可編程序控制器(西門子S7-200)

可編程序控制器

第19章19.1PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理19.2PLC程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)19.3PLC的指令系統(tǒng)19.4應(yīng)用舉例第19章可編程序控制器學(xué)習(xí)目標(biāo)理解可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；理解可編程序控制器程序設(shè)計(jì)的基本編程方法；熟悉常用的編程指令，了解常用的PLC的功能指令；學(xué)會(huì)使用梯形圖編制簡單的程序。19.1PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

可編程序控制器（PLC）是結(jié)合繼電接觸器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)而不斷發(fā)展完善起來的一種自動(dòng)控制裝置，具有編程簡單、使用方便、通用性強(qiáng)、可靠性高、體積小、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用得十分廣泛。

目前已從小規(guī)模的單機(jī)順序控制發(fā)展到過程控制、運(yùn)動(dòng)控制等諸多領(lǐng)域。

繼電接觸器控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，容易掌握等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用；但是，這種控制也存在著功能簡單、硬接線復(fù)雜、可靠性差、體積和重量大等缺點(diǎn)。19.1.1PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC從結(jié)構(gòu)形式上可分為整體式和模塊式兩大類，其邏輯結(jié)構(gòu)則基本相同。整體式PLC一般由CPU、I/O端子、顯示面板、存儲(chǔ)器和電源等組成，各部分集成為一個(gè)整體，通常微型小型PLC如西門子S7-200系列都是整體式結(jié)構(gòu)；而模塊式PLC一般由CPU模塊、I/O模塊、存儲(chǔ)器模塊、電源模塊、底板和機(jī)架等組成，如西門子S7-300/400系列PLC。不論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放結(jié)構(gòu)，其I/O可根據(jù)用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展和組合。CPU輸入接口輸出接口存儲(chǔ)器電源外圍接口編程設(shè)備PLC的基本結(jié)構(gòu)與通用計(jì)算機(jī)的CPU一樣，PLC中CPU也是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量等。CPU主要用來運(yùn)行用戶程序，監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)，作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。即讀取輸入變量，完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部診斷等。1、CPUCPU模塊一般都有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源指示、運(yùn)行停止指示、輸入/輸出指示和故障指示等?？偩€接口用于擴(kuò)展連接I/O模塊或特殊功能模塊，內(nèi)存接口用于外部存儲(chǔ)器，外設(shè)接口用于連接編程器等外部設(shè)備，通信接口則用于通信。此外，CPU模塊上還有用來設(shè)定工作方式和內(nèi)存區(qū)等的設(shè)定開關(guān)。2、存儲(chǔ)器PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序由可編程序控制器生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)并固化在ROM（只讀存儲(chǔ)器）中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，使PLC完成用戶要求的特定功能。用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。3、輸入輸出電路輸入模塊和輸出模塊簡稱為I/O模塊，是聯(lián)系外部設(shè)備與CPU的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號(hào)：數(shù)字量（或稱開關(guān)量）輸入模塊用來接收來自按鈕、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)、壓力繼電器等的數(shù)字量信號(hào)；模擬量輸入模塊接收來自電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號(hào)。一般輸入電路都設(shè)有濾波電路。數(shù)字量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。編程裝置是用來對(duì)PLC進(jìn)行編程和設(shè)置各種參數(shù)的。4、編程裝置S7-200PLC編程有兩種方法：一是采用手持式編程器，體積小，價(jià)格便宜，便于現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)；另一種方法是采用安裝有STEP7-Micro/WIN編程軟件的計(jì)算機(jī)和連接計(jì)算機(jī)與PLC的PC/PPI通信電纜。5.電源

