PLC原理及應(yīng)用課件

第1章概述1.1可編程序控制器的產(chǎn)生與分類1.2可編程序控制器與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較1.3可編程序控制器的特點及應(yīng)用

1.1可編程序控制器的產(chǎn)生與分類PLC的定義由于PLC在不斷發(fā)展，因此對它進行確切的定義是比較困難的。國際電工委員會(InternationalElectricalCommittee，IEC)在1987年的第3版中對PLC作了如下的定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的進行數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體和易于擴展其功能的原則而設(shè)計。可編程序控制器的產(chǎn)生在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器控制占主導(dǎo)地位的。對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性差，一旦生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計，并改變硬件結(jié)構(gòu)。

1968年，美國通用汽車公司(GM公司)為了在每次汽車改型或改變工藝流程時不改動原有繼電器柜內(nèi)的接線，降低成本，縮短開發(fā)周期，而提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了10項招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)。其主要內(nèi)容如下：10項指標(biāo)：1、在工廠里能迅速方便地對其控制系統(tǒng)進行編程。2、所有系統(tǒng)單元必須能在工廠內(nèi)獨立運行。3、系統(tǒng)的維修必須簡單易行。4、裝置的體積、能耗小于繼電器控制系統(tǒng)。5、必須具有通信功能。6、輸入開關(guān)量可以是已有的交流115V電壓信號。7、輸出必須設(shè)計為能驅(qū)動具有115V、2A以下的負(fù)載。8、具有靈活的擴展能力。9、在購買和安裝費用上，應(yīng)具有較高的性能價格比。10、用戶存儲器容量至少在4KB以上。10項指標(biāo)的核心為以下四點：

用計算機代替繼電器控制盤。用程序代替硬件接線。輸入/輸出電平可與外部裝置直接連接。結(jié)構(gòu)易于擴展。PLC的發(fā)展經(jīng)歷了下列四個階段：第一階段是初創(chuàng)階段。主要用于邏輯運算和定時、計數(shù)，它的控制功能比較簡單。第二階段是擴展階段。它的主要功能是邏輯運算，同時增加了模擬運算。第三階段是PLC通信功能的實現(xiàn)階段。產(chǎn)品有西門子的SYMATICS6系列等。第四階段是PLC的開放階段。通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化使用戶得到了好處。產(chǎn)品有SYMATICS5和S7系列等。PLC的分類

按硬件結(jié)構(gòu)分類

整體式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)。按應(yīng)用規(guī)模分類超小型PLC。小型PLC。中型PLC。大型PLC。超大型PLC。1.2PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較PLC與繼電器比較

繼電器控制采用硬接線方式裝配而成，只能完成既定的功能。PLC控制只要改變程序并改動少量的接線端子，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變。從適應(yīng)性、可靠性及設(shè)計、安裝、維護等各方面進行比較。傳統(tǒng)的繼電器控制大多數(shù)將被PLC所取代。

與工業(yè)計算機比較工業(yè)控制機控制要求開發(fā)人員具有較高的計算機專業(yè)知識和微機軟件編程的能力。PLC采用了工廠技術(shù)人員熟悉的梯形圖語言編程，易學(xué)易懂，便于推廣應(yīng)用。PLC是專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計的，具有更高的可靠性。在模型復(fù)雜、計算量大且較難、實時性要求較高的環(huán)境中，工業(yè)控制機則更能發(fā)揮其專長。1.3可編程序控制器的特點及應(yīng)用可編程序控制器的特點：功能強、容量大使用方便、通用性好

工作可靠性高

可編程序控制器的應(yīng)用：邏輯控制

數(shù)字量控制

模擬量控制

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)分級系統(tǒng)

在短短的20多年中，PLC得到了如此飛速的發(fā)展，并在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，這些事實說明，PLC具有強大的生命力。將成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。

PLC將向兩個方面發(fā)展：一方面向著大型化的方向發(fā)展。另一方面則向著小型化的方向發(fā)展。2.1可編程序控制器的硬件結(jié)構(gòu)2.2可編程序控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3可編程序控制器的技術(shù)性能2.4可編程序控制器的工作過程及原理第2章plc的結(jié)構(gòu)和工作原理2.1PLC的硬件結(jié)構(gòu)

PLC是微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，PLC是一種工業(yè)控制用的專用計算機，是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。

1.主機系統(tǒng)

為適應(yīng)工業(yè)過程現(xiàn)場輸入/輸出信號的匹配，PLC配置了各種類型的輸入/輸出模塊單元：

①開關(guān)量輸入單元：把現(xiàn)場各種開關(guān)信號變成PLC內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號。分為直流輸入單元和交流輸入單元，分別如圖2.2和圖2.3所示。圖2.2直流開關(guān)量輸入單元圖2.3交流開關(guān)量輸入單元2.開關(guān)量輸出單元：它的作用是把PLC的內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的各種開關(guān)信號。按照現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)使用的電源類型的不同，開關(guān)量輸出單元可分為:晶體管輸出方式用于直流輸出負(fù)載雙相晶閘管輸出方式用于交流輸出負(fù)載繼電器觸點輸出方式即可用于直流、又可交流

特別應(yīng)指出的是，由于繼電器模式具有實際斷點，可以從物理上切斷所控制的回路，同時這種模式既適合于直流情況又適合于交流情況，因此這種模式在開關(guān)頻率不太高的情況下是首選的輸出控制方案。圖2.4給出了這種輸出方案的原理圖。圖2.4繼電器模式輸出單元3.模擬量輸入單元模擬量輸入在過程控制中的應(yīng)用很廣，如常用的溫度、壓力、速度、流量、酸堿度、位移的各種工業(yè)檢測都是對應(yīng)于電壓、電流的模擬量值，再通過一定運算(PID)后，控制生產(chǎn)過程達(dá)到一定的目的。模擬量輸入電平大多是從傳感器通過變換后得到的，模擬量的輸入信號為4～20mA的電流信號或1～5V、-10～10V、0～10V的直流電壓信號。模擬量輸入單元的作用是把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部處理的、由若干位表示的數(shù)字信號。模擬量輸入單元一般由濾波、A/D轉(zhuǎn)換器、光耦合器隔離等部分組成。4.模擬量輸出單元作用是把PLC運算處理后的若干位數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量信號然后輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)信號的控制要求。模擬量輸出單元一般由光耦合器隔離、D/A轉(zhuǎn)換器和信號轉(zhuǎn)換等部分組成。模擬量輸出模塊是將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流輸出信號或0～10V、1～5V的電壓輸出信號，以提供給執(zhí)行機構(gòu)。因此模擬量輸出模塊又叫D/A轉(zhuǎn)換輸出模塊?？删幊绦蚩刂破鞯能浖到y(tǒng)PLC除了硬件系統(tǒng)外，還需要軟件系統(tǒng)的支持，共同構(gòu)成PLC。PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分組成。

1.系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序由PLC的制造企業(yè)編制，固化在PROM或EPROM中，安裝在PLC上，隨產(chǎn)品提供給用戶。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊等。由于通過改進系統(tǒng)程序可以在不改變硬件系統(tǒng)的情況下大大改善PLC的性能，因此系統(tǒng)程序也在不斷升級和完善。

2.用戶程序用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過程控制的要求由用戶使用制造企業(yè)提供的編程語言自行編制的應(yīng)用程序。用戶程序包括開關(guān)量邏輯控制程序、模擬量運算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。

(1)開關(guān)量邏輯控制程序。它是PLC用戶程序中最重要的一部分。

(2)模擬量運算程序及閉環(huán)控制程序。通常，它是在大中型PLC上實施的程序。

(3)操作站系統(tǒng)程序。它是大型PLC系統(tǒng)經(jīng)過通信聯(lián)網(wǎng)后，由用戶為進行信息交換和管理而編制的程序。2.2可編程序控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩類圖2.3

整體式PLC組成框圖

圖2

.4模塊式PLC組成框圖

2.3可編程序控制器的技術(shù)性能基本技術(shù)性能

存儲容量

I/O點數(shù)

