西門子PLC編程基礎(chǔ)課件

PLC編程基礎(chǔ)13.1PLC的基本結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)形式上PLC可分為整體式和模塊式兩大類。不論哪種類型的PLC，其基本結(jié)構(gòu)都是相同的。CPU輸入接口輸出接口存儲器電源外圍接口編程設(shè)備2CPU存儲器輸入輸出電路編程裝置電源外圍接口33.2PLC工作原理PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，稱為循環(huán)掃描工作方式。

一個循環(huán)掃描過程周期可分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段。4啟動組織塊上電后執(zhí)行一次循環(huán)監(jiān)視時間開始讀取輸入信號狀態(tài)，并存儲在輸入映像區(qū)執(zhí)行OB1程序包括中斷程序?qū)⑤敵鲇诚駞^(qū)狀態(tài)寫到實(shí)際輸出設(shè)備一個循環(huán)掃描周期5執(zhí)行OB1中的程序

(循環(huán)執(zhí)行)事件(日期時間中斷、硬件中斷等)調(diào)用其他

OB，F(xiàn)B，F(xiàn)C輸出

模塊AI0.1AI0.2=Q8.0塊OB1循環(huán)監(jiān)視時間的開始啟動塊

(OB100)上電后執(zhí)行一次從模塊讀信號狀態(tài)，并保存到過程映象區(qū)(PII)把過程映象輸出表(PIQ)寫到輸出模塊CPU循環(huán)輸入

模塊循環(huán)程序執(zhí)行6過程映象字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2:::

CPU存儲器區(qū)字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2:::