可編程序控制器使用220V交流電源或24V直流電源。

通過各種外圍接口，PLC可以與編程器、計(jì)算機(jī)、PLC、變頻器、EEPROM寫入器和打印機(jī)等連接，總線擴(kuò)展接口用來擴(kuò)展I/O模塊和智能模塊等。6.外圍接口19.1.2PLC的基本工作原理可編程序控制器有兩種工作模式，即RUN（運(yùn)行）模式和STOP（停止）模式。PLC通電后，需要對(duì)硬件和軟件做一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。讀取輸入執(zhí)行用戶程序智能模塊通信通信信息處理自診斷檢查修改輸出RUN狀態(tài)讀取輸入智能模塊通信通信信息處理自診斷檢查修改輸出一個(gè)掃描周期STOP狀態(tài)PLC的循環(huán)掃描工作方式RUN模式下，S7-200PLC按序循環(huán)執(zhí)行下述任務(wù)：1、讀取外部狀態(tài)2、執(zhí)行用戶程序3、響應(yīng)通訊請(qǐng)求4、內(nèi)部診斷5、刷新輸出STOP模式下，除用戶程序不執(zhí)行外，其余任務(wù)依然執(zhí)行。在此狀態(tài)下，可下載用戶程序及設(shè)置系統(tǒng)。上述的任務(wù)序列稱為PLC的一個(gè)掃描周期一個(gè)掃描周期中與用戶有關(guān)的三階段輸入采樣階段依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。用戶程序執(zhí)行階段PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序。在掃描每一條梯形圖時(shí)，并按先左后右、先上后下的順序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，邏輯運(yùn)算的結(jié)果存于映象區(qū)。上面的邏輯運(yùn)算其運(yùn)算結(jié)果會(huì)對(duì)下面的邏輯運(yùn)算起作用；相反，下面的邏輯運(yùn)算其運(yùn)算結(jié)果只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)上面的邏輯運(yùn)算起作用。輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照存在I/O映象區(qū)的運(yùn)算結(jié)果，刷新所有對(duì)應(yīng)的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。PLC的工作特點(diǎn)所有輸入信號(hào)在程序處理前統(tǒng)一讀入，并在程序處理過程中不再變化。而程序處理的結(jié)果也是在掃描周期的最后時(shí)段統(tǒng)一輸出。其工作特點(diǎn)是將一個(gè)連續(xù)的過程分解成若干靜止的狀態(tài)，極類似放映電影的原理。便于面向?qū)ο蟮乃季S。PLC僅在掃描周期的起始時(shí)段讀取外部輸入狀態(tài)，該時(shí)段相對(duì)較短，抗輸入信號(hào)串入的干擾極為有利。這種方式對(duì)于高速變化的過程可能漏掉變化的信號(hào)，也會(huì)帶來系統(tǒng)響應(yīng)的滯后。為克服上述問題，可利用立即輸入輸出、脈沖捕獲、高速計(jì)數(shù)器或中斷技術(shù)。掃描工作方式對(duì)程序執(zhí)行的影響I0.0代表外部的按紐，當(dāng)按紐動(dòng)作后，左面的程序只需要一個(gè)掃描周期就可完成對(duì)M0.4的刷新，而右面的程序要經(jīng)過四個(gè)掃描周期才能完成對(duì)M0.4的刷新。在掃描周期極為短的情況下（100ms），無時(shí)序配合要求，感覺不到這兩段程序執(zhí)行的的差異。在有時(shí)序配合的情況下，這種差異要引起注意。PLC這種循環(huán)掃描工作方式對(duì)于高速變化的過程可能漏掉變化的信號(hào)，也會(huì)帶來系統(tǒng)響應(yīng)的滯后，可以采用立即輸入輸出、脈沖捕獲、高速計(jì)數(shù)器或中斷技術(shù)等。19.1.3PLC的主要技術(shù)性能1.I/O點(diǎn)數(shù)

指PLC外部輸入和輸出端子數(shù)。通常小型機(jī)有幾十點(diǎn)，中型機(jī)有幾百個(gè)點(diǎn)，而大型機(jī)超過千點(diǎn)。

2.用戶程序存儲(chǔ)容量

用來衡量PLC所能存儲(chǔ)用戶程序的多少。3.掃描速度

指掃描1000步用戶程序所需的時(shí)間，以ms/千步為單位。有時(shí)也用掃描一步指令的時(shí)間計(jì),如s/步。4.指令系統(tǒng)條數(shù)PLC具有基本指令和高級(jí)指令，指令的種類和數(shù)量越多，其軟件功能越強(qiáng)。5.編程元件的種類和數(shù)量

編程元件是指輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、通用“字”寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能繼電器等，其種類和數(shù)量的多少是衡量PLC硬件功能強(qiáng)弱的一個(gè)指標(biāo)。PLC內(nèi)部“繼電器”是存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。當(dāng)寫入該單元邏輯狀態(tài)為“1”時(shí)，則表示相應(yīng)繼電器的線圈接通，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開。所以PLC內(nèi)部這些繼電器稱為“軟”繼電器。此外，不同PLC還有其他一些指標(biāo)，如編程語言及編程手段、輸入/輸出方式、特殊功能模塊種類、自診斷、監(jiān)控、主要硬件型號(hào)、工作環(huán)境及電源等級(jí)等。S7-200CNCPU家族性能指標(biāo)19.2PLC程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)18.2.1PLC編程語言與程序結(jié)構(gòu)IEC(國際電工委員會(huì))1994年5月公布的可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)(IEC1131)的第三部分(IEC1131-3)編程語言部分說明了5種編程語言的表達(dá)方式，即順序功能圖(SequentialFunctionchart)，梯形圖(LadderDiagram)，功能塊圖(FunctionBlockDiagram)，指令表(InstructionList)和結(jié)構(gòu)文本(StructuredText)。S7-200的編程軟件中，用戶可以選用梯形圖、功能塊圖和語句表三種編程語言。SIMATIC指令是西門子公司為其產(chǎn)品所設(shè)計(jì)的指令體系，為S7-200提供了以下三種編程語言：

