IEC61131-3PLC編程語言標(biāo)準(zhǔn)介紹

熱烈歡迎參加PLC技術(shù)培訓(xùn)班的全體學(xué)員！北京精誠智合教學(xué)科技有限公司9/12/20231PLC培訓(xùn)班（第4講）IEC61131-3

編程語言標(biāo)準(zhǔn)介紹1.IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用信息2.IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型3.IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通信模式

4.IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

5.IEC61131-3PLC編程語言9/12/20232IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用信息

眾所周知，在開發(fā)可編程序控制器（PLC）的早期階段，由于沒有一個統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，各制造商根據(jù)自己的習(xí)慣，使用自己的編程語言，這些編程語言從內(nèi)容到形式都很不相同，例如，德國的公司喜歡用功能塊圖和語句表語言，這與他們早期將晶體管邏輯電路用來完成控制功能有關(guān)系，而美國的公司則喜歡用梯形圖語言和控制鼓（ControlDrum）。梯形圖語言又是從繼電器控制邏輯延伸來的，至于法國公司除了用梯形圖語言外，還用GRAFCET語言，這一語言又特別適用于完成順序控制的功能。9/12/20233IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用信息這種編程語言的不統(tǒng)一情況，給用戶帶來極大的不方便，使用不同公司產(chǎn)品，編制的程序完全不通用，用戶被迫要去熟悉不同公司的編程語言，要額外的購置不同的編程工具，要想在一個大型的工程項目中使用多家公司的產(chǎn)品，幾乎是不可能的事。早在上世紀(jì)80年代國際電工技術(shù)委員會IEC的第六工作組（IEC/TC65B/WG6）就開始著手制定統(tǒng)一的可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。并于1993年正式頒布了這一標(biāo)準(zhǔn)，即IEC1131－3國際標(biāo)準(zhǔn)。9/12/20234IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用信息

我國根據(jù)IEC的標(biāo)準(zhǔn)制定的中華人民共和國可編程序控制器（ProgrammableController）的國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號為GB/T15969.1－15969.4，該標(biāo)準(zhǔn)于1995年底發(fā)布，從1996年10月1日起開始實施。

9/12/20235IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用信息近幾年由于自動化系統(tǒng)的發(fā)展，需要制定涵蓋更廣領(lǐng)域，不僅包括PLC，還有DCS，HMI以及現(xiàn)場總線等的內(nèi)容。IEC的第七工作組（IEC/SC65B/WG7）制定了新的IEC61131－3標(biāo)準(zhǔn)，第七工作組包括來自不同的PLC制造商，軟件公司和用戶代表，這樣制定的標(biāo)準(zhǔn)可以做為一個導(dǎo)則，為大多數(shù)PLC制造商所接受，IEC61131標(biāo)準(zhǔn)的5個部分總結(jié)當(dāng)代PLC系統(tǒng)的要求，這些要求涉及PLC的硬件和編程系統(tǒng)。新標(biāo)準(zhǔn)包括了早已在PLC編程中使用的通用概念，同時也增加了新的編程方法。9/12/20236IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用信息IEC61131－3本身只做為PLC的編程指導(dǎo)，而不是強(qiáng)制的規(guī)則，若PLC制造商希望符合這個標(biāo)準(zhǔn)，他們必須提供文件，說明其對標(biāo)準(zhǔn)的符合程度，他們還必須通過認(rèn)證，確認(rèn)那些部分符合標(biāo)準(zhǔn)，那些部分還不能滿足標(biāo)準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)附有62個性能表，制造商必須填寫這些表格并提供注釋（例如；“完全滿足”，不能“實現(xiàn)”，“以下部分能實現(xiàn)”…）。9/12/20237IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用信息

該標(biāo)準(zhǔn)還提供一個測試基礎(chǔ)，允許制造商和客戶都能評估，每一個編程系統(tǒng)符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的接近程度。為了進(jìn)一步證明兼容性，PLCopen國際組織，進(jìn)一步定義兼容性等級的測試，而這些測試是由獨(dú)立的機(jī)構(gòu)進(jìn)行的。9/12/20238IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型IEC61131－3的軟件模型描述了諸多概念，包括組態(tài)（configuration）。資源（resource）.任務(wù)(task).程序(program).功能塊（functionblock）以及功能（function）和它們之間的連接。9/12/20239IE任務(wù)C61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型

（組態(tài)內(nèi)部的資源）

在軟件等級中的最高等級是組態(tài)(configuration),它定義了單元結(jié)構(gòu)，這一單元有可能是，例如：帶多個CPU連接的PLC。一個組態(tài)包括一個或若干個資源(resources),它構(gòu)成一個CPU資源的程序是由任務(wù)來控制，任務(wù)(task)表示一個可執(zhí)行的程序單元。9/12/202310IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型