掃描速度

指令的功能與數(shù)量

內(nèi)部元件的種類與數(shù)量

特殊功能單元

可擴展能力

PLC的內(nèi)存分配及容量PLC的內(nèi)存分配系統(tǒng)程序存儲區(qū)

系統(tǒng)RAM存儲區(qū)

用戶程序存儲區(qū)

PLC的容量

PLC的容量包括I／O點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面：通常I／O點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10％~15％的裕量來確定。用戶程序存儲容量（字節(jié)）＝開關(guān)量I／O點數(shù)×10＋

模擬量I／O通道數(shù)×100可編程序控制器的工作過程

PLC上電后，就在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復(fù)始地按固定順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進行查詢、判斷和執(zhí)行，這個過程實質(zhì)上是一個不斷循環(huán)的順序掃描過程。一個循環(huán)掃描過程稱為掃描周期。

PLC在一個掃描周期內(nèi)基本上要執(zhí)行以下六個任務(wù)：

(1)運行監(jiān)控任務(wù)。為了保證系統(tǒng)可靠工作，PLC內(nèi)部設(shè)置了系統(tǒng)監(jiān)視定時器WDT，WDT的時間設(shè)定值一般為掃描周期的2～3倍，通常為100～200ms。

(2)與編程器交換信息任務(wù)。編程器在PLC的外部設(shè)備中占有非常重要的地位，用戶把應(yīng)用程序輸入到PLC中，或?qū)?yīng)用程序進行在線運行監(jiān)視和修改都要用到它。編程器在完成處理任務(wù)或達(dá)到信息交換的規(guī)定時間后，就把控制權(quán)交還給PLC。2.4可編程序控制器的工作過程及原理

(3)與數(shù)字處理器(DPU)交換信息任務(wù)。一般大中型PLC多為雙處理器系統(tǒng)，一個是字節(jié)處理器(CPU)，另一個是數(shù)字處理器(DPU)，在一般小型PLC中是沒有這個任務(wù)的。

(4)與外部設(shè)備交換信息任務(wù)。如果沒有連接外部設(shè)備，則該任務(wù)跳過。

(5)執(zhí)行用戶程序任務(wù)。系統(tǒng)的全部控制功能都在這一任務(wù)中實現(xiàn)。

(6)輸入/輸出信息處理任務(wù)。PLC的輸入/輸出過程

PLC的工作方式是周期掃描方式，所以其輸入/輸出過程是定時進行的，對用戶程序而言，要處理的輸入信號是輸入信號狀態(tài)暫存區(qū)的信號，而不是實際的信號。運算處理后的輸出信號被放入輸出信號狀態(tài)暫存區(qū)中，而不是直接輸出到現(xiàn)場的。

PLC周期性的輸入/輸出處理方式對一般控制對象而言是能夠滿足的，但是對那些要求響應(yīng)時間小于掃描周期的控制系統(tǒng)則不能滿足，這時可以用智能型輸入/輸出單元或?qū)ｉT的軟件指令，通過與掃描周期脫離的方式來解決。PLC的中斷輸入處理過程

PLC的中斷輸入處理方法同一般計算機系統(tǒng)是基本相同的，即當(dāng)有中斷申請信號輸入后，系統(tǒng)要中斷正在執(zhí)行的相關(guān)程序而轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷子程序；當(dāng)有多個中斷源時，它們將按中斷的優(yōu)先級有一個先后順序的排隊處理。系統(tǒng)可以通過程序設(shè)定允許中斷或禁止中斷。

PLC的中斷源信息是通過輸入單元進入系統(tǒng)的。

PLC的中斷源有優(yōu)先順序，一般無嵌套關(guān)系。

PLC的工作原理

PLC的工作原理與計算機的工作原理是基本一致的。PLC執(zhí)行的任務(wù)是串行的，與繼電器邏輯控制系統(tǒng)中控制任務(wù)的執(zhí)行有所不同。從PLC的工作過程可以看到，整個工作過程是以循環(huán)掃描的方式進行的。循環(huán)掃描方式是指在程序執(zhí)行過程的周期中，程序?qū)Ω鱾€過程輸入信號進行采樣，對采樣的信號進行運算和處理，并把運算結(jié)果輸出到生產(chǎn)過程的執(zhí)行機構(gòu)中。第三章國內(nèi)外主要廠家PLC產(chǎn)品簡介

3.1國產(chǎn)PLC主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品性能

3.2日本PLC主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品性能

3.3歐美PLC主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品性能

目前，世界上有200多家PLC廠商，400多品種的PLC產(chǎn)品，PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個流派是美國產(chǎn)品，一個流派是歐洲產(chǎn)品，一個流派是日本產(chǎn)品。3.1國產(chǎn)PLC主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品性能我國有許多廠家、科研院所從事PLC的研制與開發(fā)，如中國科學(xué)院自動化研究所的PLC-0088，北京聯(lián)想計算機集團公司的GK-40，上海機床電器廠的CKY-40，上海起重電器廠的CF-40MR/ER，蘇州電子計算機廠的YZ-PC-001A，原機電部北京機械工業(yè)自動化研究所的MPC-00l/20、KB-20/40，杭州機床電器廠的DKK02，天津中環(huán)自動化儀表公司的DJK-S-84/86/480，上海自立電子設(shè)備廠的KKI系列，上海香島機電制造有限公司的ACMY-S80、ACMY-S256，無錫華光電子工業(yè)有限公司（合資）的SR-10、SR-20/21等。

3.2日本PLC主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品性能

日本三菱公司PLC

小型：F1\F2\FX系列大中型：A系列、QnA系列、Q系列

日本立石（OMRON）公司PLC

SYSMACC系列PLC整體式結(jié)構(gòu)的微型PLC機是以C20P為代表的機型

OMRON中型機以C200H系列最為典型

日本松下公司PLC

松下公司的PLC產(chǎn)品中，F(xiàn)PO為微型機，F(xiàn)P1為整體式小型機，F(xiàn)P3為中型機，F(xiàn)P5/FP10、FP10S（FP10的改進型）、FP20為大型機，其中FP20是最新產(chǎn)品。

3.3歐美PLC主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品性能美國通用電氣公司GE—Ⅱ系列PLC

GE公司的代表產(chǎn)品是：小型機:GE-1、GE-1/J、GE-1/P中型機:GE-Ⅲ

大型機:GE-Ⅴ

德國西門子（SIEMENS）公司S系列PLC

德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機界面，工業(yè)軟件等。西門子PLC及相關(guān)產(chǎn)品超小型：SIMATICS7-200PLC

小型：SIMATICS7-300PLC

中型：SIMATICS7-400PLC

工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)（SIMATICNET）人機界面（HMI）硬件

SIMATICS7工業(yè)軟件：編程工具、基于PC的控制軟件、人機界面軟件。第五章

S7-300/400的硬件

5.1S7-300系列PLC簡介5.2S7-300的CPU模塊

5.3S7-300的輸入／輸出模塊

5.4S7-300的其他模塊

5.5S7-400系列PLC的硬件組成

5.6S7-300／400的維護

5.7ET200分布式I／O

5.1S7-300系列PLC簡介SIMATICS7-300的大量功能能夠支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護，其主要功能如下：

(1)高速的指令處理。0.1～0.6us的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。

(2)人機界面(HMI)。方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機對話的編程要求大大減少。

(3)診斷功能。CPU的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件。

(4)口令保護。多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。圖5-2S7-300PLC

SIMATICS7-300的組成

SIMATICS7-300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨模塊之間可進行廣泛組合和擴展。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖3.1所示。它的主要組成部分有導(dǎo)軌(RACK)、電源模塊(PS)、中央處理單元模塊(CPU)、接口模塊(IM)、信號模塊(SM)、功能模塊(FM)等。它通過MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP和其它S7PLC相連。圖3.1S7-300系列PLC系統(tǒng)構(gòu)成框圖S7-300的擴展能力