梯形圖（Ladderdiagram）功能塊圖（Functionblockdiagram）指令表（Instructionlist）其中梯形圖和功能塊圖與IEC1131-3基本兼容，而指令表在SIMATIC中稱之為語句表（StatementList）簡稱STL。在程序編輯中，為用戶同時(shí)提供了SIMATIC和IEC1131-3兩種體系供選擇。LAD及程序結(jié)構(gòu)示意LAD的編程要點(diǎn)LAD由觸點(diǎn)、線圈和功能塊三元素組成。由這三元素組成的獨(dú)立電路稱為網(wǎng)絡(luò)（NETWORK）網(wǎng)絡(luò)左右兩側(cè)的垂直母線代表電源（S7系列省去右側(cè)母線）。觸點(diǎn)接通，“電流”才能從左至右流經(jīng)功能塊和線圈，產(chǎn)生相應(yīng)的操作和動(dòng)作。功能塊設(shè)有EN和ENO端，只有“電流”流進(jìn)EN端功能塊才能執(zhí)行相關(guān)的操作，僅當(dāng)操作無誤“電流”才會(huì)流出ENO端，導(dǎo)致后續(xù)的動(dòng)作或操作。邏輯運(yùn)算從左至右執(zhí)行，各網(wǎng)絡(luò)從上到下執(zhí)行。STL及程序結(jié)構(gòu)示意STL的編程要點(diǎn)STL類似匯編語言。編制的程序簡潔，可實(shí)現(xiàn)LAD和FBD難以實(shí)現(xiàn)的功能。STL中可不加入NETWORK標(biāo)識(shí)，為便于與LAD相互的轉(zhuǎn)換，須正確加入上述標(biāo)識(shí)。FBD及程序結(jié)構(gòu)示意FBD的特點(diǎn)類似數(shù)字邏輯的門電路。除邏輯運(yùn)算外，其余的功能塊與LAD沒有差別。部分部門和單位習(xí)慣用方塊圖表示邏輯關(guān)系，適合使用這種語言。西門子LOGO！產(chǎn)品使用該語言。S7-200PLC的程序結(jié)構(gòu)S7-200CPU的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。1、主程序主程序OB1是程序的主體，每一個(gè)項(xiàng)目都必須并且只能有一個(gè)主程序，在主程序中可以調(diào)用子程序和中斷程序。主程序通過指令控制整個(gè)應(yīng)用程序的執(zhí)行，每次CPU掃描都要執(zhí)行一次主程序。STEP7MicroWin的程序編輯器可以選擇不同的程序。2、子程序子程序是一個(gè)可選的指令的集合，僅在被其他程序調(diào)用時(shí)執(zhí)行。同一子程序可以在不同的地方被多次調(diào)用，使用子程序可以簡化程序代碼和減少掃描時(shí)間。設(shè)計(jì)得好的子程序容易移植到別的項(xiàng)目中去。3、中斷程序中斷程序是指令的一個(gè)可選集合，中斷程序不是被主程序調(diào)用，它們?cè)谥袛嗍录l(fā)生時(shí)由PLC的操作系統(tǒng)調(diào)用。中斷程序用來處理預(yù)先規(guī)定的中斷事件，因?yàn)椴荒茴A(yù)知何時(shí)會(huì)出現(xiàn)中斷事件，所以不允許中斷程序改寫可能在其它程序中使用的存儲(chǔ)器。19.2.2存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)類型與尋址方式1、數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中存取的方式二進(jìn)制數(shù)的1位(bit)只有0和1兩種不同的取值，可用來表示開關(guān)量(或稱數(shù)字量)的兩種不同的狀態(tài)，如觸點(diǎn)的斷開和接通，線圈的通電和斷電等。如果該位為1，則表示梯形圖中對(duì)應(yīng)的編程元件的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，反之相反。位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型為BOOL(布爾)型。(1)位、字節(jié)、字和雙字I5I0I1I2I3I476543210MSBLSBVB200LSB0MSB7VB200LSB低有效字節(jié)0MSB15高有效字節(jié)VB201VB200LSB最低有效字節(jié)0MSB31最高有效字節(jié)VB201VB202VB203兩個(gè)字節(jié)組成1個(gè)字(Word)，兩個(gè)字組成1個(gè)雙字(DoubleWord)。一般用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示有符號(hào)數(shù)，其最高位為符號(hào)位，最高位為0時(shí)為正數(shù)，為1時(shí)為負(fù)數(shù)，最大的16位正數(shù)為7FFFH，H表示十六進(jìn)制數(shù)。8位二進(jìn)制數(shù)組成1個(gè)字節(jié)(Byte)，其中的第0位為最低位(LSB)、第7位為最高位(MSB)。字節(jié)、字和雙字的取值范圍數(shù)據(jù)的位數(shù)無符號(hào)數(shù)有符號(hào)整數(shù)十進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制B（字節(jié)），8位值0~2550~FF-128~12780~7FW（字），16位值0~655350~FFFF-32768~327678000~7FFFFD（雙字），32位值0~42949672950~FFFFFFFF-2147483648~214748364780000000~7FFFFFFF

位存儲(chǔ)單元的地址由字節(jié)地址和位地址組成，如I3.2，其中的區(qū)域標(biāo)識(shí)符“I”表示輸入(Input)，字節(jié)地址為3，位地址為2。這種存取方式稱為“字節(jié).位”尋址方式。（2）數(shù)據(jù)的存取方式

輸入字節(jié)IB3(B是Byte的縮寫)由I3.0-I3.7這8位組成。相鄰的兩個(gè)字節(jié)組成一個(gè)字，VW200表示由VB200和VB201組成的1個(gè)字，VW200中的V為區(qū)域標(biāo)識(shí)符，W表示字(Word)，200為起始字節(jié)的地址。VD200表示由VB200~VB203組成的雙字，V為區(qū)域標(biāo)示符，D表示存取雙字(DoubleWord)，200為起始字節(jié)的地址。2、不同存儲(chǔ)區(qū)的尋址S7系列PLC的存儲(chǔ)器分成三類：內(nèi)置EEPROM區(qū)內(nèi)置RAM區(qū)外插EEPROM匣（選件）內(nèi)置EEPROM

