gè)字節(jié)，包含了16個(gè)2#位；一個(gè)雙字（Dword）的內(nèi)存空間含2個(gè)字（4個(gè)字節(jié)），包含了32個(gè)2#位；例：2#111001如何存放呢？

如果占用一個(gè)字節(jié)的空間－－00111001；

如果占用一個(gè)字的空間－－0000000000111001；

如果在一個(gè)雙字的空間－－00000000000000000000000000111001所以：一個(gè)字節(jié)存放的數(shù)值范圍：16#00—16#FF;即：10#0—10#255;一個(gè)字存放的數(shù)值范圍：16#0000—16#FFFF;

即：10#0—10#65535;一個(gè)雙字存放的數(shù)值范圍：16#00000000—16#FFFFFFFF;

即：10#0—10#4294967295;存儲(chǔ)器地址的表示方法I4.5：“字節(jié).位”尋址方式。字節(jié)、字與雙字存取方式以起始字節(jié)的地址作為字和雙字的地址。注意:起始字節(jié)為最高位的字節(jié)。例如:VW100：VB100為高8位，VB101為低8位字節(jié)地址。I、Q、V、M、S、SM、L均可按位、字節(jié)、字和雙字來存取。數(shù)整數(shù)浮點(diǎn)數(shù)（Real）（實(shí)數(shù)）－帶小數(shù)點(diǎn)無(wú)符號(hào)整數(shù)－正數(shù)（格式：Byte/Word/Dword）有符號(hào)整數(shù)－有正有負(fù)（格式：INT/DINT)5、負(fù)數(shù)如何表達(dá)？

在計(jì)算機(jī)中，負(fù)數(shù)以其正值的補(bǔ)碼形式表達(dá)。原碼－一個(gè)整數(shù)，按照絕對(duì)值轉(zhuǎn)換成的2#數(shù)；反碼－將2#數(shù)按位取反，所得的新數(shù)為原2#數(shù)的反碼；補(bǔ)碼－反碼加1；例：－5，原碼－－2#0000000000000101；

反碼－－2#1111111111111010；

補(bǔ)碼－－2#1111111111111011；故：－5在PLC內(nèi)存里的表示方式為：2#1111111111111011；用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示有符號(hào)數(shù)，最高位為符號(hào)位：0為正數(shù)，1為負(fù)數(shù)，最大的16位正數(shù)為16#7FFF（32767）(表3-2）6．BCD碼BCD碼是一種編碼方式，用4位二進(jìn)制數(shù)對(duì)1位十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼，用2#數(shù)對(duì)10#數(shù)字進(jìn)行編碼，改用16#數(shù)字表示。BCD碼用于輸入輸出設(shè)備。由于10#只有10個(gè)數(shù)字，因此16#中的A—F不會(huì)出現(xiàn)在BCD碼中。數(shù)據(jù)類型、格式匯總尋址格式數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（二進(jìn)制位）數(shù)據(jù)類型取值范圍BOOL（位）1（位）布爾數(shù)（二進(jìn)制位）真（1），假（0）BYTE（字節(jié)）8無(wú)符號(hào)整數(shù)0－255，0－FF(Hex)INT（整數(shù)）16有符號(hào)整數(shù)-32768－327678000－7FFF(Hex)WORD（字）無(wú)符號(hào)整數(shù)0－655350－FFFF(Hex)DINT（雙整數(shù)）32有符號(hào)整數(shù)-2147483648－214748364780000000－7FFFFFFF(Hex)DWORD（雙字）無(wú)符號(hào)整數(shù)0－4294967295；0－FFFFFFFF(Hex)REAL（實(shí)數(shù)）IEEE32位單精度浮點(diǎn)數(shù)-3.402823E+38－-1.175495E-38（負(fù)數(shù)）；+1.175495E-38－+3.402823E+38(正數(shù)）ASCLL1個(gè)漢字2個(gè)字符，1個(gè)字符占用1個(gè)字節(jié)（8位）的內(nèi)存，查ASCLL碼表。字符列表ASCLL字符，漢字內(nèi)碼（每個(gè)漢字2字節(jié)）STRING（字符串）字符串1－254個(gè)ASCLL字符，漢字內(nèi)碼（每個(gè)漢字2字節(jié)）VMIQSSMLTCHCACAIAQ定時(shí)器計(jì)數(shù)器高速計(jì)數(shù)器累加器模擬量輸入緩存區(qū)模擬量輸出緩存區(qū)這些區(qū)域存放的是“軟功能器件”，不同器件有不同的數(shù)據(jù)存取規(guī)定。這些區(qū)域可按位、字節(jié)、字、雙字存取數(shù)據(jù)（尋址）。3.1.2CPU的存儲(chǔ)區(qū)數(shù)字量輸入的存儲(chǔ)區(qū)（也稱輸入繼電器）數(shù)字量輸出的存儲(chǔ)區(qū)（也稱輸出繼電器）位存儲(chǔ)區(qū)變量存儲(chǔ)區(qū)V特殊存儲(chǔ)區(qū)局部存儲(chǔ)器順序控制繼電器存儲(chǔ)器類型及其尋址方式：1．?dāng)?shù)字量輸入的存儲(chǔ)區(qū)（I）a)是PLC接收外部輸入的數(shù)字量信號(hào)的窗口。