S7-300是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用對象的不同，可選用不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機架(導(dǎo)軌)或多個機架上。與CPU312IFM和CPU313配套的模塊只能安裝在一個機架上。除了電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機架上最多只能再安裝8個信號模塊或功能模塊。

CPU314/315/315-2DP最多可擴展4個機架，IM360/IM361接口模塊將S7-300背板總線從一個機架連接到下一個機架，如圖所示。S7-300機架和槽位圖S7-300模塊地址的確定根據(jù)機架上模塊的類型，地址可以為輸入(I)或輸出(O)。數(shù)字I/O模塊每個槽劃分為4B(等于32個I/O點)。模擬I/O模塊每個槽劃分為16B(等于8個模擬量通道)，每個模擬量輸入通道或輸出通道的地址總是一個字地址。表3.1為S7-300信號模板的起始地址。S7-300信號模板的起始地址0機架的第一個信號模塊槽(4號槽)的地址為0.0～3.7，一個16點的輸入模塊只占用地址0.0～1.7，地址2.0～3.7未用。數(shù)字量模塊中的輸入點和輸出點的地址由字節(jié)部分和位部分組成。例如：I1.4

輸入字節(jié)地址位地址5.2S7-300的CPU模塊CPU模塊概述

S7-300有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU314IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8種不同的中央處理單元可供選擇。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有現(xiàn)場總線擴展功能。CPU以梯形圖LAD、功能塊FBD或語句表STL進行編程。實驗室機型為CPU315-2DP。表列出了部分中央處理單元CPU的主要特性，包括存儲器容量、指令執(zhí)行時間、最大I/O點數(shù)、各類編程元件(位存儲器、計數(shù)器、定時器、可調(diào)用塊)數(shù)量等。

中央處理單元CPU的主要特性

表3.3中央處理單元CPU的主要特性CPU模塊的方式選擇和狀態(tài)指示

S7-300系列的CPU312IFM/313/314/314IFM/315/315-2DP/316-2DP/318-2DP模塊的方式選擇開關(guān)都一樣，有以下4種工作方式，通過可卸的專用鑰匙來控制選擇。圖3.4為CPU模塊面板布置示意圖。圖CPU模塊面板布置示意圖(1)RUN-P：可編程運行方式。CPU掃描用戶程序，既可以用編程裝置從CPU中讀出，也可以由編程裝置裝入CPU中。用編程裝置可監(jiān)控程序的運行。在此位置鑰匙不能拔出。

(2)RUN：運行方式。CPU掃描用戶程序，可以用編程裝置讀出并監(jiān)控PLCCPU中的程序，但不能改變裝載存儲器中的程序。在此位置可以拔出鑰匙，以防止程序在正常運行時被改變操作方式。

(3)STOP：停止方式。CPU不掃描用戶程序，可以通過編程裝置從CPU中讀出，也可以下載程序到CPU。在此位置可以拔出鑰匙。

(4)MRES：該位置瞬間接通，用以清除CPU的存儲器表用于狀態(tài)和故障顯示LED的含義5.3S7-300的輸入／輸出模塊數(shù)字量輸入模塊SM321

數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成S7-300內(nèi)部信號電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。對現(xiàn)場輸入元件，僅要求提供開關(guān)觸點即可。輸入信號進入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待CPU采樣。采樣時，信號經(jīng)過背板總線進入到輸入映像區(qū)。數(shù)字量輸入模塊SM321有四種型號模塊可供選擇，即直流16點輸入、直流32點輸入、交流16點輸入、交流8點輸入模塊。圖3.5(a)、(b)所示為直流32點輸入和交流16點輸入對應(yīng)的端子連接及電氣原理圖。圖3.5數(shù)字量輸入模塊SM321端子連接及電氣原理圖數(shù)字量輸入模塊SM321端子連接及電氣原理圖數(shù)字量輸出模塊SM322

數(shù)字量輸出模塊SM322將S7-300內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部信號電平，可直接用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機啟動器等。晶體管輸出模塊只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式屬于交流輸出模塊；繼電器觸點輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。從響應(yīng)速度上看，晶體管響應(yīng)最快，繼電器響應(yīng)最慢；從安全隔離效果及應(yīng)用靈活性角度來看，以繼電器觸點輸出型最佳。數(shù)字量輸出模塊SM322的技術(shù)特性數(shù)字量I/O模塊SM323SM323模塊有兩種類型，一種是帶有8個共地輸入端和8個共地輸出端，另一種是帶有16個共地輸入端和16個共地輸出端，兩種特性相同。I/O額定負(fù)載電壓24VDC，輸入電壓“1”信號電平為11～30V，“0”信號電平為－3～＋5V，I/O通過光耦與背板總線隔離。在額定輸入電壓下，輸入延遲為1.2～4.8ms。輸出具有電子短路保護功能。模擬量模塊1.模擬量值的表示方法

S7-300的CPU用16位的二進制補碼表示模擬量值。其中最高位為符號位S，“0”表示正值，“1”表示負(fù)值，被測值的精度可以調(diào)整，取決于模擬量模塊的性能和它的設(shè)定參數(shù)，對于精度小于15位的模擬量值，低字節(jié)中冪項低的位不用。表3.7表示了S7-300模擬量值所有可能的精度，標(biāo)有“×”的位就是不用的位，一般填入“0”。

S7-300模擬量輸入模塊可以直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號，而模擬量輸出模塊可以輸出0～10V，1～5V，－10V～10V，0～20mA，4～20mA，－20～20mA等模擬信號。模擬量值可能的精度模擬量輸入模塊SM331

模擬量輸入(簡稱模入(AI))模塊SM331目前有三種規(guī)格型號，即8AI×l2位模塊、2AI×l2位模塊和8AI×l6位模塊。1)SM331概述

SM331主要由A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。A/D轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，被測模擬量的精度是所設(shè)定的積分時間的正函數(shù)，也即積分時間越長，被測值的精度越高。SM331可選四檔積分時間：2.5ms、16.7ms、20ms和l00ms，相對應(yīng)的以位表示的精度為8、12、12和14。SM33l與傳感器、變送器的連接

(1)SM331與電壓型傳感器的連接，如圖3.6所示。圖3.6輸入模塊與電壓型傳感器的連接(2)SM331與2線電流變送器的連接如圖3.7所示，與4線電流變送器的連接如圖3.8所示。4線電流變送器應(yīng)有單獨的電源。圖3.7輸入模塊與2線變送器電流輸入的連接圖3.8輸入模塊與4線變送器電流輸入的連接(3)圖3.9所示是熱電阻(如Ptl00)與輸入模塊的4線連接回路示意圖。通過端IC+和IC－將恒定電流送到電阻型溫度計或電阻，通過M+和M－端子測得在電阻型溫度計或電阻上產(chǎn)生的電壓，4線回路可以獲得很高的測量精度。如果接成2線或3線回路，則必須在M+和IC+之間以及在M－和IC－之間插入跨接線，不過這將降低測量結(jié)果的精度。圖3.9熱電阻(如Ptl00)與輸入模塊的4線連接回路示意圖模擬量輸出模塊SM332

模擬量輸出(簡稱模出(AO))模塊SM332目前有三種規(guī)格型號，即4AO×l2位模塊、2AO×12位模塊和4AO×l6位模塊，分別為4通道的12位模擬量輸出模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊、4通道的16位模擬量輸出模塊。1)SM332與負(fù)載/執(zhí)行裝置的連接

SM332可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負(fù)載相連。采用4線回路能獲得比較高的輸出精度。如圖圖3.10通過4線回路將負(fù)載與隔離的模出模塊相連模擬量I/O模塊SM334

模擬量I/O模塊SM334有兩種規(guī)格，一種是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為8位，另一種也是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為12位。SM334模塊輸入測量范圍為0～10V或0～20mA，輸出范圍為0～10V或0～20mA。它的I/O測量范圍的選擇是通過恰當(dāng)?shù)慕泳€而不是通過組態(tài)軟件編程設(shè)定的。SM334的通道地址見表3.8。表3.8SM334的通道地址5.4S7-300的其他模塊計數(shù)器模塊