用于備份系統(tǒng)的配置文件、用戶程序及用戶選定的數(shù)據(jù)區(qū)。僅在下述四種情況可改寫它的內(nèi)容：下載程序時(shí)復(fù)制外接存儲(chǔ)卡時(shí)有外接存儲(chǔ)卡，每當(dāng)上電時(shí)用戶程序中，可用系統(tǒng)標(biāo)志對(duì)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)予以刷新為備份RAM的部分內(nèi)容，它與RAM的部分區(qū)域成鏡像。內(nèi)置RAM

存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)。該區(qū)域分成兩部分，一部分在掉電后能借助內(nèi)置的高效電容或電池匣選件較長時(shí)間保存數(shù)據(jù)。其余部分則是易失性的。在使用中，應(yīng)將系統(tǒng)的特征數(shù)據(jù)（如常數(shù)、系數(shù)、特征變量等）存放在具有保持能力的區(qū)域中。外插EEPROM匣（選件）對(duì)內(nèi)置EEPROM作永久的備份便于交流和傳遞程序RAM區(qū)分成兩大部分： 用戶程序區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)用戶不能對(duì)程序區(qū)進(jìn)行讀和寫，它由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)管。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)按基本的不同用途又分成若干區(qū)域。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的分類（1）輸入映像寄存器（I區(qū)）在掃描周期的開始階段，PLC采樣外部的數(shù)字輸入，并將對(duì)應(yīng)的狀態(tài)存入該區(qū)域。輸出映像寄存器（Q區(qū)）在掃描周期的程序處理階段存放計(jì)算出的輸出狀態(tài)，并在掃描周期的結(jié)束階段將其存放的結(jié)果拷貝至物理的輸出裝置。變量存儲(chǔ)區(qū)（V區(qū)）用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果或與程序相關(guān)的變量。位存儲(chǔ)區(qū)（M區(qū)）用于存放運(yùn)算的中間狀態(tài)或控制信息。用“位”來表述重在強(qiáng)調(diào)其中存放的內(nèi)容以位為單位。順序控制繼電器（S區(qū)）與順序控制指令配合，專用于組織順序控制（步進(jìn)控制）程序段。特殊存儲(chǔ)區(qū)（SM區(qū)）其作用類似熟知的標(biāo)志寄存器。它以位的形式實(shí)現(xiàn)CPU與用戶程序間的通信。如是否第一個(gè)掃描周期、運(yùn)算是否溢出等。局域變量區(qū)（L區(qū)）用于暫存中間結(jié)果或在子程序中作為形式參數(shù)。在用法上與V區(qū)的差別是該區(qū)具有局域的概念，而V區(qū)是全局概念。以上各區(qū)的存放數(shù)據(jù)可按位、字節(jié)、字或雙字存取。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的分類（2）定時(shí)器（T區(qū)）

S7-200在RAM區(qū)中設(shè)置了若干的定時(shí)器。用于計(jì)數(shù)時(shí)標(biāo)（1ms、10ms或100ms）。 每個(gè)定時(shí)器占據(jù)兩個(gè)數(shù)據(jù)單元，一個(gè)16位的存儲(chǔ)器用于計(jì)時(shí)，另一個(gè)用于表征定時(shí)器的狀態(tài)，占用一位。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的分類（3）計(jì)數(shù)器（C區(qū)）