b)外部輸入電路接通時(shí)對(duì)應(yīng)的映像寄存器為ON（1狀態(tài)），反之為OFF（0狀態(tài)）

c)輸入端可以是外部常開觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn)，也可以是多個(gè)觸點(diǎn)的串、并聯(lián)電路。

d)編程中，可以多次使用輸入位的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。

e）地址標(biāo)志：If）尋址方式：位（I），字節(jié)（IB），字（IW）,雙字（ID）位尋址范圍：I0.0－I15.7

2．?dāng)?shù)字量輸出的存儲(chǔ)區(qū)（Q）a)在輸出刷新階段，CPU將數(shù)字量輸出存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)傳送給輸出模塊，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。b)如果Q0.0的線圈“通電”，繼電器輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，接在標(biāo)號(hào)為Q0.0的端子的外部負(fù)載通電。c)編程中，可以多次使用輸出位的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。d）地址標(biāo)志：Qe）尋址方式：位（Q），字節(jié)（QB），字（QW）,雙字（QD）位尋址范圍：Q0.0－Q15.73．變量存儲(chǔ)區(qū)V是全局存儲(chǔ)器，所有的程序都可以存取，（與L相對(duì)）。在程序執(zhí)行過程中用來存放中間結(jié)果,或者用來保存與工序或任務(wù)有關(guān)的其他數(shù)據(jù)。4．位存儲(chǔ)區(qū)（M）類似于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器，用來存放中間操作狀態(tài)或者其他控制信息。只有32個(gè)字節(jié)(M0—M31)。5．定時(shí)器存儲(chǔ)區(qū)（T）

相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器。時(shí)間基準(zhǔn)分為1ms，10ms，100ms。

包括定時(shí)器的位（觸點(diǎn)的狀態(tài)）和定時(shí)器當(dāng)前值寄存器，都用定時(shí)器的地址來尋址。6．計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)區(qū)（C）

分為加、減、加減計(jì)數(shù)器3種

用來累計(jì)其計(jì)數(shù)輸入脈沖電平由低到高的次數(shù)。7．高速計(jì)數(shù)器（HC）

用來累計(jì)比CPU掃描速率更快的事件，計(jì)數(shù)過程與掃描周期無(wú)關(guān)。8．32位累加器（AC0～AC3）可以按字節(jié)、字和雙字來存取。按字節(jié)、字只能存取累加器的低8位或低16位。9．特殊存儲(chǔ)器（SM）

用于CPU與用戶之間交換信息。各特殊存儲(chǔ)器（SM）的標(biāo)志位：

SM0.0一直為1狀態(tài)；SM0.1僅在執(zhí)行用戶程序的第一個(gè)掃描周期為1狀態(tài)。

SM0.4和SM0.5分別提供周期為1分鐘和1秒的時(shí)鐘脈沖。

SM1.0、SM1.1和SM1.2分別為零標(biāo)志、溢出標(biāo)志和負(fù)數(shù)標(biāo)志。10．局部存儲(chǔ)器L

作為暫時(shí)存儲(chǔ)器，或給子程序傳遞參數(shù)。共有64個(gè)字節(jié)。各POU都有自己的局部變量表，局部變量?jī)H僅在被創(chuàng)建的POU中有效。11．模擬量輸入(AI)