位置控制與位置檢測模塊

FM355閉環(huán)控制模塊

5.5S7-400系列PLC的硬件組成

圖5-4S7-400PLCS7-400由機架、電源模塊(PS)、中央處理單元(CPU)、數(shù)字量輸入/輸出(DI／DO)模塊、模擬量輸入榆出(AI／AO)模塊、通信處理器(CP)、功能模塊(FM)和接口模塊(IM)組成。DI／DO模塊和AI／AO模塊統(tǒng)稱為信號模塊(SM)。S7-400的模塊插座焊在機架中的總線連接板上，模塊插在模塊插座上，有不同槽數(shù)的機架供用戶選用，如果一個機架容納不下所有的模塊，可以增設(shè)一個或數(shù)個擴展機架，各機架之間用接口模塊和通信電纜交換信息。

5.6S7-300／400的維護

更換S7-300的后備電池

更換S7-300的信號模塊

更換S7-300信號模塊的保險管

更換S7-400的后備電池

更換S7-400的信號模塊

5.7ET200分布式I／O

ET200的特點

西門子的ET200是基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的分布式I／O，可以與經(jīng)過認(rèn)證的非西門子公司生產(chǎn)的PROFIBUS-DP主站協(xié)同運行。PROFIBUS是為全集成自動化定制的開放的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，它將現(xiàn)場設(shè)備連接到控制裝置，并保證在各個部件之間的高速通信，從I／O傳送信號到PLC的CPU模塊只需毫秒級的時間。ET200集成了以下的功能：

電動機起動器

氣動系統(tǒng)

變頻器

智能傳感器

安全技術(shù)

分布式智能

功能模塊

ET200的分類

ET200S是分布式I／O系統(tǒng)，特別適用于需要電動機起動器和安全裝置的開關(guān)柜ET200M是多通道模塊化的分布式I／O，采用S7-300全系列模塊，最多可擴展8個模塊，可以連接256個I／O通道，適用于大點數(shù)、高性能的應(yīng)用。ET200is是本質(zhì)安全系統(tǒng)，通過緊固和本質(zhì)安全的設(shè)計，ET200is適用于有爆炸危險的區(qū)域。

ET200X是具有高保護等級IP65／67(NEMA4)的分布式I／O設(shè)備，其功能相當(dāng)于S7—300的CPU314，最多7個具有多種功能的模塊連接在一塊基板上，可以連接電動機起動器、氣動元件以及變頻器，有氣動模塊和氣動接口，實現(xiàn)了機、電、氣動一體化。

ET200eco是經(jīng)濟實用的I／O，低成本的ET200eco數(shù)字量I／O具有很高的保護等級(IP67)，能在運行時更換模塊，不會中斷總線或供電。ET200R適用于機器人，用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。

ET200L是小巧經(jīng)濟的分布式I／O，模塊適用于小規(guī)模的任務(wù)，十分方便地安裝在DIN導(dǎo)軌上。ET200B：整體式的一體化分布式I／O。有交流或直流的數(shù)字量I／O模塊和模擬量I／O模塊，具有模塊診斷功能。第六章

S7-300/400指令系統(tǒng)

6.1S7-300/400的數(shù)據(jù)類型

6.1.1S7-300/400中數(shù)的表示方法

6.1.2基本數(shù)據(jù)類型

6.1.3復(fù)合數(shù)據(jù)類型

6.1.4CPU的存儲區(qū)分布

6.1.5系統(tǒng)存儲器

6.1.6CPU中的寄存器

6.2STEP7指令系統(tǒng)簡介

6.1.1S7-300/400中數(shù)的表示方法在S7-300/400系列的PLC中，可以用二進制數(shù)、十六進制數(shù)和BCD碼來表示數(shù)。

6.1.2基本數(shù)據(jù)類型

STEP7的基本數(shù)據(jù)類型有以下幾種：

位（bit）字節(jié)（Byte）

字（Word）

雙字（DoubleWord）

整數(shù)（INT，Integer）

32位浮點數(shù)

常數(shù)（表示方法如下表）符號B#16#W#16#DW#16#D#L#P#S5T#T#TOD#C#2#說明十六進制字節(jié)、字和雙字常數(shù)IEC日期常數(shù)32位整數(shù)常數(shù)地址指針常數(shù)S5時間常數(shù)（16位）IEC時間常數(shù)實時時間常數(shù)（16位/32位）計數(shù)器常數(shù)（BCD編碼）二進制常數(shù)

表6-1常數(shù)6.1.3復(fù)合數(shù)據(jù)類型

1、復(fù)合數(shù)據(jù)類型在PLC中，可以將基本數(shù)據(jù)類型或復(fù)合數(shù)據(jù)類型組合在一起生成以下的數(shù)據(jù)類型：（1）數(shù)組（ARRAY）是將一組同類型的數(shù)據(jù)組合在一起，形成一個單元；（2）結(jié)構(gòu)（STRUCT）是將一組不同類型的數(shù)據(jù)組合在一起，形成一個單元；（3）字符串（STRING）是包含了最多254個字符（CHAR）的一維數(shù)組；（4）時間和日期（DATE_AND_TIME）用于存儲年、月、日、小時、分鐘、秒鐘、毫秒和星期，占用8個字節(jié)，用BCD格式保存，星期天的代碼為1，星期一到星期六的代碼為2~7；（5）用戶定義的數(shù)據(jù)類型UDT（User-DefindDataTypes）：由用戶將基本數(shù)據(jù)類型和復(fù)合數(shù)據(jù)類型組合在一起，形成新的數(shù)據(jù)類型。參數(shù)類型 參數(shù)類型是為在邏輯塊（子程序）之間傳遞參數(shù)的形參定義的數(shù)據(jù)類型。

6.1.4CPU的存儲區(qū)分布

裝載存儲器裝載存儲器采用了RAM或FlashROM，用來保存不包含符號表和注釋的用戶程序和系統(tǒng)數(shù)據(jù)（組態(tài)參數(shù)、模塊參數(shù)等）。

工作存儲器工作存儲器是集成的高速存取的RAM，用于存放運行時的用戶程序和數(shù)據(jù)。為了保證程序執(zhí)行的效率和不過多地占據(jù)工作存儲器的空間，在執(zhí)行時只把與程序執(zhí)行有關(guān)的塊裝入工作存儲器。系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)存儲器是CPU提供給用戶程序使用的存儲器組件，被劃分為若干地址區(qū)域。使用指令可以在各地址區(qū)域內(nèi)進行直接尋址。系統(tǒng)存儲器為不可擴展的RAM，用于存放用戶程序的操作數(shù)據(jù)（如輸入過程映像、輸出過程映像、位存儲器、定時/記數(shù)器、塊堆棧、中斷堆棧和診斷緩沖等）。6.1.5系統(tǒng)存儲器

存儲區(qū)說明存儲區(qū)說明輸入過程映像（I）每次循環(huán)掃描，將輸入狀態(tài)復(fù)制到輸入過程映像表外設(shè)輸出（PQ）用戶直接訪問輸出模塊輸出過程映像（Q）每次循環(huán)掃描，將輸出過程映像表的內(nèi)容寫入輸出模塊外設(shè)輸入（PI）用戶直接訪問輸入模塊位存儲器（M）保存程序處理的中間結(jié)果共享數(shù)據(jù)塊（DB）所有邏輯塊可以使用的共享數(shù)據(jù)定時器（T）定時器的存儲區(qū)背景數(shù)據(jù)塊（DIB）提供給FB（功能塊）的背景數(shù)據(jù)計數(shù)器（C）計數(shù)器的存儲區(qū)局部數(shù)據(jù)（L）在處理邏輯塊過程中的臨時數(shù)據(jù)表6-2系統(tǒng)存儲區(qū)

6.1.6CPU中的寄存器

1、累加器（ACCUx）32位的累加器是用來處理字節(jié)、字和雙字的寄存器。S7-300有兩個累加器（ACCU1和ACCU2），S7-400有四個累加器（ACCU1、ACCU2、ACCU3和ACCU4）?？梢园巡僮鲾?shù)裝入累加器并進行運算和處理，保存在ACCU1中的運算結(jié)果可以傳送到系統(tǒng)存儲器。