S7-200同時(shí)在RAM區(qū)中還設(shè)置了若干的計(jì)數(shù)器。用于計(jì)數(shù)外部事件。 每個(gè)計(jì)數(shù)器占據(jù)兩個(gè)數(shù)據(jù)單元，一個(gè)16位的存儲(chǔ)器用于計(jì)數(shù)，另一個(gè)用于表征計(jì)數(shù)器的狀態(tài)，占用一位。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的分類（4）高速計(jì)數(shù)器（HC） 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限制。 計(jì)數(shù)單元雙字長，只能讀，不能寫。不存在相應(yīng)的狀態(tài)單元。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的分類（5）模擬量輸入存儲(chǔ)區(qū)(AI)： 每個(gè)模擬量占16位（一個(gè)字）。 低字節(jié)構(gòu)成高8位，高字節(jié)構(gòu)成低8位。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的分類（6）模擬量輸出存儲(chǔ)區(qū)（AQ）： 每個(gè)模擬量占16位（一個(gè)字）。 低字節(jié)構(gòu)成高8位，高字節(jié)構(gòu)成低8位。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的分類（7）累加器區(qū)（AC）： 共有四個(gè)32位的累加器（AC0、AC1、AC2、AC3）。 可用于存放中間運(yùn)算結(jié)果，也可用于程序間的數(shù)據(jù)傳遞。數(shù)據(jù)可按字節(jié)、字或雙字存取。常數(shù)的表示方法與范圍常數(shù)值可以是字節(jié)、字或雙字，S7-200以二進(jìn)制方式存儲(chǔ)常數(shù)，常數(shù)也可以用十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII碼或浮點(diǎn)數(shù)形式來表示。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的分類（8）符號(hào)地址的應(yīng)用引入符號(hào)地址便于記憶，也便于設(shè)計(jì)和理解程序。用符號(hào)地址代替存儲(chǔ)器地址，可利用程序編輯器上的變量表來進(jìn)行。符號(hào)地址的命名規(guī)則與其他程序設(shè)計(jì)語言基本一致。#INPUT（局域變量），INPUT（全局變量）19.3PLC的指令系統(tǒng)19.3.1位邏輯指令位邏輯指令是PLC應(yīng)用中最基本,使用最頻繁的指令。位邏輯指令主要分為兩大類：觸點(diǎn)和線圈。標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令常開觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器地址位為1狀態(tài)時(shí)，該觸點(diǎn)閉合。常閉觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器地址位為0狀態(tài)時(shí)，該觸點(diǎn)閉合。觸點(diǎn)符號(hào)中間的“／”表示常閉，觸點(diǎn)指令中變量的數(shù)據(jù)類型為BOOL型。立即觸點(diǎn)立即(Immediate)觸點(diǎn)指令只能用于輸入I，執(zhí)行立即觸點(diǎn)指令時(shí)，立即讀入物理輸入點(diǎn)的值，根據(jù)該值決定觸點(diǎn)的接通／斷開狀態(tài)，但是并不更新該物理輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的映像寄存器。觸點(diǎn)符號(hào)中間的“I”和“／I”表示立即常開和立即常閉。輸出指令輸出指令與線圈相對(duì)應(yīng)，驅(qū)動(dòng)線圈的觸點(diǎn)電路接通時(shí)，線圈指定位對(duì)應(yīng)的映像寄存器為1，反之則為0。輸出類指令應(yīng)放在梯形圖的最右邊，變量為BOOL型。立即輸出指令立即輸出指令只能用于輸出量(Q)，執(zhí)行該指令時(shí)，將結(jié)果立即寫入指定的物理輸出位和對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器。線圈符號(hào)中的“I”用來表示立即輸出。置位復(fù)位指令是從指定的位地址開始的N個(gè)點(diǎn)的映像寄存器都被置位(為1)或復(fù)位(為0)，N=1～255，圖中置位指令中N=1，復(fù)位指令N=2，即滿足前面邏輯條件時(shí)，分別置位從Q0.0開始的1位（Q0.0）或復(fù)位從Q0.0開始的2位（Q0.0，Q0.1）。置位與復(fù)位立即置位與立即復(fù)位執(zhí)行立即置位或立即復(fù)位指令時(shí)，從指定位地址開始的N個(gè)連續(xù)的物理輸出點(diǎn)將被立即置位或復(fù)位，N=l～128。空操作指令(NOPN)不影響程序的執(zhí)行，操作數(shù)N=0。取反(NOT)取反觸點(diǎn)將它左邊電路的邏輯運(yùn)算結(jié)果取反，運(yùn)算結(jié)果若為1則變?yōu)?，為0則變?yōu)?，該指令沒有操作數(shù)。跳變觸點(diǎn)正跳變觸點(diǎn)檢測到一次正跳變(觸點(diǎn)的輸入信號(hào)由0變?yōu)?)時(shí)，或負(fù)跳變觸點(diǎn)檢測到一次負(fù)跳變(觸點(diǎn)的輸入信號(hào)由1變?yōu)?)時(shí)，觸點(diǎn)接通一個(gè)掃描周期。正/負(fù)跳變指令沒有操作數(shù)，觸點(diǎn)符號(hào)中間的“P”和“N”分別表示正跳變(PositiveTransition)和負(fù)跳變(NegativeTransition)。空操作指令19.3.2定時(shí)器與計(jì)數(shù)器定時(shí)器指令定時(shí)器指令是PLC的基本功能指令。學(xué)習(xí)定時(shí)器要掌握其不同類型的基本作用。如何控制定時(shí)器（啟動(dòng)、停止和復(fù)位）是重點(diǎn)。理解時(shí)標(biāo)和定時(shí)器的刷新概念。學(xué)會(huì)用時(shí)序圖分析定時(shí)器的工作過程。定時(shí)器分三種類型：TON（通電延時(shí)定時(shí)器）TONR（保持型通電延時(shí)定時(shí)器）TOF（斷電延時(shí)定時(shí)器）TON（延時(shí)通定時(shí)器）工作特點(diǎn)使能端（IN）ON時(shí)，開始計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)時(shí)值（Txxx