（組態(tài)內(nèi)部的資源）9/12/202311IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型（任務(wù)）任務(wù)能周期地或由于一定的事件來處理，它們具有優(yōu)先權(quán)級，優(yōu)先權(quán)是定義在資源內(nèi)部分配給CPU的時間段。有若干種類型的任務(wù)：a.周期任務(wù)，b.時間控制任務(wù)（時間間隔任務(wù)），c.事件控制任務(wù)(事件任務(wù))，e.中斷任務(wù)任務(wù)說明是由任務(wù)名，它的優(yōu)先權(quán)級，以及任務(wù)執(zhí)行時的條件，條件可以是時間間隔，一個事件〈數(shù)字量輸入的上升沿或全局變量的偽(false)/真(true)變化〉或一個中斷，每一個任務(wù)能分配若干個程序，這些程序?qū)⒂扇蝿?wù)來激活。程序是按照所指示的順序來處理的。9/12/202312IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型（任務(wù)）a.帶有條件的任務(wù)，在條件滿足時將被執(zhí)行，例如，當(dāng)指示的時間間隔已經(jīng)超出，或變量的地址“偽”改變成“真”。b.如果若干個任務(wù)都滿足條件，則具有最高優(yōu)先權(quán)級的任務(wù)將被執(zhí)行。c.不允許將同一個優(yōu)先權(quán)級分配給多個任務(wù)（優(yōu)先權(quán)級0＝任務(wù)禁止是例外）。d.在另一個任務(wù)正在被處理時，如果具有較高優(yōu)先權(quán)級的任務(wù)的條件被滿足，則較低優(yōu)先權(quán)級的任務(wù)將被中斷，只有另一任務(wù)已被完成后，再繼續(xù)處理。

9/12/202313IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型

（組織單元POUs）IEC61131－3定義程序(program),功能塊(functionblock),功能(function)作為程序的組織單元或POUs(ProgramOrganizationunitsPOUs).POUs的性質(zhì)允許用戶程序廣泛的模塊化以及重復(fù)應(yīng)用已經(jīng)實現(xiàn)和經(jīng)過測試的軟件模塊。為了程序模塊能訪問一個POU，至少需要有請求接口的說明，在進(jìn)行說明之后，一個POU對所有其他POU是存在的。9/12/202314IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型

（組織單元POUs）9/12/202315IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型

（程序）整個程序具有實時性質(zhì)，程序能在CPU中運(yùn)行，是由分配程序的任務(wù)來解決的，一個程序能分配給若干個任務(wù)，亦即這若干個程序的背景是在不同的實時性質(zhì)下生成。程序中的一個是主程序被分配給PLC外部設(shè)備、全局變量和訪問路徑。9/12/202316IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型

（功能塊）IEC61131－3應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)功能和功能塊來標(biāo)準(zhǔn)化典型PLC的功能。這一標(biāo)準(zhǔn)庫是統(tǒng)一的，不依賴于制造商的PLC系統(tǒng)編程的重要基礎(chǔ)。功能塊（FBs）可以比作集成電路，它包括一定的控制功能，它們用來設(shè)置輸入/輸出和內(nèi)部變量，功能塊的狀態(tài)要求被保留從一個周期到另一個周期，只有功能的輸入和輸出變量能被請求的程序?qū)ぶ?。一個功能塊能被另一個功能塊調(diào)用。9/12/202317IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型

（功能塊背景）

IEC61131－3提供功能塊背景，一個背景是一種結(jié)構(gòu)，在調(diào)用功能塊時，它保留所有的內(nèi)部輸入和輸出變量。一個程序它調(diào)用FB1三次，則具有三個FB1背景，每次調(diào)用一個。程序則會精確地計算請求而不會有邊外效應(yīng)（sideeffects）。請遵守，所有背景應(yīng)用相同的程序碼，亦即，程序碼的改變對所有三個請求具有相同的效應(yīng)。軟件工具，通過自動說明對背景提供幫助，在FB調(diào)用時指定背景名，這一名詞管理調(diào)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。9/12/202318IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)軟件模型

（功能）與功能塊不同，功能沒有內(nèi)部變量的緩沖區(qū)。這樣，功能不能使用全局變量訪問功能的組織單元和直接說明地址變量。所有功能具有一個共同點(diǎn)，如果功能的輸入?yún)?shù)是相同的，則它們將提供相同的輸出參數(shù)。9/12/202319IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通信模式IEC61131－3的通信方式使用：a.訪問路徑（Accesspaths）b.全局變量（Globalvariables）c.參數(shù)調(diào)用(Callparameters)d.通信組織單元（IEC61131－5）（Communicationorganization）來說明組態(tài)單元的數(shù)據(jù)交換9/12/202320IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通信模式

訪問路徑：定義訪問路徑允許組態(tài)單元相互之間和PLC系統(tǒng)實現(xiàn)通信。

全局變量：全局變量能容易地在程序之間實現(xiàn)通信，它們能在組態(tài)，資源，程序內(nèi)進(jìn)行說明和應(yīng)用。

參數(shù)調(diào)用：

在程序內(nèi)部，數(shù)據(jù)交換是通過參數(shù)調(diào)用來實現(xiàn)的，參數(shù),例如：輸入和輸出變量。參數(shù)調(diào)用定義了值轉(zhuǎn)移的接口。

通信組織單元：通信組織單元提供了通信服務(wù)，這些服務(wù)將在IEC61131的第5部分進(jìn)行定義。9/12/202321IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元IEC61131－3的通用語言單元是標(biāo)識（Identifiers），關(guān)鍵詞（Keywords），評論（Comments），文字(Literals)，數(shù)據(jù)類型和變量（Datatypesandvariables）。以下對它們進(jìn)行詳細(xì)描述。9/12/202322IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（標(biāo)識符）