PIIPIQ用戶程序

CPU存儲器區(qū) : :A I 2.0= Q 4.3 : : : :117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)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。一個掃描周期中與用戶有關(guān)的三階段8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，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)果會對下面的邏輯運(yùn)算起作用；相反，下面的邏輯運(yùn)算其運(yùn)算結(jié)果只能到下一個掃描周期才能對上面的邏輯運(yùn)算起作用。9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，刷新所有對應(yīng)的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。10PLC的工作特點(diǎn)所有輸入信號在程序處理前統(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段統(tǒng)一輸出。其工作特點(diǎn)是將一個連續(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段讀取外部輸入狀態(tài)，該時段相對較短，抗輸入信號串入的干擾極為有利。這種方式對于高速變化的過程可能漏掉變化的信號，也會帶來系統(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)。11掃描工作方式對程序執(zhí)行的影響I0.0代表外部的按紐，當(dāng)按紐動作后，左面的程序只需要一個掃描周期就可完成對M0.4的刷新，而右面的程序要經(jīng)過四個掃描周期才能完成對M0.4的刷新。在掃描周期極為短的情況下（100ms），無時序配合要求，感覺不到這兩段程序執(zhí)行的的差異。在有時序配合的情況下，這種差異要引起注意。123.3存儲器及其尋址S7CPU的存儲區(qū)包括三個基本區(qū)域，即裝載存儲器，工作存儲器RAM和系統(tǒng)存儲器RAM。裝載存儲器動態(tài)裝載存儲器RAM可保持裝載存儲器EEPROM工作存儲器RAM用戶程序，如邏輯塊、數(shù)據(jù)塊系統(tǒng)存儲器RAM過程映像I/Ｏ表位存儲器、定時器、計(jì)數(shù)器局域數(shù)據(jù)堆棧、塊堆棧中斷堆棧、中斷緩沖區(qū)13系統(tǒng)存儲區(qū)的地址區(qū)地址區(qū)說明輸入過程映像I輸入映像區(qū)每一位對應(yīng)一個數(shù)字量輸入點(diǎn)，在每個掃描周期的開始，CPU對輸入點(diǎn)進(jìn)行采樣，并將采樣值存于輸入映像寄存器中。CPU在接下來的本周期各階段不再改變輸入過程映像寄存器中的值，直到下一個掃描周期的輸入處理階段進(jìn)行更新輸出過程映像Q輸出映像區(qū)的每一位對應(yīng)一個數(shù)字量輸出點(diǎn)，在掃描周期的末尾，CPU將輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)傳送給輸出模塊，再由后者驅(qū)動外部負(fù)載位存儲區(qū)M用來保存控制繼電器的中間操作狀態(tài)或其他控制信息定時器T定時器相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的時間繼電器，用定時器地址(T和定時器號，如T5)來存取當(dāng)前值和定時器狀態(tài)位，帶位操作數(shù)的指令存取定時器狀態(tài)位，帶字操作的指令存取當(dāng)前值計(jì)數(shù)器C用計(jì)數(shù)器地址(C和計(jì)數(shù)器號，如C20)來存取當(dāng)前值和計(jì)數(shù)器狀態(tài)位，帶位操作數(shù)的指令存取計(jì)數(shù)器狀態(tài)位，帶字操作的指令存取當(dāng)前值局部數(shù)據(jù)L可以作為暫時存儲器或給子程序傳遞參數(shù)，局部變量只在本單元有效數(shù)據(jù)塊DB在程序執(zhí)行的過程中存放中間結(jié)果，或用來保存與工序或任務(wù)有關(guān)的其它數(shù)據(jù)14CPU中的寄存器（1）累加器（ACCUx）32位累加器是用于處理字節(jié)、字或雙字的寄存器。S7-300有兩個累加器ACCU1和ACCU2，S7-400有4個累加器ACCU1～ACCU4。（2）地址寄存器2個地址寄存器作為指針用于寄存器間接尋址。（3）數(shù)據(jù)塊寄存器DB和DI寄存器分別用來保存打開的共享數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊的編號。（4）診斷緩沖區(qū)（5）狀態(tài)字寄存器狀態(tài)字是一個16位的寄存器，用于存儲CPU執(zhí)行指令的狀態(tài)15STEP7的可能尋址范圍設(shè)計(jì)的地址區(qū)訪問區(qū)域縮寫加在一起的最大區(qū)域過程映象I/Q輸入/輸出位I/Q0.0---65,535.7輸入/輸出字節(jié)I/QB0---65,535輸入/輸出字IW/QW0---65,534輸入/輸出雙字ID/QD0---65,532存儲器標(biāo)志存儲器位M0.0---255.7存儲器字節(jié)MB0---255存儲器字MW0---254存儲器雙字MD0---252I/Q外部輸入/輸出I/Q字節(jié),外設(shè)PIB/PQB0---65,535I/Q字,外設(shè)PIW/PQW0---65,534I/Q雙字,外設(shè)PID/PQD0---65,532定時器定時器(T)T0---255計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(C)C0---255數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊(DB)DB1---65,532數(shù)據(jù)塊用OPNDB打開位,字節(jié),字,雙字DBX,DBBDBW,DBD0---65,532用OPNDI打開位,字節(jié),字,雙字DIX,DIBDIW,DID0---65,53216數(shù)據(jù)在存儲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I5I0I1I2I3I476543210MSBLSB17MB200LSB0MSB7MB200LSB低有效字節(jié)0MSB15高有效字節(jié)MB201MB200LSB最低有效字節(jié)0MSB31最高有效字節(jié)MB201MB202MB203兩個字節(jié)組成1個字(Word)，兩個字組成1個雙字(DoubleWord)。一般用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示有符號數(shù)，其最高位為符號位，最高位為0時為正數(shù)，為1時為負(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個字節(jié)(Byte)，其中的第0位為最低位(LSB)、第7位為最高位(MSB)。MW200MD200MW200MW20218字節(jié)、字和雙字的取值范圍見表數(shù)據(jù)的位數(shù)無符號數(shù)有符號整數(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~FFFFFFFF2147483648~214748364780000000~7FFFFFFF19

位存儲單元的地址由字節(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。相鄰的兩個字節(jié)組成一個字，MW200表示由MB200和MB201組成的1個字，MW200中的M為區(qū)域標(biāo)識符，W表示字(Word)，200為起始字節(jié)的地址。MD200表示由MB200~MB203組成的雙字，M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。20區(qū)域區(qū)域功能訪問區(qū)域單位標(biāo)識符最大地址范圍輸入過程映像存儲區(qū)（I）在循環(huán)掃描開始時，從過程中讀取輸入信號至過程映像存儲區(qū)輸入位輸入字節(jié)輸入字輸入雙字IIBIWID0~65535.70~655350~655340~65532輸出過程映像存儲區(qū)（Q）在循環(huán)掃描期間，將過程映像存儲區(qū)中的輸出值傳至輸出模塊輸出位輸出字節(jié)輸出字輸出雙字QQBQWQD0~65535.70~655350~655340~65532位存儲區(qū)（M）此存儲區(qū)用于存儲控制邏輯的中間狀態(tài)存儲器位存儲器字節(jié)存儲器字存儲器雙字