單元內(nèi)容）大于等于預(yù)定值PT后，狀態(tài)位置位。計(jì)時(shí)值達(dá)到預(yù)定值后，繼續(xù)計(jì)時(shí)直至最大值32767。使能端（IN）OFF時(shí)，清除計(jì)時(shí)單元并復(fù)位狀態(tài)位。復(fù)位指令（R）可同時(shí)清除計(jì)時(shí)單元并復(fù)位狀態(tài)位。TON定時(shí)器用于單個(gè)時(shí)間間隔的計(jì)時(shí)。TON（延時(shí)通定時(shí)器）時(shí)序圖TONR（保持型延時(shí)通）工作特點(diǎn)使能端（IN）ON時(shí)，開始計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)時(shí)值（Txxx單元內(nèi)容）大于等于預(yù)定值PT后，狀態(tài)位置位。計(jì)時(shí)值達(dá)到預(yù)定值后，繼續(xù)計(jì)時(shí)直至最大值32767。使能端（IN）OFF時(shí)，停止計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)單元的內(nèi)容將被保持。只能用復(fù)位指令（R）清除計(jì)時(shí)單元并復(fù)位狀態(tài)位。TONR定時(shí)器用于累計(jì)固定時(shí)間間隔的脈沖TONR（保持型延時(shí)通）時(shí)序圖TOF（斷電延時(shí)）工作特點(diǎn)TOF用于延時(shí)關(guān)斷輸出，延時(shí)長短由TOF控制。當(dāng)使能端（IN）ON時(shí)，狀態(tài)位立即置位。而計(jì)時(shí)單元隨之清零。使能端（IN）OFF時(shí)，開始計(jì)時(shí)。達(dá)到預(yù)定值后，狀態(tài)位復(fù)位（OFF）同時(shí)計(jì)時(shí)單元停止計(jì)時(shí)。如果（IN）端的OFF時(shí)間小于預(yù)定時(shí)間，狀態(tài)位將保持ON狀態(tài)。TOF一定是在（IN）端由ONtoOFF的跳變時(shí)才開始計(jì)時(shí)。RESET指令可用于TOF復(fù)位。TOF（斷電延時(shí)）時(shí)序圖S7-200提供加計(jì)數(shù)，減計(jì)數(shù)和加減計(jì)數(shù)指令，計(jì)數(shù)器的編號(hào)范圍為CO～C255。不同類型的計(jì)數(shù)器不能共用同一計(jì)數(shù)器號(hào)。計(jì)數(shù)器對(duì)計(jì)數(shù)器指令要掌握以下幾點(diǎn)：觸發(fā)計(jì)數(shù)的方式停止計(jì)數(shù)的條件復(fù)位計(jì)數(shù)器的方法不同類型計(jì)數(shù)器的基本功能Cxxx標(biāo)明計(jì)數(shù)器號(hào)，用于尋址（xxx：0-255）。PV預(yù)置值（16位整型，可是常數(shù)，也可是直接尋址或指針尋址的變量）。CTU指令CTU計(jì)數(shù)CU端的脈沖數(shù)。脈沖正跳沿觸發(fā)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)以加1的方式進(jìn)行。當(dāng)計(jì)數(shù)值（currentvalue）大于或等于預(yù)定值（PresetValue），狀態(tài)位置位當(dāng)計(jì)數(shù)到最大值32767停止計(jì)數(shù)。R（Reset）端置位，復(fù)位計(jì)數(shù)器和狀態(tài)位也可用復(fù)位指令同時(shí)復(fù)位計(jì)數(shù)單元和狀態(tài)位CTD指令CD端的正跳沿觸發(fā)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)以減1的方式進(jìn)行。當(dāng)計(jì)數(shù)值等于零時(shí)，置位狀態(tài)位，并停止計(jì)數(shù)。LD（load）端置位，將預(yù)定值（PV）移入計(jì)數(shù)單元，同時(shí)復(fù)位狀態(tài)位?？捎脧?fù)位指令同時(shí)復(fù)位計(jì)數(shù)單元和狀態(tài)位。CTUD指令CU端的正跳沿觸發(fā)加計(jì)數(shù)，CD端的正跳沿觸發(fā)減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值大于等于預(yù)定值PV，置位狀態(tài)位。R端置位，復(fù)位計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)單元清零，同時(shí)狀態(tài)位復(fù)位）。加計(jì)數(shù)到最大值32767后，下個(gè)加計(jì)數(shù)脈沖將使計(jì)數(shù)值變成最小值-32768。減到最小-32768后，下個(gè)減脈沖將使計(jì)數(shù)值變成最大值32767。也可用復(fù)位指令同時(shí)復(fù)位計(jì)數(shù)單元和狀態(tài)位。19.3.3程序控制指令循環(huán)指令在控制系統(tǒng)中經(jīng)常遇到需要重復(fù)執(zhí)行若干次同樣的任務(wù)的情況，這時(shí)可以使用循環(huán)指令。FOR指令表示循環(huán)的開始，NEXT指令表示循環(huán)的結(jié)束，驅(qū)動(dòng)FOR指令的邏輯條件滿足時(shí)，反復(fù)執(zhí)行FOR與NEXT之間的指令。在FOR指令中，需要設(shè)置指針或當(dāng)前循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器(INDX)、起始值(INIT)和結(jié)束值(FINAL)。條件滿足時(shí)，跳轉(zhuǎn)指令JMP(Jump)使程序流程轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)LBL(Label)處，標(biāo)號(hào)指令用來指示跳轉(zhuǎn)指令的目的位置。JMP與LBL指令中的操作數(shù)n為常數(shù)0-255，JMP和對(duì)應(yīng)的LBL指令必須在同一程序塊中。跳轉(zhuǎn)與標(biāo)號(hào)指令19.3.4數(shù)據(jù)處理指令