標(biāo)識符用來尋址變量，功能，程序等，它們是一些單元且能支持程序的可讀性。標(biāo)識符是一個字母數(shù)字和下劃線的序列，以一個字母或下劃線開始。以下各項不可以做為標(biāo)識符：a.空格和德文中的元音變音字母b.以同一方式說明兩次c.用關(guān)鍵字做為標(biāo)識符（參看4.2節(jié)）9/12/202323IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（關(guān)鍵字）關(guān)鍵字是清楚的字母組合，能做為單個的語法助記符單元關(guān)鍵字不能用做為標(biāo)識符，IEC61131－3關(guān)鍵字舉例：ABS,SIN,BOOL,FALSE,TRUE,FOR,NEXT,IF,THEN,VAR,GLOBAL,DATE,TIME,FUNCTION9/12/202324IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（評論）

評論或程序的一部分用來幫助理解程序且是重要的溝通方法。評論允許在任何位置以所有文本編輯的形式而且必須以特殊的字母序列（*and*）開始和結(jié)束。每一個網(wǎng)絡(luò)段能對它的功能評論成一段文本。9/12/202325IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（文字）IEC61131－3說明文字做為字母，數(shù)字和時間的序列。字母序列：字母序列文字具有0或更多字母，而且以’反逗號’開始和結(jié)束（例如：’Charactersequence’）。數(shù)字：有兩種不同類型的數(shù)字文字：整數(shù)和實數(shù)。整數(shù)能定義帶有基數(shù)，十進(jìn)制數(shù)能具有（十或－）的符號，實數(shù)能表示成指數(shù)形式。時間：有兩種不同的時間文字（間隔時間和天/日期時間）9/12/202326IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（數(shù)據(jù)類型）數(shù)據(jù)類型：IEC61131－3定義了不同的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型，它們幫助編譯，推導(dǎo)以及用戶定義數(shù)據(jù)類型。每一個標(biāo)識符被分配到一個數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)類型決定了多大的存儲容量將被保留以及什么值相應(yīng)于存儲器的內(nèi)容。9/12/202327IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（數(shù)據(jù)類型）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型a.波爾型（真值表

真/偽）。b.字節(jié)，字，雙字，帶符號的整型數(shù)，不帶符號的整型數(shù)，16位整形數(shù)，不帶符號的16位整形數(shù)，雙整形數(shù)，不帶符號的雙整形數(shù)（整形數(shù)據(jù)類型）。c.實數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類型）。d.串?dāng)?shù)據(jù)（字符串）。e.時間(TIME)，日時間(TIME－OF－DAY)，日期(DATE)f.日期和時間(DATE_AND_TIME)(時間數(shù)據(jù)類型)。9/12/202328IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（數(shù)據(jù)類型）定義數(shù)據(jù)類型a.陣列（ARRAY）(1,2,3維場)。b.指針（POINTER）（包含用于實時程序的變量/功能塊的尋址）。c.枚舉（Enumeration）（枚舉數(shù)，由很多字符串常數(shù)組成）。d.結(jié)構(gòu)（STRUCT）e.參考(Reference)（用于對變量/常數(shù)/功能塊生成一個替換名）9/12/202329

IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（變量）IEC61131－3定義5種不同的變量類型a.全局變量b.本地變量c.輸入變量d.輸出變量e.輸入和輸出變量9/12/202330IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（變量）本地變量不能連接到外部，亦即它們只能在程序內(nèi)部的一部分進(jìn)行尋址，全局變量能被所有程序組織單元（POUs）尋址。輸入，輸出和輸入/輸出變量是與程序，功能和功能塊有關(guān)的。它們能在被分配的POU內(nèi)通過讀或?qū)憗砀淖?，在POU外部改變必須進(jìn)行定義，（輸入，輸出和輸入/輸出）在原文件之間變量要加以說明，變量VAR變量結(jié)束END_VAR。通常每個變量在冷啟動之后被初始化。默認(rèn)的初始值為0或“偽”，可以通過另一變量符號“:=”在說明中指定用戶定義的初始值。9/12/202331IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（變量屬性）當(dāng)說明一個變量時，能附加以下的屬性：a.保留（RETAIN）:這些變量在主要故障之后。仍保留同一值。當(dāng)再啟動時，程序?qū)⒁赃@一保留的值繼續(xù)進(jìn)行。b.常數(shù)(CONSTANT)：變量值不能改變c.AT：變量在儲存器映像區(qū)中具有固定位置（固定地址）。Example舉例：以一初始值說明一個輸出變量。VAR-OUTPUTPar_out1:INT:10;（*輸出參數(shù)1，具有初始值10*）END-VAR9/12/202332

IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（固定地址變量

）在進(jìn)行說明時,通過關(guān)鍵字變量能被分配一個物理存儲器位置。地址用特殊字母序列來指示，字母序列的起始用％符號，跟隨一個范圍前綴和一個數(shù)據(jù)前綴（數(shù)據(jù)類型）表示數(shù)據(jù)長度。最后是數(shù)字序列表示存儲器的位置。范圍前綴：I（輸入），Q（輸出），M（標(biāo)志,內(nèi)部存儲器范圍）長度前綴：X（單個位）,B（字節(jié)，8位）,W（字，16位）,D（雙字，32位）9/12/202333IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)通用語言單元