MMBMWMD0~255.70~2550~2540~252存儲區(qū)及功能見下表：

21外部輸入（PI）外部輸出（PQ）用戶可通過此區(qū)域直接訪問輸入和輸出模塊外部輸入字節(jié)外部輸入字外部輸入雙字外部輸出字節(jié)外部輸出字外部輸出雙字PIBPIWPIDPQBPQWPQD0~655350~655340~655320~655350~655340~65532定時器（T）訪問此區(qū)域可以得到定時剩余時間定時器（T）T0~255計(jì)數(shù)器（C）訪問此區(qū)域可以得到當(dāng)前計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)器（C）C0~25522數(shù)據(jù)塊(DB)用“OPENDB”打開數(shù)據(jù)塊，用“OPENDI”打開背景數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)據(jù)字?jǐn)?shù)據(jù)雙字DB(I)XDB(I)BDB(I)WDB(I)D0~65535.70~655350~655340~65532本地?cái)?shù)據(jù)（L）此區(qū)域存放邏輯塊中的臨時數(shù)據(jù)，當(dāng)邏輯塊結(jié)束時，數(shù)據(jù)丟失臨時本地?cái)?shù)據(jù)位臨時本地?cái)?shù)據(jù)字節(jié)臨時本地?cái)?shù)據(jù)字臨時本地?cái)?shù)據(jù)雙字LLBLWLD0~65535.70~655350~655340~65532233.4數(shù)據(jù)格式與數(shù)據(jù)類型數(shù)制

二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)BCD碼24STEP7數(shù)據(jù)類型概述基本數(shù)據(jù)類型(到32位)復(fù)雜數(shù)據(jù)類型(長于32位)用戶定義數(shù)據(jù)類型(長于32位)?位數(shù)據(jù)類型(BOOL,BYTE,WORD,DWORD,CHAR)?數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)類型(INT,DINT,REAL)?定時器類型(S5TIME,TIME,DATE,TIME_OF_DAY)?時間(DATE_AND_TIME)?矩陣(ARRAY)?結(jié)構(gòu)(STRUCT)?字符串(STRING) 數(shù)據(jù)類型

UDT(用戶定義數(shù)據(jù)類型)25STEP7基本數(shù)據(jù)類型BOOL 1 True或False（1或0）BYTE 8 B#16#A9WORD 16 W#16#12AFDWORD 32 DW#16#ADAC1EF5CHAR 8 'w'S5TIME 16 S5T#5s_200ms INT 16 123DINT 32 L#65539REAL 32 1.2或34.5E-12TIME 32 T#2D_1H_3M_45S_12MSDATE 16 D#1993-01-20TIME_OF_DAY 32 TOD#12:23:45.12關(guān)鍵字長度(位)該類型的常數(shù)舉例26復(fù)雜數(shù)據(jù)類型關(guān)鍵字 長度(位) 舉例

DATE_AND_TIME 64 DT#97-09-24-12:14:55.0

STRING 8*(字符個數(shù)+2) ′Thisisastring′

(最多254個字符的字符串) ′SIEMENS′

ARRAY

用戶定義

測量值：

ARRAY[1..20]

(相同數(shù)據(jù)類型的元素組) INT

STRUCT

用戶定義

Motor:STRUCT

(不同數(shù)據(jù)類型的元素組)

Speed:INT

Current:REAL

END_STRUCTUDT UDTasblockUDTasarrayelement

(用戶定義數(shù)據(jù)類型= 用戶定義

基本或復(fù)雜數(shù)據(jù)類型組成的

STRUCT Drive:ARRAY[1..4]

模板）

Speed:INT UDT1

Current:REAL

END_STRUCT 27程序塊類型故障FBFBFBFCSFCSFBFB帶背景數(shù)據(jù)塊陰影:

OB組織塊循環(huán)定時過程OB =組織塊FB =功能塊FC =功能SFB =系統(tǒng)功能塊SFC =系統(tǒng)功能

操作系統(tǒng)3.5程序結(jié)構(gòu)28

塊類型 特性

組織塊 -操作系統(tǒng)和用戶程序的接口

(OB) -各層次的優(yōu)先級(1~26) -局部數(shù)據(jù)堆棧中的特殊啟動信息

功能塊(FB) -帶參數(shù)/數(shù)據(jù)保持

-不帶參數(shù)/數(shù)據(jù)保持 -不帶參數(shù)/數(shù)據(jù)不保持

功能(FC) -只傳遞一個返回值

(調(diào)用時必須分配參數(shù)) -數(shù)據(jù)不保持 -可帶參數(shù)數(shù)據(jù)塊(DB) -結(jié)構(gòu)化，局部存儲(背景DB) -結(jié)構(gòu)化，全局?jǐn)?shù)據(jù)存儲

(在整個程序中均有效)用戶定義的塊29用戶塊包括組織塊、功能塊、功能和數(shù)據(jù)塊。組織塊（OB）

組織塊是操作系統(tǒng)和用戶程序之間的接口。組織塊只能由操作系統(tǒng)來啟動。各種組織塊由不同的事件啟動，且具有不同的優(yōu)先級，而循環(huán)執(zhí)行的主程序則在組織塊OB1中。

注意：各種塊（除組織塊外）的數(shù)目和代碼的長度是與CPU不相關(guān)的，而組織塊的數(shù)目則與CPU的操作系統(tǒng)相關(guān)。

30功能塊（FB）

功能塊是通過數(shù)據(jù)塊參數(shù)而調(diào)用的。它們有一個放在數(shù)據(jù)塊中的變量存儲區(qū)，而數(shù)據(jù)塊是與其功能塊相關(guān)聯(lián)的，稱為背景數(shù)據(jù)塊。特點(diǎn)：每一個功能塊可以有不同的數(shù)據(jù)塊。這些數(shù)據(jù)塊雖然具有相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但具體數(shù)值可以不同。功能（FC）

功能沒有指定的數(shù)據(jù)塊，因而不能存儲信息。功能常常用于編制重復(fù)發(fā)生且復(fù)雜的自動化過程。數(shù)據(jù)塊（DB）數(shù)據(jù)塊中包含程序所使用的數(shù)據(jù)。

31塊類型 特點(diǎn)

系統(tǒng)功能 -存儲在CPU的操作系統(tǒng)中(SFC) -用戶可以調(diào)用此功能 （不需要存儲器）系統(tǒng)功能塊 -存儲在CPU的操作系統(tǒng)中(SFB) -用戶可以調(diào)用此功能 （需要存儲器）

系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 -用于組態(tài)數(shù)據(jù)和參數(shù)的數(shù)據(jù)塊(SDB)

系統(tǒng)塊32數(shù)據(jù)塊類型和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)字節(jié)0數(shù)據(jù)字節(jié)81918位CPU314中塊的大小是8K字節(jié)數(shù)據(jù)塊提供的最大存儲空間依賴于CPU的型號0733

調(diào)用程序塊調(diào)用程序塊被調(diào)用的塊(OB,FB,FC)(FB,FC,SFB,SFC)程序執(zhí)行程序執(zhí)行調(diào)用另一個塊的指令塊結(jié)束34STEP7為設(shè)計(jì)程序提供三種方法?；谶@些方法，可以選擇最適合于你的應(yīng)用的程序設(shè)計(jì)方法。線性化模塊化結(jié)構(gòu)化線性化編程：所有的指令都在一個塊（OB1）內(nèi)。模塊化編程：每個設(shè)備的控制指令都在各自的塊內(nèi)。

OB1按順序調(diào)用每個塊。結(jié)構(gòu)化編程：不同的塊調(diào)用可重復(fù)利用的代碼。

OB1(或其他塊)調(diào)用這些塊并傳遞相應(yīng)的參數(shù)。OB1OB1OB1配方A配方B混合器排空泵排空3.6編程方法35線性化編程OB1Network1Network2Network3電機(jī)控制信息取得操作的小時數(shù)36模塊化編程電機(jī)控制信息取得操作小時數(shù)OB1FC1FC2FC337主程序子塊程序處理程