2、16位狀態(tài)字寄存器狀態(tài)字是一個16位的寄存器，用于存儲CPU在執(zhí)行指令的過程中產(chǎn)生的狀態(tài)。狀態(tài)字中的某些位用于決定某些指令是否執(zhí)行以及如何執(zhí)行，另外一些位則用于反映在執(zhí)行指令時產(chǎn)生的一些狀態(tài)，用位邏輯指令和字邏輯指令可以對其進行訪問和檢測。6.2STEP7指令系統(tǒng)簡介

1、位邏輯指令2、比較指令3、轉(zhuǎn)換指令4、計數(shù)器指令5、數(shù)據(jù)塊調(diào)用指令6、邏輯控制指令7、算術(shù)運算指令8、賦值指令9、程序控制指令10、位移和循環(huán)指令12、狀態(tài)位指令13、定時器指令14、字邏輯指令

第七章

STEP7編程軟件的使用方法

7.1用戶程序的基本結(jié)構(gòu)

7.2STEP7編程軟件簡介

7.3硬件組態(tài)

7.4使用LAD編程

一般來說，PLC有線性化編程、模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程等3種程序設(shè)計方法。1、線性化編程線性化編程類似硬件繼電器控制電路，整個系統(tǒng)的控制程序放在主循環(huán)控制組織塊OB1（主程序）中，每一次循環(huán)掃描都要不斷地順序執(zhí)行OB1中的全部指令。這種方法程序結(jié)構(gòu)簡單，不涉及功能、功能塊、數(shù)據(jù)塊、局部變量和中斷等比較復(fù)雜的概念，容易入門，一般在編寫簡單的控制系統(tǒng)程序時使用。本書S7-200部分主要討論的就是這種編程方法。2、模塊化編程程序被分為不同的邏輯塊，每個塊包含了完成部分控制任務(wù)的邏輯指令。組織塊OB1（主程序）中的指令決定在什么情況下調(diào)用哪一個塊，功能和功能快（子程序）用來完成不同的過程任務(wù)。被調(diào)用的塊執(zhí)行完后，返回到OB的調(diào)用點，繼續(xù)執(zhí)行OB1。模塊化編程的程序被分為若干塊，易于實現(xiàn)多人同時對一個項目編程。由于只在需要時執(zhí)行相關(guān)的指令，因此提高了CPU的執(zhí)行效率。3、結(jié)構(gòu)化編程結(jié)構(gòu)化編程將復(fù)雜的自動化任務(wù)分解成能夠反映過程的工藝、功能或可以反復(fù)使用的小任務(wù)，這些任務(wù)由相應(yīng)的程序塊來表示，程序運行時所需的大量數(shù)據(jù)和變量存儲在數(shù)據(jù)塊中。某些程序塊可以用來實現(xiàn)相同或相近的功能。這些程序塊是相對獨立的，它們被OB1或別的程序塊調(diào)用。7.1用戶程序的基本結(jié)構(gòu)S7-300編程方式簡介

S7-300系列PLC的編程語言是STEP7。用文件塊的形式管理用戶編寫的程序及程序運行所需的數(shù)據(jù)，組成結(jié)構(gòu)化的用戶程序。這樣，PLC的程序組織明確，結(jié)構(gòu)清晰，易于修改。為支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，STEP7用戶程序通常由組織塊(OB)、功能塊(FB)或功能塊(FC)等三種類型的邏輯塊和數(shù)據(jù)塊(DB)組成。

OB1是主程序循環(huán)塊，在任何情況下，它都是需要的。表7-1用戶程序中的塊塊簡要描述組織塊（OB）操作系統(tǒng)與用戶程序的接口，決定用戶程序的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)功能塊（SFB）CPU提供的重要系統(tǒng)功能，有存儲區(qū)系統(tǒng)功能（SFC）CPU提供的重要系統(tǒng)功能，無存儲區(qū)功能塊（FB）用戶編寫的包含常用功能的子程序，有存儲區(qū)功能（FC）用戶編寫的包含常用功能的子程序，無存儲區(qū)背景數(shù)據(jù)塊（DI）調(diào)用FB和SFB時用于傳遞參數(shù)的數(shù)據(jù)塊，編譯時自動生成數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)塊（DB）存儲用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)域，供所有塊共享

功能塊(FB、FC)實際上是用戶子程序，分為帶“記憶”的功能塊FB和不帶“記憶”的功能塊FC。FB帶有背景數(shù)據(jù)塊(InstanceDataBlock)，在FB塊結(jié)束時繼續(xù)保持，即被“記憶”。功能塊FC沒有背景數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)塊(DB)是用戶定義的用于存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū)，可以被打開或關(guān)閉。DB可以是屬于某個FB的情景數(shù)據(jù)塊，也可以是通用的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊，用于FB或FC。S7CPU還提供標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)功能塊(SFB、SFC)，集成在S7CPU中的功能程序庫。用戶可以直接調(diào)用它們，由于它們是操作系統(tǒng)的一部分，因此不需將其作為用戶程序下載到PLC。

圖7-1塊調(diào)用的分層結(jié)構(gòu)

7.2STEP7編程軟件簡介STEP7概述STEP7編程軟件用于SIMATICS7、C7和M7和基于PC的WinAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。為了在PC機上使用STEP7，必須配置MPI通信卡或PC/MPI通信適配器，將計算機接入MPI或PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，以便下載和上載用戶程序及組態(tài)數(shù)據(jù)。STEP7允許多個用戶同時處理一個工程項目，但不允許多個用戶同時對一個項目進行寫操作（如程序及組態(tài)數(shù)據(jù)的下載）。STEP7的授權(quán)授權(quán)是使用STEP7軟件的“鑰匙”，只有在硬盤上找到相應(yīng)的授權(quán)，STEP7才可以正常使用，否則會提示用戶安裝授權(quán)。

圖7-2授權(quán)管理器STEP7的項目結(jié)構(gòu)在STEP7中，一個自動化系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)以項目（Project）的形式來進行組織和管理。一個項目包含了以下的三類數(shù)據(jù)。1、硬件結(jié)構(gòu)的組態(tài)數(shù)據(jù)及模塊參數(shù)2、通信網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)數(shù)據(jù)3、可編程模塊的程序上述數(shù)據(jù)都以對象的形式存儲，STEP7采用目錄式的層次結(jié)構(gòu)管理項目中的所有對象。對象從上到下有三個層次：第一層：項目；第二層：通訊子網(wǎng)、PLC站或S7程序；第三層：第二層下面的具體對象，視第二層定。圖7-3瀏覽項目結(jié)構(gòu)1、語言環(huán)境設(shè)置STEP7中提供了多種可選語言，如果在安裝STEP7時用戶選擇了多語言，則可以在使用過程中改變語言環(huán)境。打開【SIMATICManager】，通過【選項】|【自定義】打開自定義選項菜單，選擇【語言】

2、常規(guī)選項設(shè)置通過【選項】|【自定義】打開自定義選項菜單，選擇【常規(guī)】選項卡。常規(guī)選項的設(shè)置界面和各選項的含義如圖7-5所示。3、PG/PC接口設(shè)置PG/PC接口（PG/PCInterface）是PG/PC和PLC之間進行通訊連接的接口。PG/PC支持多種類型的接口，每種接口都需要進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置（如通訊的波特率等）。因此，要實現(xiàn)PG/PC和PLC之間的通訊連接，必須正確地設(shè)置PG/PC接口。SETP7的安裝過程中，會提示用戶設(shè)置PG/PC接口參數(shù)。在安裝完成之后，可以通過以下幾種方法打開PG/PC設(shè)置對話框：（1）Windows的【開始】|【SIMATIC】|【STEP7】|【設(shè)置PG-PC接口】（2）Windows的【控制面板】|【設(shè)置PG-PC接口】（3）在【SIMATICManager】中，通過菜單【選項】|【設(shè)置PG/PC接口】設(shè)置步驟如下：（1）將【應(yīng)用程序訪問點】設(shè)置為【S7ONLINE（SETP7）】（2）在【以使用的接口參數(shù)分配】中，選擇需要的接口類型。如果列表中沒有需要的類型，可以通過單擊【選擇】按鈕安裝相應(yīng)的模塊或協(xié)議（3）選中一個接口類型，單擊【屬性】按鈕，在彈出的對話框中進行參數(shù)設(shè)置，如圖7-7所示