（固定地址變量

）Example舉例：％QX1.0.2輸出位2％IW1.0.1輸入位1％MB7標(biāo)志字節(jié)7％MW1標(biāo)志字1％MD3標(biāo)志雙字3％MX1.2在標(biāo)志字1中的第3標(biāo)志位9/12/202334IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)編程語言

IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)是PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，程序是由以下一些單元組成的：?結(jié)構(gòu)(Structures)?組織單元(Organizationunits)?全局變量(Globalvariables)9/12/202335IEC61131-3PLC標(biāo)準(zhǔn)編程語言

在IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)中定義了5種PLC編程語言，它們是：?指令表IL(Instructionlist)?結(jié)構(gòu)文本ST(Structuredtext)?順序功能圖SFC(Sequentialfunctionchart)?功能塊圖FBD(Functionblockdiagram)?梯形圖LD(Ladderdiagram)對解決某一問題，最適用于，用上術(shù)語言中的某一種語言。9/12/202336SFC順序功能圖編程語言舉例在這一講中我們要介紹使用SFC編程語言的一個應(yīng)用例子。德國西門子公司的PLC編程語言中有一種叫S7Graph的編程語言，實際上它就是一種標(biāo)準(zhǔn)SFC的編程語言。這里介紹的例子是用S7Graph對一臺自動鉆床的順序工作循環(huán)，進(jìn)行編程。對順序控制這一類系統(tǒng)的編程，一般按照以下的流程進(jìn)行：從下圖中我們看到，首先要對實施的順序控制項目建立一個順序結(jié)構(gòu)和對系統(tǒng)的信號進(jìn)行定義，然后在西門子的PLCSIMATIC管理器中建立一個項目，和STEP7一樣可以采用符號地址編程，也可以不用符號地址編程，如果用符號地址編程要求建立一個符號地址表。

9/12/202337SFC順序功能圖編程語言舉例對于順序控制系統(tǒng)最適合的編程語言是用SFC語言，在本例中我們采用西門子公司的S7Graph語言（類似SFC語言），用這種語言按照工藝要求編程一個功能塊FB1，S7Graph會自動生成FB1的背景數(shù)據(jù)塊DB1。在STEP7程序的OB1組織塊中調(diào)用FB1和DB1完成程序的組織。將程序下載到PLC中，用STEP7的調(diào)試手段調(diào)試和運(yùn)行程序。

9/12/202338順序控制系統(tǒng)編程和調(diào)試的工作流程

9/12/202339自動鉆床的系統(tǒng)配置9/12/202340自動鉆床的系統(tǒng)配置上圖是我們的例子中的自動鉆床的系統(tǒng)配置圖，它包含有以下一些元件：鉆床的鉆頭電動機(jī)，電動機(jī)給出運(yùn)行/停止的反饋信號

啟動按鈕和冷卻液的選擇開關(guān)

冷卻液泵，當(dāng)冷卻液達(dá)到一定壓力時給出反饋信號

夾緊工件用的夾緊汽缸，當(dāng)夾緊工件達(dá)到一定壓力時給出反饋信號

鉆床工作臺升/降的升降汽缸，當(dāng)鉆床工作臺到達(dá)高位或低位時由接近開關(guān)發(fā)出信號。

9/12/202341自動鉆床的系統(tǒng)配置自動鉆床的初始狀態(tài)定義如下：

鉆床電動機(jī)和冷卻液泵處于停止?fàn)顟B(tài)

鉆床的工作臺處在高位

工件臺上沒有工件，夾緊汽缸處于松開狀態(tài)9/12/202342自動鉆床的工作時序圖

9/12/202343自動鉆床的工作時序圖自動鉆床的時序可以劃分為以下一些階段：

裝入工件（手動）

根據(jù)需要（取決于被加工的材料）選擇是否要加冷卻液

按啟動按鈕，啟動自動鉆床工作（鉆頭電動機(jī)供電）

夾緊工件達(dá)到所需要的夾緊壓力

啟動冷卻液泵（如果，選擇了要使用冷卻液）9/12/202344自動鉆床的工作時序圖

工作臺向下直到底部目標(biāo)位置（鉆削過程）

在底部目標(biāo)位置等待0.5秒（鉆削過程）

提升工作臺到高位

松開夾緊汽缸，停止鉆頭電動機(jī)和冷卻液泵

卸下工件（手動）。在完成順序控制系統(tǒng)的編程之前，首先要建立起一個慨念，就是將自動鉆床的工作分為若干個單步，慨念設(shè)計的基礎(chǔ)是繪制出工藝流程圖。9/12/202345自動鉆床的工藝流程圖

9/12/202346自動鉆床的工藝流程圖

上圖是自動鉆床的工藝流程圖，圖中將自動鉆床的工作分劃為若干個單步和若干個控制條件，這些條件是用來控制由一個單步轉(zhuǎn)移到下一個單步的具體邏輯條件或邏輯表達(dá)式。從圖4.18上我們可以看到：