將模擬量A/D轉(zhuǎn)換為一個(gè)字長(zhǎng)（16位）的數(shù)字量，輸入地址：AIW2，AIW4等，從偶數(shù)字節(jié)地址開始，為只讀數(shù)據(jù)。12．模擬量輸出字(AQ)將一個(gè)字長(zhǎng)的數(shù)字量D/A轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，輸出地址：AQW2，AQW4等，從偶數(shù)字節(jié)地址開始，用戶只能寫出數(shù)據(jù)，不能讀取。13．順序控制繼電器（S）：用于順序控制編程，與順序控制繼電器指令配合使用。14．常數(shù)的表示方法與范圍15．實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)）：在編程軟件中，用小數(shù)表示浮點(diǎn)數(shù)。3.1.3直接尋址與間接尋址

直接尋址：指定了存儲(chǔ)器的區(qū)域、長(zhǎng)度和位置，例如VB200。按位尋址的格式為：Ax.y按字節(jié)尋址的格式為：ABX按字尋址的格式為：AWX按雙字尋址的格式為：ADX存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)另有一些元件是具有一定功能的硬件，由于元件數(shù)量很少，所以不用指出元件所在存儲(chǔ)區(qū)域的字節(jié)，而是直接指出它的編號(hào)。其尋址格式為：Ay間接尋址方式

間接尋址方式：數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器或寄存器中，在指令中只出現(xiàn)所需數(shù)據(jù)所在單元的內(nèi)存地址的地址。存儲(chǔ)單元地址的地址又稱為地址指針。這種間接尋址方式與計(jì)算機(jī)的間接尋址方式相同。間接尋址在處理內(nèi)存連續(xù)地址中的數(shù)據(jù)時(shí)非常方便，而且可以縮短程序所生成的代碼的長(zhǎng)度，使編程更加靈活。用間接尋址方式存取數(shù)據(jù)需要作的工作有3種：建立指針、間接存取和修改指針。（1）建立指針

建立指針必須用雙字傳送指令（MOVD），將存儲(chǔ)器所要訪問的單元的地址裝入用來作為指針的存儲(chǔ)器單元或寄存器，裝入的是地址而不是數(shù)據(jù)本身，格式如下：例： MOVD &VB200,VD302 MOVD &MB10,AC2 MOVD &C2,LD14注意：建立指針用MOVD指令。指令中在操作數(shù)的前面加“*”表示該操作數(shù)為一個(gè)指針。3.2

可編程序控制器的編程語(yǔ)言和程序結(jié)構(gòu)3.2.1可編程序控制器的編程語(yǔ)言PLC為用戶提供了完整的編程語(yǔ)言，以適應(yīng)編制用戶程序的需要。PLC提供的編程語(yǔ)言通常有以下幾種：梯形圖、指令表、順序功能流程圖和功能塊圖。下面以S7-200系列PLC為例加以說明。PLC編程語(yǔ)言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的5種編程語(yǔ)言：(1)順序功能圖(SequentialFunctionChart)；（SFC)(2)梯形圖(LadderDiagram)；(LAD)(3)功能塊圖(FunctionBlockDiagram)；(FBD)(4)指令表(InstructionList)；(IL)(5)結(jié)構(gòu)文本(StructuredText)。(ST)

1.梯形圖(LAD)

梯形圖(LAD)編程語(yǔ)言是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的。PLC的梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的原理圖的基本思想是一致的，只是在使用符號(hào)和表達(dá)方式上有一定區(qū)別。圖3.1是一個(gè)典型的梯形圖。左右兩條垂直的線稱作母線。母線之間是觸點(diǎn)的邏輯連接和線圈的輸出。圖3.1典型的梯形圖結(jié)構(gòu)：母線、觸點(diǎn)、線圈、盒；軟元件、能流繼電接觸器控制線路圖結(jié)構(gòu)：電源線、觸點(diǎn)、線圈；實(shí)際的元件、有電流