圖7-7接口屬性設(shè)置

7.3硬件組態(tài)

1創(chuàng)建項目打開【SIMATICManager】，系統(tǒng)會自動彈出“新建項目”向?qū)В▓D7-8），同時，也可以通過選擇菜單【文件】|【新建項目”向?qū)А看蜷_。這里，我們不使用“新建項目”向?qū)?。通過單擊按鈕【取消】關(guān)閉該向?qū)?。在工具欄中單擊按鈕

或在【文件】菜單下單擊【新建】，可以直接創(chuàng)建一個新項目。在彈出的對話框中輸入項目名稱及路徑，單擊確定完成（如圖7-9）。這里建立了一個名為example7-1的項目。

直接建立的項目只包含一個MPI子網(wǎng)對象，用戶需要通過【插入】菜單來手動添家對象.用戶可以插入一個PLC站，先進行硬件組態(tài)，完成硬件組態(tài)后，再在相應(yīng)CPU的S7程序目錄下編輯用戶程序；也可以先插入一個獨立的S7程序，編寫用戶程序，再進行硬件組態(tài)，等組態(tài)完成后將程序復(fù)制到相應(yīng)的CPU中。2硬件組態(tài)程序打開前面建立的項目example7-1，在項目的根接點下插入一個“SIMATIC300站點”，將站點命名為S7300PLC，選中左邊窗口的“S7300PLC”，在右邊窗口可以看到“硬件”的圖標(biāo)

雙擊“硬件”圖標(biāo)，就可以打開硬件組態(tài)界面

3配置主機架在STEP7中，可以通過簡單的拖放操作來完成主機架的配置。在配置過程中，添加到主機架中的模塊的定貨號（在硬件目錄中選中一個模塊，目錄下方的窗口會顯示模塊的定貨號和對模塊的描述）應(yīng)該與實際的硬件一致。

插入主機架后，分別向機架中的1號插槽添加電源、2號插槽添加CPU。硬件目錄中的某些CPU型號有多種操作系統(tǒng)（Firmware）版本，在添加CPU時，CPU的型號和操作系統(tǒng)版本都要與實際的硬件一致

4—11號槽中可以添加信號模塊、功能模塊、通訊處理器等，上述模塊分別在硬件目錄的SM-300、FM-300和CP-300中。例如圖7-15在主機架中添加了一個數(shù)字量輸入模塊和一個數(shù)字量輸出模塊。

在配置過程中，STEP7可以自動檢查配置的正確性。當(dāng)硬件目錄中的一個模塊被選中時，機架中允許插入該模塊的槽會變成綠色，而不允許該模塊插入的槽顏色無變化。將選中的模塊拖到不能插入該模塊的槽時，會提示不能插入的原因。

CPU參數(shù)配置：雙擊機架中的CPU，打開CPU屬性對話框，在這里可以配置CPU的各類參數(shù)，不同型號的CPU參數(shù)不盡相同，在應(yīng)用時應(yīng)注意。常規(guī)設(shè)置在常規(guī)頁面中（圖7-17），包括了CPU的基本信息和MPI的接口設(shè)置。單擊“屬性”按鈕會彈出MPI通訊的屬性設(shè)置界面，在這里可以設(shè)置MPI通訊的速率等參數(shù)。啟動如圖7-18所示為啟動屬性頁，各參數(shù)描述如下：S7系列PLC有三種啟動方式（其中大多數(shù)300系列CPU只有暖啟動）：A、暖啟動：啟動時過程映像和不保持定時器、計數(shù)器及標(biāo)志存儲器被清除，CPU會自動調(diào)用OB100一次，然后開始循環(huán)執(zhí)行OB1。B、冷啟動：啟動時所有存儲器被清除，CPU會自動調(diào)用OB100一次，然后開始循環(huán)執(zhí)行OB1。C、熱啟動：啟動時所有存儲器保持，CPU會自動調(diào)用OB100一次，然后開始循環(huán)執(zhí)行OB1。周期/時鐘存儲器周期/時鐘存儲器（圖7-19）頁面主要包含以下參數(shù)設(shè)置。保持存儲器保持存儲器頁面（圖7-21）包含了下面的項目：

診斷/時鐘診斷/時鐘頁（圖7-22）包括以下設(shè)置：

保護保護頁面（圖7-23）包括以下參數(shù)：

7.4使用LAD編程

任務(wù)描述

在本例中，我們模擬一個飲料灌裝線的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中有兩條飲料灌裝線和一個操作員面板。（1）每一條灌裝線上，有一個電機驅(qū)動傳送帶；兩個瓶子傳感器能夠檢測到瓶子經(jīng)過，并產(chǎn)生電平信號；傳送帶中部上方有一個可控制的灌裝漏斗，打開時及開始灌裝。當(dāng)傳送帶中部的傳感器檢測到瓶子經(jīng)過時，傳送帶停止，灌裝漏斗打開，開始灌裝。1號線灌裝時間為3s（小瓶），2號線灌裝時間為5s（大瓶），灌裝完畢后，傳送帶繼續(xù)運。位于傳送帶末端的傳感器對灌裝完畢的瓶子計數(shù)。（2）在控制面板部分，有四個點動式按鈕分別控制每條灌裝線的啟動和停止；一個總控制按鈕，可以停止所有生產(chǎn)線；兩個狀態(tài)指示燈分別表示生產(chǎn)線的運行狀態(tài)；兩個數(shù)碼管顯示器顯示每條線灌裝的數(shù)目。根據(jù)任務(wù)描述，可以將上述系統(tǒng)功能劃分為兩個子功能：（1）啟停操作控制：負(fù)責(zé)將用戶操作面板的輸入信號邏輯轉(zhuǎn)換為灌裝線的啟停信號。（2）灌裝線控制：負(fù)責(zé)處理灌裝定時和滿瓶計數(shù)，為灌裝線傳送帶電機和灌裝漏斗提供控制信號，向數(shù)碼管提供BCD碼計數(shù)值。第一個子功能由一個功能FC1實現(xiàn)，第二個子功能由一個功能快FB1實現(xiàn)，兩條灌裝線的定時時間分別保存在兩個背景數(shù)據(jù)塊DB1和DB2中。2創(chuàng)建項目在STEP7中建立一個名為example7-2的項目，通過插入菜單加入一個S7程序

3編輯符號表符號表可以為絕對地址（如I0.0、Q4.0等）提供一個符號名（如“啟動”、“輸出”等），以方便編程及程序閱讀。在【S7程序（1）】目錄下，雙擊【符號】圖標(biāo)，打開符號表，對其進行編輯并保存

4編輯FC1在【S7程序（1）】下的【塊】中單擊右鍵，插入功能并命名為FC1

FC1的參數(shù)表及程序如圖

5編輯FB1用同樣的方法插入FB1并編輯，如圖

圖7-29IN參數(shù)圖7-30OUT參數(shù)

圖7-31STAT參數(shù)FB1程序

6編輯DB1、DB2在【S7程序（1）】下的【塊】中單擊右鍵，插入FB1的背景數(shù)據(jù)塊并命名為DB1，如圖7-33所示。用同樣的方法插入DB2。雙擊DB1就可以打開并對DB1進行編輯，DB編輯器分為了“數(shù)據(jù)視圖”和“說明視圖”，在“說明視圖”下，只能看到DB的數(shù)據(jù)定義，在“數(shù)據(jù)視圖”下，還可以對值進行修改。通過【查看】菜單在兩種視圖間切換。DB1和DB2的設(shè)置如圖7-34所示。7編輯OB1