整個自動鉆床的工藝過程分成S1到S7，7個單步，并且表示了步的序列，跟隨S1步的是S2步，跟隨S3步的是S4步或者是S7步

對每一個步必須規(guī)定一個或若干個作用（例如，對S1步的作用是鉆床處于準(zhǔn)備狀態(tài)，即：鉆床電動機(jī)和冷卻液泵處于停止?fàn)顟B(tài)，鉆床的工作臺處在高位，工件臺上沒有工件，夾緊汽缸處于松開狀態(tài)。對S3步的作用是啟動鉆床鉆頭電動機(jī)等）9/12/202347自動鉆床的工藝流程圖

然后，每一個步確定其必須滿足的轉(zhuǎn)移條件，使得過程能夠從一個步轉(zhuǎn)移到下一個步。圖上的轉(zhuǎn)移條件用T表示（例如，T1的條件是按壓啟動過程的啟動按鈕，T5的轉(zhuǎn)移條件是工作臺到達(dá)高位）。有了上面這些準(zhǔn)備工作后，我們就可以用S7Graph語言來編程我們的例子了。S7Graph是STEP7軟件的一個選擇項，首先要安裝STEP7軟件，然后再安裝S7Graph軟件選件，安裝完成后，S7Graph是在SIMATIC管理器下運(yùn)行的。因此，下面的步驟就和我們在第三章中已經(jīng)介紹的內(nèi)容類似。首先在SIMATIC管理器下建立一個新的項目，取名“S7GRAPH_Drill”，然后，插入一個S7300站和進(jìn)行硬件組態(tài)，圖4.19和圖4.20分別表示項目的結(jié)構(gòu)和硬件組態(tài)的情況。9/12/202348在SIMATIC管理器下的S7GRAPH_Drill的項目結(jié)構(gòu)圖

在具體進(jìn)行編程之前，首先我們要建立一個符號地址表。表4.17是這一項目的I/O定義和相應(yīng)的的符號地址命名。9/12/202349在SIMATIC管理器下的S7GRAPH_Drill的硬件組態(tài)圖9/12/202350自動鉆床項目的I/O定義和符號地址表9/12/202351自動鉆床項目的I/O定義和符號地址表9/12/202352自動鉆床項目的I/O定義和符號地址表圖4.21是表示在SIMATIC管理器中編輯的符號地址表。有了符號地址表，我們再介紹使用S7Graph編程語言，在SIMATIC管理器中編輯順序控制器的功能塊FB1(一般默認(rèn)為FB1,也可以選擇其它功能塊號)和背景數(shù)據(jù)塊DB1。

在SIMATIC項目管理器的左邊，樹形結(jié)構(gòu)中選擇“Blocks”

選擇菜單命令I(lǐng)nsert

S7Block

FunctionBlock

在“屬性”（“Properties”）對話框中選擇“S7-Graph”作為編程語言（只有在STEP7軟件中安裝了S7-Graph選件，才能選擇到這種編程語言）。9/12/202353自動鉆床項目的I/O定義和符號地址表完成上述步驟后，我們在“Blocks”文件夾中建立起FB1功能塊（不過，這時的FB1是空的）。

用鼠標(biāo)左鍵雙擊FB1，打開FB1，首先見到的是用雙框表示的初始步S1和轉(zhuǎn)移T1，選擇轉(zhuǎn)移T1，并在屏幕左邊的“順序控制器菜單條”中選擇圖標(biāo)，這時會自動插入步S2和轉(zhuǎn)移T2，用同樣的方法完成圖4.18所表示的S1到S6的步結(jié)構(gòu)以及T1到T6的轉(zhuǎn)移圖標(biāo)

用鼠標(biāo)選擇S3步，并在屏幕左邊的“順序控制器菜單條”中選擇圖標(biāo)，打開一個分支路徑，用來實現(xiàn)選擇冷卻液使的分支程序，在分支路徑上出現(xiàn)轉(zhuǎn)移T79/12/202354自動鉆床項目的I/O定義和符號地址表

選擇轉(zhuǎn)移T7，并在屏幕左邊的“順序控制器菜單條”中選擇圖標(biāo)，自動插入步S7和轉(zhuǎn)移T8

選擇轉(zhuǎn)移T8，并在屏幕左邊的“順序控制器菜單條”中選擇圖標(biāo)，將分支路徑封閉到步S4

選擇轉(zhuǎn)移T6，并在屏幕左邊的“順序控制器菜單條”中選擇圖標(biāo)，這是插入一個跳轉(zhuǎn)命令，將轉(zhuǎn)移T6跳轉(zhuǎn)至S1步。通過以上步驟，完成了FB1的結(jié)構(gòu)編程，結(jié)構(gòu)編程是依照圖4.18的自動鉆床的工藝流程的要求來完成的。9/12/202355自動鉆床項目的I/O定義和符號地址表至此，我們尚未完成整個FB1的編程，我們還要對各個步進(jìn)行“步作用”的編程和各個轉(zhuǎn)移的“轉(zhuǎn)移條件”編程。

選擇菜單命令I(lǐng)nsert

Action，結(jié)果在所選擇步的右邊，會出現(xiàn)圖標(biāo)，這是一個空的作用行，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊這一作用框，作用框的左邊部分，用來輸入作用指令，右邊部分是作用指令的地址場