SIMATIC比較指令SIMATIC數(shù)據(jù)傳送指令移位與循環(huán)移位指令數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令表功能指令讀寫實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令19.3.5數(shù)學(xué)運(yùn)算指令整數(shù)加法和減法指令將兩個(gè)16位整數(shù)相加或相減，結(jié)果為16位整數(shù)。雙整數(shù)加法和減法指令將兩個(gè)32位整數(shù)相加或相減，結(jié)果為32位整數(shù)。整數(shù)乘法指令將兩個(gè)16位整數(shù)相乘，產(chǎn)生一個(gè)16位乘積。整數(shù)除法指令將兩個(gè)16位整數(shù)相除，產(chǎn)生一個(gè)16位的商，不保留余數(shù)。雙整數(shù)乘法指令將兩個(gè)32位整數(shù)相乘，產(chǎn)生一個(gè)32位乘積。雙整數(shù)除法指令將兩個(gè)32位整數(shù)相除，產(chǎn)生一個(gè)32位的商，不保留余數(shù)。整數(shù)乘法產(chǎn)生雙整數(shù)指令將兩個(gè)16位整數(shù)相乘，產(chǎn)生一個(gè)32位乘積。整數(shù)除法產(chǎn)生雙整數(shù)指令兩個(gè)16位整數(shù)相除，產(chǎn)生一個(gè)32位結(jié)果，高16位為余數(shù)，低16位為商。加1與減1指令將輸入的字節(jié)，字和雙字加1或減1。SIMATIC整數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算指令實(shí)數(shù)加減法指令將兩個(gè)32位實(shí)數(shù)相加或相減，并產(chǎn)生32位實(shí)數(shù)結(jié)果。實(shí)數(shù)乘法指令將兩個(gè)32位實(shí)數(shù)相乘，產(chǎn)生一個(gè)32位實(shí)數(shù)積。實(shí)數(shù)除法指令將兩個(gè)32位實(shí)數(shù)相除，并產(chǎn)生一個(gè)32位的實(shí)數(shù)商。平方根指令將32位實(shí)數(shù)開平方，得到32位實(shí)數(shù)結(jié)果。三角函數(shù)指令包括正弦指令，余弦指令，正切指令等。自然對(duì)數(shù)指令將輸入中的值取自然對(duì)數(shù)，結(jié)果存入輸出OUT。自然指數(shù)指令E將輸入的值取以e為底的指數(shù)，結(jié)果存于OUT。該指令與自然對(duì)數(shù)指令配合，可實(shí)現(xiàn)以任意實(shí)數(shù)為底、任意實(shí)數(shù)為指數(shù)(包括分?jǐn)?shù)指數(shù))的運(yùn)算。SIMATIC浮點(diǎn)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算指令

取反指令求取輸入字節(jié)，字或雙字的反碼，并將結(jié)果裝入輸出端。字節(jié)邏輯運(yùn)算指令分別求取兩個(gè)輸入字節(jié)，字或雙字對(duì)應(yīng)位相與、或、非的結(jié)果，并送至輸出端。SIMATIC邏輯運(yùn)算指令19.3.6PLC基本編程

輸入、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等的觸點(diǎn)可以無限制重復(fù)使用。

掌握了PLC的基本程序設(shè)計(jì)之后，就可以根據(jù)控制要求編寫簡單的程序。下面給出PLC的基本編程原則。

梯形圖的每一行都是從左邊母線開始，繼電器線圈或指令符號(hào)接在最右邊。S7-200PLC右邊的母線未畫出。1.繼電器觸點(diǎn)的使用2.梯形圖的母線3.指令的輸入與輸出必須有能流輸入才能執(zhí)行的功能塊或線圈指令稱為條件輸入指令，它們不能直接連接到左側(cè)母線上。如果需要無條件執(zhí)行這些指令，可以用接在左側(cè)母線上的SM0．0常開觸點(diǎn)來驅(qū)動(dòng)它們。有的線圈或功能塊的執(zhí)行與能流無關(guān)，如標(biāo)號(hào)指令LBL和順序控制指令SCR等，稱為無條件輸入指令，應(yīng)將它們直接接在左側(cè)母線上。不能級(jí)連的指令塊沒有ENO輸出端和能流流出。JMP、CRET、LBL、NEXT、SCR和SCRE等屬于這類指令。觸點(diǎn)比較指令沒有能流輸入時(shí)，輸出為O，有能流輸入時(shí)，輸出與比較結(jié)果有關(guān)。

使用線圈輸出指令時(shí)，同一編號(hào)的繼電器線圈在同一程序中使用兩次以上，稱為雙線圈輸出。雙線圈輸出容易引起誤動(dòng)作或邏輯混亂，因此一定要慎重。4.程序的結(jié)束S7-200PLC編程軟件在程序結(jié)束時(shí)默認(rèn)有END，RET，RETI等指令，用戶不必輸入。5.盡量避免雙線圈輸出例如圖中，設(shè)I0.0為ON、I0.1為OFF。

由于PLC是按掃描方式執(zhí)行程序的，執(zhí)行第一行時(shí)Q0.0對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為ON，而執(zhí)行第二行時(shí)Q0.0對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為OFF。本次掃描執(zhí)行程序的結(jié)果是，Q0.0的輸出狀態(tài)是OFF。顯然Q0.0前面的輸出狀態(tài)無效，最后一次輸出才是有效的。1.啟保?？刂?/p>

按下I0.0，其常開觸點(diǎn)接通，此時(shí)沒有按下I0.1，其常閉觸點(diǎn)是接通的，Q0.0線圈通電，同時(shí)Q0.0對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)接通；如果放開I0.0，“能流”經(jīng)Q0.0常開觸點(diǎn)和I0.1流過Q0.0，Q0.0仍然接通，這就是“自鎖”或“自保持”功能。

按下I0.1，其常閉觸點(diǎn)斷開，Q0.0線圈“斷電”，其常開觸點(diǎn)斷開，此后即使放開I0.1，Q0.0也不會(huì)通電，這就是“停止”功能。18.4.2梯形圖編程典型電路