雙擊OB1，選擇LAD（梯形圖）編程方式，打開OB1，對OB1進行編輯

OB1的程序第八章PLC網(wǎng)絡(luò)通信功能及其應(yīng)用

8.1常用現(xiàn)場總線介紹

8.2PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)簡介

8.3PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接實例

8.1常用現(xiàn)場總線介紹

現(xiàn)場總線是20世紀(jì)80年代中期在國際上發(fā)展起來的。隨著微處理器與計算機功能的增強和價格的降低，計算機網(wǎng)絡(luò)得到迅速發(fā)展，而處于生產(chǎn)過程底層的測控自動化系統(tǒng)仍采用一對一連線，用電壓、電流的模擬信號進行測量和控制，難以實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間以及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自動化系統(tǒng)成為“信息孤島”。要實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成和綜合自動化，就必須設(shè)計出一種能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境運行的、性能可靠的、造價低廉的通信系統(tǒng)，形成現(xiàn)場的底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場自動化設(shè)備之間的多點數(shù)字通信，實現(xiàn)底層設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界之間的信息交換?，F(xiàn)場總線就是在這種實際需要的驅(qū)動下應(yīng)運而生的?，F(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)從1984年IEC（國際電工委員會）開始制定現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)至今，爭奪現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的大戰(zhàn)持續(xù)了16年之久。先后經(jīng)過9次投票表決，最后通過協(xié)商、妥協(xié)，于1999年底IECTC65（負(fù)責(zé)工業(yè)測量和控制的第65標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會）通過了8種類型的現(xiàn)場總線作為IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)。

（1）類型1IEC技術(shù)報告（即FF的H1）；（2）類型2ControlNet（美國Rockwell公司支持）；（3）類型3Profibus（德國Siemens公司支持）；（4）類型4P-Net（丹麥ProcessData公司支持）；（5）類型5FFHSE（即原FF的H2，F(xiàn)isher-Rosemount等公司支持）；（6）類型6SwiftNet（美國波音公司支持）；（7）類型7WorldFIP（法國Alstom公司支持）；（8）類型8Interbus（德國PhoenixContact公司支持）。加上IECTC17B通過的三種現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)，即SDS（SmartDistributedSystem）、ASI（ActuatorSensorInterface）和DeviceNet，此外，ISO還有一個ISO11898的CAN（ControlAreaNetwork），所以一共有12種之多。現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)雖然制定出來了，但是它與IEC（國際電工委員會）于1984年開始制定現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)時的初衷是相違背的。8.2PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)簡介

1.概述

在傳統(tǒng)的自動化工廠中，位于生產(chǎn)現(xiàn)場的許多設(shè)備和裝置，當(dāng)這些裝置和設(shè)備相距較遠(yuǎn)、分布較廣時，人們迫切需要一種可靠、快速、能經(jīng)受工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的低廉的通信總線，將分散于現(xiàn)場的各種設(shè)備連接起來，對其實施監(jiān)控?，F(xiàn)場總線(FieldBus)就是在這樣的背景下產(chǎn)生的?，F(xiàn)場總線是“安裝在過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備/儀表與控制室內(nèi)的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點通信的數(shù)據(jù)總線”。2.現(xiàn)場總線的主要特點

(1)全數(shù)字化通信。只用一條通信電纜就可以將控制器與現(xiàn)場設(shè)備連接起來，實現(xiàn)了檢錯、糾錯功能，提高了可靠性。

(2)可以實現(xiàn)徹底的分散性和分布性。(3)有較強的信息集成能力，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)故障、參數(shù)信息的一體化傳送。

(4)節(jié)省連接導(dǎo)線，降低安裝和維護費用。

(5)具有互操作性和互換性。不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備都可以進行互換。3.現(xiàn)場總線的類型目前，國際上有多種現(xiàn)場總線的企業(yè)、集團、國家和國際性組織，并有相應(yīng)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)和配套的專用集成電路供用戶開發(fā)產(chǎn)品?，F(xiàn)今較流行的現(xiàn)場總線主要有：

*基金會現(xiàn)場總線(FoundationFieldbus，F(xiàn)F)

*

過程現(xiàn)場總線(ProcessFieldBus，PROFIBUS)

*

控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(ControllerAreaNetwork，CAN)。PROFIBUS（西門子過程現(xiàn)場總線)PROFIBUS在世界市場上所占的份額高達(dá)21.5％，居于所有現(xiàn)場總線之首。PROFIBUS是一種開放式的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，由主站和從站組成，主站能夠控制總線，當(dāng)主站獲得總線控制權(quán)后，可以主動發(fā)送信息。從站通常為傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動器和變送器。它們可以接收信號并給予響應(yīng)，但沒有控制總線的權(quán)力。當(dāng)主站發(fā)出請求時，從站回送給主站相應(yīng)的信息。PROFIBUS除了支持這種主從模式外，還支持多主多從的模式。PROFIBUS的組成。PROFIBUS包括3個相互兼容的部分：①PROFIBUS-DP(DistributedPeriphery)。它可以用于PLC與分散的現(xiàn)場設(shè)備進行通信。②PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)。它是專為過程自動化所設(shè)計的協(xié)議，可用于安全性要求較高的場合。

③PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)?？梢杂糜谲囬g級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。對于FMS而言，它考慮的主要是系統(tǒng)功能而不是響應(yīng)時間，F(xiàn)MS通常用于大范圍、復(fù)雜的通信系統(tǒng)。(2)PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)：

PROFIBUS協(xié)議以ISO/OSI參考模型為基礎(chǔ)，第1層為物理層，定義了物理的傳輸特性；第2層為數(shù)據(jù)鏈路層；第3～6層PROFIBUS未使用；第7層為應(yīng)用層，定義了應(yīng)用的功能。這種簡化的結(jié)構(gòu)確保了PROFIBUS-DP的快速、高效的數(shù)據(jù)傳輸。(3)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)部件

1).通信口西門子公司PLC的CPU模塊上的通信口是與RS-485兼容的9針D型連接器。2).網(wǎng)絡(luò)連接器利用西門子公司提供的兩種網(wǎng)絡(luò)連接器可以把多個設(shè)備很容易地連到網(wǎng)絡(luò)中。兩種連接器都有兩組螺釘端子，可以連接網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出。一種連接器僅提供連接到CPU的接口，而另一種連接器增加了一個編程器接口.網(wǎng)絡(luò)連接器3)網(wǎng)絡(luò)中繼器利用中繼器可以延長網(wǎng)絡(luò)距離，增加接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，并且提供了一個隔離不同網(wǎng)絡(luò)段的方法。波特率為9600b/s時，PROFIBUS允許一個網(wǎng)絡(luò)段最多有32個設(shè)備，最長距離是1200m，每個中繼器允許給網(wǎng)絡(luò)增加另外32個設(shè)備，最多可以使用9個中繼器，網(wǎng)絡(luò)總長度可增加至9600m。4)S7-300通信處理器模塊CP342-5DPCP342-5DP是為把S7-300系列PLC連接到西門子網(wǎng)絡(luò)上而設(shè)計的成本優(yōu)化的通信模塊。它是一個智能化的通信模塊，能大大減輕CPU的負(fù)擔(dān)，也支持很多其它通信電路。CP342-5DP主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