在S7-Graph編程語言中有4個作用指令，一般作用指令的地址場，都是直接指向PLC的輸出場地址，這4個作用指令是：9/12/202356自動鉆床項目的I/O定義和符號地址表S指令，S指令是對輸出場地址進(jìn)行置位（輸出為“1”信號），而且這一指令不僅對“激活”的步有效，而且當(dāng)步轉(zhuǎn)移到下一個“激活”步時仍然有效，一直到在步作用中出現(xiàn)R指令，才將指令的輸出場置成“0”R指令，R指令是用來復(fù)位輸出場的N指令，N指令也是對輸出場地址進(jìn)行置位的，但是和S指令不同，N指令只在“激活”的步期間是有效的，當(dāng)轉(zhuǎn)移到下一個步時，N指令自動將輸出場地址復(fù)位D指令，D指令是延時指令，除了輸出場地址外，還有延時時間域，D指令的作用是指從

9/12/202357自動鉆床項目的I/O定義和符號地址表“步激活”開始，經(jīng)過在延時時間域中定義的時間之后，才對輸出場地址置位，而且在步轉(zhuǎn)移之后，輸出場地址自動復(fù)位（類似N指令，但是在執(zhí)行之前有一段時間延時）應(yīng)用上述4種作用指令，根據(jù)自動鉆床的工藝要求，對FB1的S1至S7的各個步，分別進(jìn)行作用編程，其結(jié)果見圖4.23，自動鉆床應(yīng)用S7-Graph(SFC)語言編程FB1功能塊的程序圖。除了要對FB1功能塊的各個步作用進(jìn)行編程外，現(xiàn)在還需要對步的轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行編程，這一編程可以選擇用梯形圖（LD）語言來進(jìn)行。9/12/202358自動鉆床項目的I/O定義和符號地址表對轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行編程時可以應(yīng)用以下梯形圖指令：插入常開觸點(diǎn)，其地址場可以在符號地址表中選擇插入常閉觸點(diǎn)，其地址場可以在符號地址表中選擇插入比較器，比較器可以選擇大于、小于、等于、大于等于、小于等于，比較器有兩個輸入端，輸入可以是被激活步的延續(xù)時間或者是應(yīng)該定義的時間值。在本例子中的T6轉(zhuǎn)移條件，我們讓S6步的延續(xù)時間和500ms進(jìn)行比較，即使前面的轉(zhuǎn)移條件都滿足了，在這一步上也必須等待500ms后才允許轉(zhuǎn)移。9/12/202359在SIMATIC管理器中使用S7-Graph編程語言對FB1功能塊進(jìn)行編程9/12/202360自動鉆床應(yīng)用S7-Graph(SFC)語言編程FB1功能塊的程序圖9/12/202361OB1的編程過程9/12/202362最后我們來介紹一下順序控制器的調(diào)試問題。首先，我們要把離線編程的組態(tài)配置、程序方塊（包括OB1、FB1和DB1等）和系統(tǒng)數(shù)據(jù)下載到PLC中。如果，沒有錯誤，則在PLC從“Stop”狀態(tài)轉(zhuǎn)換為“Run”狀態(tài)時，PLC不會出現(xiàn)報警，綠色的“Run”變成常亮。如果，在下載過程中出現(xiàn)錯誤，紅色指示燈閃亮，這時應(yīng)該根據(jù)CPU的診斷緩沖區(qū)中的提示，檢查造成故障的原因，并將其排除。從圖4.24可以看到，在調(diào)用FB1和DB1時，有許多參數(shù)需要輸入，這和FB1的工作方式有關(guān)，調(diào)用FB1有最小工作方式、標(biāo)準(zhǔn)工作方式和最大工作方式三種：在SIMATIC管理器中使用S7-Graph編程語言對FB1功能塊進(jìn)行編程9/12/202363

最小工作方式，F(xiàn)B1只有三個參數(shù)，見上圖。最小工作方式能啟動順序控制器自動運(yùn)行。沒有附加的控制和監(jiān)控功能。參數(shù)“INIT_SQ”是用來對順序控制器初始化，加電后，順序控制器處在初始步（S1）位置。按最小工作方式調(diào)用FB1時的參數(shù)9/12/202364按標(biāo)準(zhǔn)工作方式調(diào)用FB1時的參數(shù)9/12/202365按標(biāo)準(zhǔn)工作方式調(diào)用FB1時的參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)工作方式，在這種工作方式下，F(xiàn)B1具有一組標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)見下圖。標(biāo)準(zhǔn)工作方式對順序控制器的調(diào)試是非常有用的。因為，在實際的應(yīng)用中，實際的項目可能比我們所舉的例子要復(fù)雜得多，因此，很難保證程序編制完成后，一點(diǎn)錯誤也沒有，有一些錯誤是語法上的錯誤，在編程過程中根據(jù)提示（一般出現(xiàn)語法錯誤時會有紅色的報警提示），通過Help的幫助提示，來糾正出現(xiàn)的語法錯誤。即使，語法上已經(jīng)通過，沒有錯誤了，在實際執(zhí)行時還會有考慮不周，造成動作的錯誤或者互鎖的條件有問題，或者時間關(guān)系沒有配合好等等，這些就要結(jié)合現(xiàn)場的情況，對順序控制器進(jìn)行調(diào)試，修改程序，消除出現(xiàn)的各種問題，最后使順序控制器滿足現(xiàn)場工藝的要求。9/12/202366按標(biāo)準(zhǔn)工作方式調(diào)用FB1時的參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)工作方式下，可以進(jìn)一步選擇4種調(diào)試方式：