通過分析，可以看出這種電路具備啟動(dòng)（I0.0），保持（Q0.0）和停止（I0.1）的功能，這也是其名稱的由來。

在實(shí)際的電路中，啟動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)可能由多個(gè)觸點(diǎn)或者比較等其它指令的相應(yīng)位觸點(diǎn)串并聯(lián)構(gòu)成。2.延時(shí)接通/斷開邏輯I0.0Q0.197要求：I0.0常開觸點(diǎn)閉合9秒后Q0.1導(dǎo)通，I0.0常開觸點(diǎn)斷開7秒后Q0.1斷電。通過面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)的思路將一個(gè)過程分解成若干的片段，每一個(gè)片段整理出單元控制對(duì)象。T37的復(fù)位若利用I0.0的OFF，在I0.0ON的時(shí)間少于9秒時(shí)，不能保證T37發(fā)出定時(shí)到的信號(hào)。3.定時(shí)范圍的擴(kuò)展PLC提供的時(shí)標(biāo)只有1ms、10ms和100ms三種，最大計(jì)數(shù)值皆為32767。要擴(kuò)展定時(shí)范圍就需自行設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)發(fā)生器，再利用計(jì)數(shù)器來計(jì)數(shù)時(shí)標(biāo)脈沖。設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)發(fā)生器就需確定周期及占空比，以便確定時(shí)標(biāo)發(fā)生器的參數(shù)。時(shí)標(biāo)發(fā)生器的本質(zhì)是一種能自動(dòng)激發(fā)的定時(shí)器。

問題分析：對(duì)象的選擇定時(shí)器T37，發(fā)出1分鐘的時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器C4（CTU）計(jì)數(shù)時(shí)標(biāo)脈沖，產(chǎn)生1小時(shí)的定時(shí)信號(hào)線圈Q0.2拷貝T37狀態(tài)位，以便可靠自激定時(shí)器線圈Q0.0輸出擴(kuò)展后的定時(shí)信號(hào)定時(shí)的啟動(dòng)信號(hào)I0.2掃描周期1min對(duì)象動(dòng)作邏輯條件說明T37啟動(dòng)啟動(dòng)AND

定時(shí)未到復(fù)位與啟動(dòng)可互斥C4計(jì)數(shù)T37T37的定時(shí)脈沖復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)OFFQ0.2ONT37T37ONQ0.0ONC4C4ON控制邏輯條件時(shí)標(biāo)發(fā)生器部分定時(shí)擴(kuò)展的程序示意若啟動(dòng)信號(hào)I0.2是短暫的脈沖信號(hào)，應(yīng)作哪些修改？此程序設(shè)計(jì)能否連續(xù)發(fā)出擴(kuò)展脈沖，若需要在哪些地方作修改？程序示意圖第一問題的解決

若啟動(dòng)信號(hào)I0.2是短暫的脈沖信號(hào)，應(yīng)作哪些修改？要點(diǎn)是如何解決無記憶信號(hào)的保存問題利用起保停邏輯，通過自鎖方式“記憶”下啟動(dòng)指令為此須增加撤消按鈕I0.3及I0.2的記憶狀態(tài)Q2.0，（原方案中的I0.2用Q2.0替換）第二問題的解決

若連續(xù)發(fā)出擴(kuò)展脈沖，若需要在哪些地方作修改？主要是解決計(jì)數(shù)器的復(fù)位計(jì)數(shù)器的復(fù)位應(yīng)由擴(kuò)展定時(shí)到及啟動(dòng)無效共同決定4.閃爍邏輯問題的描述

所謂閃爍邏輯是脈沖周期及占空時(shí)間皆定時(shí)的自激脈沖發(fā)生器。選用定時(shí)器及輸出對(duì)象

定時(shí)器1（TONT37）用于控制線圈的斷電時(shí)間定時(shí)器2（TONT38）用于控制線圈的通電時(shí)間Q0.0的0、1狀態(tài)輸出閃爍信號(hào)閃爍邏輯程序Q0.0斷電2秒Q0.0通電3秒閃爍電路也可以看作是振蕩電路，在實(shí)際PLC程序具有廣泛的應(yīng)用。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法在上面幾種典型電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合應(yīng)用編程，但是它沒有固定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果也不是唯一的，設(shè)計(jì)程序的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有密切的關(guān)系，通常需要反復(fù)調(diào)試和修改才能得到一個(gè)較為滿意的結(jié)果；同時(shí)程序的分析和閱讀非常困難，修改局部程序時(shí)，容易對(duì)程序的其他部分產(chǎn)生意想不到的影響，因此用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)出的梯形圖維護(hù)和改進(jìn)比較麻煩。對(duì)于典型的順序控制工作過程，可以采用順序控制設(shè)計(jì)法進(jìn)行梯形圖程序的設(shè)計(jì)，參見參考文獻(xiàn)。19.4.1PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

19.4PLC的應(yīng)用舉例

在掌握了PLC的基本工作原理、編程指令和編程方法的基礎(chǔ)上可結(jié)合實(shí)際問題進(jìn)行PLC應(yīng)用控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。分析控制對(duì)象確定控制內(nèi)容軟件設(shè)計(jì)（編制用戶程序及模擬仿真）硬件設(shè)計(jì)（PLC選擇、控制柜設(shè)計(jì)及布線系統(tǒng)總裝統(tǒng)調(diào)符合設(shè)計(jì)要求？調(diào)整軟件調(diào)整硬件投入運(yùn)行否否是（1）深入了解和詳細(xì)分析被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工作原理及工藝流程，畫出工作流程圖；（2）列出該控制系統(tǒng)應(yīng)具備的全部功能和控制范圍；（3）擬定控制方案使之能最大限度地滿足控制要求，并保證系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。1.分析控制對(duì)象，確定控制內(nèi)容這是設(shè)計(jì)功能良好的PLC