梯形圖的一個(gè)關(guān)鍵概念是“能流”(PowerFlow)，這僅是概念上的“能流”。把左邊的母線假想為電源“火線”，而把右邊的母線(虛線所示)假想為電源“零線”。如果有“能流”從左至右流向線圈，則線圈被激勵(lì)；如果沒有“能流”，則線圈未被激勵(lì)。

在梯形圖中，觸點(diǎn)代表邏輯“輸入”條件，如開關(guān)、按鈕、內(nèi)部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，為“輸出軟元件”。對(duì)S7-200系列PLC來說，還有一種輸出——“盒”(方塊圖)，它代表附加的指令，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和功能指令等。

圖3-2梯形圖與語(yǔ)句表 圖3-3功能塊圖“能流”(PowerFlow)只能從左向右流動(dòng)。1個(gè)網(wǎng)絡(luò)（Network）中只能放1塊獨(dú)立電路。功能塊圖（FBD）類似于數(shù)字邏輯門電路。STEP7-Micro/WIN的IEC61131-3指令集只提供梯形圖、功能塊圖。地址前加“％”，其指令不區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類型。2.指令表(STL)

指令表(STL)編程語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)中的助記符語(yǔ)言，它是可編程序控制器最基礎(chǔ)的編程語(yǔ)言。所謂指令表編程，是用一個(gè)或幾個(gè)容易記憶的字符來代表可編程序控制器的某種操作功能。一般來說，指令表編程適合于熟悉PLC和有經(jīng)驗(yàn)的程序員使用。圖2.2基本指令應(yīng)用舉例(a)梯形圖；(b)指令表3.順序功能流程圖(SFC)

順序功能流程圖(SFC)編程是一種圖形化的編程方法，亦稱功能圖。使用它可以對(duì)具有并行、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進(jìn)行編程，許多PLC都提供了用于SFC編程的指令。

4.功能塊圖(FBD)

S7-200系列PLC專門提供了FBD編程語(yǔ)言，利用FBD可以查看到像普通邏輯門圖形的邏輯盒指令。它沒有梯形圖編程器中的觸點(diǎn)和線圈，但有與之等價(jià)的指令，這些指令是作為盒指令出現(xiàn)的。FBD編程語(yǔ)言有利于程序流的跟蹤，但在目前使用較少。圖2.3FBD簡(jiǎn)單實(shí)例3.2.2可編程序控制器的程序結(jié)構(gòu)

控制一個(gè)任務(wù)或過程，是通過在RUN方式下，使主機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，用戶程序決定了一個(gè)控制系統(tǒng)的功能。廣義上的PLC程序由三部分構(gòu)成：主程序、子程序、中斷程序。1．主程序：每次掃描都要執(zhí)行主程序。每個(gè)項(xiàng)目都必須有且只能有一個(gè)主程序（OB1）。2．子程序：簡(jiǎn)化程序代碼、減少掃描時(shí)間、容易移植到別的項(xiàng)目(SBRN)?？梢远啻握{(diào)用。圖2.4程序結(jié)構(gòu)

用編程軟件在計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，利用編程軟件的程序結(jié)構(gòu)窗口雙擊主程序、子程序和中斷程序的圖標(biāo)，即可進(jìn)入各程序塊的編程窗口。編譯時(shí)編程軟件自動(dòng)對(duì)各程序段進(jìn)行連接。

S7-200PLC的主程序、子程序和中斷程序結(jié)束結(jié)束時(shí)，編程軟件會(huì)在程序編譯時(shí)自動(dòng)加入相應(yīng)的結(jié)束指令。主程序

存儲(chǔ)區(qū)子程序中斷子程序子程序子程序子程序子程序子程序：為了清晰地組織一個(gè)項(xiàng)目，可以根據(jù)功能進(jìn)行結(jié)構(gòu)化組織，即：一個(gè)項(xiàng)目分解為幾個(gè)子功能塊，每個(gè)子功能塊由一個(gè)或多個(gè)子程序組成。有利于分步調(diào)試，便于查找問題所在，且具有通用性。注意事項(xiàng)：1）可以在確定的時(shí)刻調(diào)用，可以嵌套調(diào)用，最多嵌套8個(gè)。2）S7-200CPU最多可調(diào)用64個(gè)