自動方式，這一工作方式是和最小工作方式的情況一樣，當(dāng)“激活”步隨后的轉(zhuǎn)移條件滿足時，下一個步就被“激活”。

手動方式，和自動方式不一樣，當(dāng)轉(zhuǎn)移條件滿足時不會自動轉(zhuǎn)到下一步。選擇那一個步是由手動實現(xiàn)的。

步進(jìn)方式，步進(jìn)方式有一點(diǎn)類似于自動方式，但是需要有一個附加的“步使能”條件，不僅步的轉(zhuǎn)移條件需要滿足，而且在FBI參數(shù)的T_PUSH輸入端，附加一個上升沿信號（“步使能”條件），控制過程才能轉(zhuǎn)移到下一個步。9/12/202367按標(biāo)準(zhǔn)工作方式調(diào)用FB1時的參數(shù)

自動或單步方式，選擇這種方式時，只要“步轉(zhuǎn)移條件”或“步使能條件”（在FBI參數(shù)的T_PUSH輸入端，附加一個上升沿信號）兩個條件中有一個條件滿足，控制過程就會轉(zhuǎn)移到下一步。在標(biāo)準(zhǔn)工作方式下的4種方式的選擇，是通過FB1的以下參數(shù)實現(xiàn)的：SW_AUTO（選擇自動方式）SW_MAN（選擇手動方式）SW_TAP（選擇步進(jìn)方式）SW_TOP（選擇自動或單步方式）在上述參數(shù)的輸入端，施加一個上升沿信號，就能選中相應(yīng)的工作方式。

9/12/202368按最大工作方式調(diào)用FB1時的參數(shù)

最大工作方式，在這種工作方式下，F(xiàn)B1具有全部參數(shù)見右圖。9/12/202369按最大工作方式調(diào)用FB1時的參數(shù)在最大工作方式下，除了可以選擇標(biāo)準(zhǔn)工作方式時的自動、手動、步進(jìn)和自動或單步的調(diào)試方式外，還有附加的控制和監(jiān)控功能，這里不詳細(xì)介紹了。在調(diào)試過程中西門子公司還提供一種“S7-PLCSIM仿真軟件”的工具，在STEP7軟件中安裝這一仿真軟件后，不必將程序下載到PLC的實際硬件中，而只要下載到仿真軟件中，就可以對順序控制器進(jìn)行調(diào)試了，這是一個非常有用的工具。

9/12/202370按最大工作方式調(diào)用FB1時的參數(shù)9/12/202371按最大工作方式調(diào)用FB1時的參數(shù)圖4.28是使用“S7-PLCSIM仿真軟件”對順序控制器進(jìn)行調(diào)試的畫面，圖的底部是仿真器部分，它有CPU、強(qiáng)制輸入的輸入場（圖上是IB0：即I0.0-I0.7），輸出場（圖上是QB0：即Q0.0-Q0.7）和位存儲器場（圖上是MB0：即M0.0-M0.7）。從圖上可以看到CPU處在RUN-P狀態(tài)，綠色指示燈RUN常亮，說明仿真器的CPU工作正常，點(diǎn)擊工具條上的圖標(biāo)，仿真器進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，這時仿真器上方的綠色字條Automatic閃亮，從順序控制器上監(jiān)控到的是S2步（綠色高亮），S2步的步作用是S“Clamp_workp”（工件氣缸夾緊），從仿真

9/12/202372按最大工作方式調(diào)用FB1時的參數(shù)器的輸出場，能看到Q0.4有輸出。從順序控制器上監(jiān)控到的轉(zhuǎn)移是T2，轉(zhuǎn)移條件是“Cl_press_ok”（工件夾緊壓力到達(dá)時的反饋信號），如果我們在仿真器的輸入場強(qiáng)制I0.4有輸入，這時順序控制器就會轉(zhuǎn)移到下一步S3。通過仿真器對順序控制器進(jìn)行調(diào)試是非常有效的，這樣在實驗室內(nèi)就能完成現(xiàn)場調(diào)試的大部分工作，可以節(jié)省現(xiàn)場的調(diào)試費(fèi)用，縮短現(xiàn)場的調(diào)試時間。通過上面的例子，我們介紹了SFC編程語言的實際應(yīng)用，SFC是61131－3標(biāo)準(zhǔn)中的一種，現(xiàn)在很多PLC的制造商，都開發(fā)和提供SFC的編程語言工具。9/12/202373PLC和現(xiàn)場總線技術(shù)在長江三峽大壩泄洪工程中的應(yīng)用9/12/202374PLC和現(xiàn)場總線技術(shù)在長江三峽大壩泄洪工程中的應(yīng)用三峽工程主要由大壩，水電站，通航建筑物等三大部分組成。泄洪壩段位于大壩中部，水電站廠房位于泄洪壩段兩側(cè)。永久通航建筑物均布置于左岸(面對長江下游，左邊為左岸)。大壩為混凝土重力壩，壩頂全長約2309米，壩頂高程185米。水電站分設(shè)左岸和右岸兩組廠房，分別安裝14臺和12臺700兆瓦水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1820萬千瓦，年平均發(fā)電量846.8億度。泄洪壩段有47座泄洪閘門。9/12/202375PLC和現(xiàn)場總線技術(shù)在長江三峽大壩泄洪工程中的應(yīng)用泄洪壩段位于大壩中部(長483米)，在泄洪壩段底部，均勻分布有22孔導(dǎo)流底孔弧形門（參看文后的名詞解釋），底坎高度為56米或57米，弧門寬度為6米，高度為8.5米，22孔弧門分別由22臺液壓啟閉機(jī)啟閉（參看文后的名詞解釋）。這22臺液壓啟閉機(jī)分別由6個液壓站驅(qū)動（參看文后的名詞解釋），其中1號站和6號站各帶3臺啟閉機(jī)，2號站至5號站各帶4臺啟閉機(jī)。9/12/202376長江三峽大壩泄洪工程工程組成