(1)用戶存儲器(FlashEPROM)128KB；

(2)SINECL2LAN標(biāo)準(zhǔn)符合DIN19245；

(3)RS-485傳輸方式，波特率為9.6～1500kb/s；

(4)可連接的設(shè)備數(shù)量達(dá)127個。8.3PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接實例通過CP342-5的主從連接通過PROFIBUS-DP連接智能從站（S7-300之間的一對一相互連接，使用CP342-5模塊，一個做主站，一個做從站）（1）概述CP342-5是S7-300系列的PROFIBUS通信模塊，帶有PROFIBUS接口，可以作為PROFIBUS-DP的主站或從站，只能在S7-300的中央機架上使用，在使用CP342-5進行通信時需要調(diào)用通信功能FC1和FC2，同時要在主站和從站上建立通信的發(fā)送緩沖和接收緩沖。（2）網(wǎng)絡(luò)配置情況使用兩臺帶有CP342-5模塊的PLC分別作為主站和從站組成網(wǎng)絡(luò)。使用PROFIBUS總線將兩臺PLC相連接。（3）網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及參數(shù)設(shè)置1）主站在STEP7中建立項目DP_Test_01，加入S7-300站并命名為MASTER，在硬件組態(tài)部分加入相應(yīng)的模塊，新建PROFIBUS-DP子網(wǎng)，將CP342-5的網(wǎng)絡(luò)操作模式設(shè)置為主站（如圖8-1至8-3所示）。在主站程序部分插入兩個共享數(shù)據(jù)塊DB1和DB2，分別作為主站的發(fā)送緩沖和接收緩沖。

建立子網(wǎng)

設(shè)定為主站

組態(tài)好的主站示意圖

2）從站在項目DP_Test_01中加入S7-300站并命名為SLAVE，在硬件組態(tài)部分加入相應(yīng)模塊，將CP342-5的網(wǎng)絡(luò)操作模式設(shè)置為從站。在從站程序部分插入兩個共享數(shù)據(jù)塊DB1和DB2，分別作為從站的發(fā)送緩沖和接收緩沖。將從站與剛才建立的子網(wǎng)連接

組態(tài)好的從站

3）組態(tài)網(wǎng)絡(luò)打開MASTER的硬件組態(tài)，將組態(tài)好的SLAVE從PROFIBUS從站列表中加入到主站的網(wǎng)絡(luò)中，使SLAVE成為MASTER的一個從站。選擇從站，組態(tài)通信接口區(qū)，插入兩個通信接口并設(shè)置成為10字節(jié)的輸入和10字節(jié)的輸出。將所有的組態(tài)數(shù)據(jù)下載到各個站上就可以進行編程了

將從站加入主站系統(tǒng)

帶從站的主站組態(tài)

為從站添加通訊區(qū)

雙擊并組態(tài)通訊區(qū)

4）編程在S7-300中在使用CP342-5模塊進行通信時，在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時設(shè)定的從站通信接口只是主站的虛擬地址映射區(qū)，而不占用S7-300的實際I/O區(qū)。虛擬地址的輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)要分別調(diào)用FC1（DP_SEND）和FC2（DP_RECV）進行訪問。在FC1中：CPLADDR是CP342-5所在插槽的地址（16進制，圖8-11中的地址必須進行轉(zhuǎn)換），SEND為發(fā)送緩沖的地址，DONE在發(fā)送成功時為1，ERROR為錯誤位，STATUS為發(fā)送狀態(tài)字；在FC2中：CPLADDR是CP342-5所在插槽的地址（16進制，圖8-11中的地址必須進行轉(zhuǎn)換），RECV為接收緩沖的地址，NDR在接收到數(shù)據(jù)時為1，ERROR為錯誤位，STATUS為接收狀態(tài)字，DPSTATUS為DP網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)字。注意在使用時CP342-5和CP442-5所使用的FC1及FC2有所區(qū)別，CP342-5的通訊塊在CP300目錄中，CP442-5的通訊塊在CP400目錄中。主站和從站的程序分別如下：在庫中選擇FC1和FC2

FC1和FC2中的模塊地址

主站程序（從站程序與之相同

)通過程序在主站和從站之間建立了如下的數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系：

主從連接的數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系輸入：DB2.DBB0~DB2.DBB9輸入：DB2.DBB0~DB2.DBB9輸出：DB1.DBB0~DB1.DBB9輸出：DB1.DBB0~DB1.DBB9主站數(shù)據(jù)從站數(shù)據(jù)第九章

數(shù)字量控制系統(tǒng)程序的設(shè)計方法

9.1使用起保停電路的順序控制梯形圖編程方法

9.2使用置位/復(fù)位指令的順序控制梯形圖編程方法

9.1使用起保停電路的順序控制梯形圖編程方法

1、程序的基本結(jié)構(gòu)

絕大多數(shù)自動控制系統(tǒng)除了自動工作模式外，還需要設(shè)置手動工作模式。有自動、手動工作方式的控制系統(tǒng)的兩種典型控制結(jié)構(gòu)如圖

:自動/手動程序1

自動/手動程序2

圖9-1和圖9-2中的I2.0是手/自動切換開關(guān)，在圖9-1中，當(dāng)I2.0為1時第一條條件跳轉(zhuǎn)指令（JMP）的跳轉(zhuǎn)條件滿足，將跳過自動程序，執(zhí)行手動程序，I2.0為0時第二條跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)條件滿足，將跳過手動程序，執(zhí)行自動程序。圖9-2中的梯形圖中，當(dāng)I2.0為1時調(diào)用處理手動操作的子程序“MAN”，為0時調(diào)用處理自動操作的子程序“AUTO”。2、執(zhí)行自動程序的初始狀態(tài)開始執(zhí)行自動程序之前，要求系統(tǒng)處于規(guī)定的初始狀態(tài)。如果開機時系統(tǒng)沒有處于初始狀態(tài)，則應(yīng)進入手動工作方式，用手動操作進入初始狀態(tài)后，在切換到自動工作方式，也可以通過初始化程序使系統(tǒng)自動進入初始狀態(tài)。系統(tǒng)滿足規(guī)定的初始狀態(tài)后，應(yīng)將順序功能圖的初始步對應(yīng)存儲器位置1，使初始步變?yōu)榛顒硬?，為啟動自動運行作好準(zhǔn)備。同時還應(yīng)將其余各步的存儲器位復(fù)位為0，

3、雙線圈問題在同時有手動和自動方式的程序中，都需要控制PLC輸出Q，因此同一個輸出位的線圈可能會出現(xiàn)多次，稱為雙線圈問題。在跳轉(zhuǎn)條件相反的兩個程序段（如圖9-1的手動和自動程序）中，允許出現(xiàn)雙線圈，即同一元件的線圈可以在自動程序和手動程序中分別出現(xiàn)一次。實際上CPU在每次循環(huán)中，只執(zhí)行手動程序或只執(zhí)行自動程序，不可能同時執(zhí)行兩個程序。對于分別位于這兩個程序中的兩個相同線圈，每次循環(huán)只執(zhí)行其中一個，因此在本質(zhì)上并沒有違反不允許出現(xiàn)雙線圈的規(guī)定。在圖9-2中用相反的條件調(diào)用功能時，也允許同一元件的線圈在自動程序和手動程序中各出現(xiàn)一次。因為兩個功能的調(diào)用條件相反，在一個掃描周期中只會調(diào)用其中的一個功能，而功能中的指令只在該功能被調(diào)用時才執(zhí)行，因此實際上CPU只是處理其中的一個線圈。4、設(shè)計順序控制程序的基本方法根據(jù)順序功能圖設(shè)計梯形圖時，可以用M存儲器來代表步。為了便于將順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，用代表各步的存儲器位的地址作為步的代號，并用編程元件地址的邏輯代數(shù)表達(dá)式來標(biāo)注轉(zhuǎn)換條件，用編程元件的地址來標(biāo)注各步的動作。轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的兩個條件對應(yīng)的串聯(lián)電路接通的時間只有一個掃描周期，因此應(yīng)使用有記憶功能的電路或指令來控制代表步的存儲器位。起保停電路和置位/復(fù)位電路都有記憶功能.單序列的編程方法單序列順序功能圖

對應(yīng)的程序

選擇序列和并行序列的編程方法

選擇與并行序列

對應(yīng)的梯形圖

9.2使用置位/復(fù)位指令的順序控制梯形圖編程方法

該電路接通時，應(yīng)執(zhí)行兩個動作：（1）應(yīng)該將轉(zhuǎn)換所有的后續(xù)步變?yōu)榛顒硬?，即將代表后續(xù)步的存儲器位變?yōu)?狀態(tài)