在導(dǎo)流底孔上部均勻分布（中軸線與底孔中軸線錯開）23孔泄洪深孔，深孔底坎高度為90米，弧門寬7米，高9米，23臺深孔弧門分別由23臺液壓啟閉機(jī)啟閉。這23臺液壓啟閉機(jī)分別由6個液壓站驅(qū)動，其中1號站帶3臺啟閉機(jī)，2號至6號站各帶4臺啟閉機(jī)。在泄洪壩段上部有左、右排漂孔弧形門，弧門寬10米，高12米，左門在左導(dǎo)墻壩段，右門在右縱向圍堰壩段，每個弧門采用雙吊點(diǎn)由2臺液壓啟閉機(jī)雙缸同步提升。排漂孔有兩個液壓站，每站驅(qū)動一扇弧門。9/12/202377長江三峽大壩泄洪工程工程組成

用于三峽泄洪壩段的49臺液壓啟閉機(jī)，個個都是龐然大物，其高度相當(dāng)于一棟8層樓房那么高，啟閉機(jī)油缸的外徑要兩個大人合抱才能抱住，它能產(chǎn)生400噸的啟門力，可以想像，要控制這49臺液壓啟閉機(jī)，是一個相當(dāng)復(fù)雜的工程項目。世界上泄水閘門主要有平板門與弧形門兩種金屬結(jié)構(gòu)，三峽泄洪壩段的47座閘門全部采用弧形門結(jié)構(gòu)。從設(shè)計制造和閘門的安裝考慮，弧形門要比平板門復(fù)雜得多，但弧形門更適合于動水啟閉閘門。9/12/202378長江三峽大壩泄洪工程工程組成

三峽工程中的導(dǎo)流底孔和泄洪深孔，底坎高度為56米(或57米)和90米，在二期工程結(jié)束后，三期工程竣工之前，導(dǎo)流底孔是主要的泄洪手段，特別是二期工程的最后階段，要對右岸的導(dǎo)流明渠截流(真正的大江截流)和修建右岸上，下游圍堰，這時導(dǎo)流底孔將全部打開，分流，降低截流時導(dǎo)流明渠的流量，在三期工程建設(shè)期間，水庫的正常蓄水位達(dá)到135米，這時導(dǎo)流底孔弧門上的水壓有8公斤/cm2(將近80米高的水柱)，弧門上承受的最大正壓力將近4800噸，這樣大的水壓力采用平板門動水啟、閉是非常困難的，而且啟、閉門時的水動力情況非常復(fù)雜，因此，在三峽泄洪壩段的底孔和深孔，全部采用當(dāng)前世界上比較先進(jìn)的弧型門結(jié)構(gòu)。9/12/202379長江三峽大壩泄洪工程工程組成

此外，底孔弧門要求有3500仟牛（350噸）的啟門力，深孔和排漂孔弧門的啟門力各為4000仟牛，底孔和深孔弧門還要求有1000仟牛的閉門力。這些要求只有用液壓啟閉機(jī)才能實現(xiàn)，用傳統(tǒng)的卷揚(yáng)式啟閉機(jī)是無法產(chǎn)生閉門力的。9/12/202380長江三峽大壩泄洪工程工程組成

此外，底孔弧門要求有3500仟牛（350噸）的啟門力，深孔和排漂孔弧門的啟門力各為4000仟牛，底孔和深孔弧門還要求有1000仟牛的閉門力。這些要求只有用液壓啟閉機(jī)才能實現(xiàn)，用傳統(tǒng)的卷揚(yáng)式啟閉機(jī)是無法產(chǎn)生閉門力的。采用液壓啟閉機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，一是便于控制，二是控制安全、工作平穩(wěn)、反應(yīng)速度快，三是結(jié)構(gòu)緊湊，四是效率高。由于液壓啟閉機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)，因此，三峽工程泄洪壩段的47座弧門以及發(fā)電機(jī)進(jìn)水口的14座快速門和三個排砂孔，全部采用先進(jìn)的液壓啟閉機(jī)方案。9/12/202381長江三峽大壩泄洪工程工程組成

在電氣控制系統(tǒng)上，三峽泄洪工程更是采用了當(dāng)今世界上的很多新技術(shù)，例如，采用高度可靠的可編程序控制器(PLC)系統(tǒng)和最新發(fā)展的工業(yè)控制現(xiàn)場總線的控制方案以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。泄洪壩段的47座泄洪閘門的控制系統(tǒng)，全部采用德國西門子公司的S7-400PLC進(jìn)行