工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用與安全防護(hù)技術(shù)（微課版）課件 第8章 工業(yè)控制系統(tǒng)安全綜合應(yīng)用

工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用與安全防護(hù)技術(shù)第8章工業(yè)控制系統(tǒng)安全綜合應(yīng)用8.1.1西門子S7-200SMART硬件S7-200SMART是西門子公司針對中國市場研發(fā)的高性價(jià)比、小型PLC。S7-200SMART硬件主要有CPU模塊、數(shù)字量擴(kuò)展模塊、模擬量擴(kuò)展模塊及信號板等。S7-200SMART系列不僅提供了多種型號CPU和擴(kuò)展模塊，能夠滿足各種配置要求，CPU內(nèi)部還集成了高速計(jì)數(shù)器、PID和運(yùn)動(dòng)控制等功能，滿足了廣大用戶的控制要求。1.CPU模塊2.數(shù)字量擴(kuò)展模塊3.模擬量擴(kuò)展模塊4.信號板8.1西門子S7-200SMART應(yīng)用

81.2西門子S7-200SMART程序結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)尋址1.程序結(jié)構(gòu)S7-200SMARTPLC的用戶程序一般包括一個(gè)主程序、若干個(gè)子程序和若干個(gè)中斷程序。主程序（OB1）是用戶程序的主體，每一個(gè)項(xiàng)目都必須有且只有一個(gè)主程序。CPU在每個(gè)掃描周期都要執(zhí)行一次主程序。在主程序中可以調(diào)用子程序，子程序又可以調(diào)用其他子程序。S7-200SMARTSTEP7-Micro/WINSMART軟件在程序編輯窗口里為每個(gè)POU（程序組成單元）提供一個(gè)獨(dú)立的頁。主程序總是第1頁，后面是子程序和中斷程序。2.數(shù)據(jù)類型S7-200系列PLC的基本數(shù)據(jù)類型有布爾型（BOOL）、無符號字節(jié)（BYTE）、無符號字（WORD）、無符號雙字（DoubleWord，DWORD）、有符號整型（Integer，INT）、有符號雙字整型（DoubleInteger，DINT）、實(shí)數(shù)型（REAL）和字符串型（STRING）。不同的數(shù)據(jù)類型具有不同的數(shù)據(jù)長度和數(shù)值范圍，如表8-1所示。數(shù)據(jù)類型為STRING的字符串由若干個(gè)ASCII碼字符組成，字符串的第一個(gè)字節(jié)定義字符串的長度（0~254），即字符數(shù)，后面的每一個(gè)字符占1B。變量字符串最多為255B（長度字節(jié)加上254個(gè)字符）。表8-1S7-200SMARTPLC的數(shù)據(jù)類型及范圍3.存儲區(qū)類型1）I（過程映像輸入）2）Q（過程映像輸出）3）V（變量存儲器）4）M（標(biāo)志存儲器）5）T（定時(shí)器存儲器）6）C（計(jì)數(shù)器存儲器）7）HC（高速計(jì)數(shù)器）8）AC（累加器）9）SM（特殊存儲器）10）L（局部存儲區(qū)）11）AI（模擬量輸入）12）AQ（模擬量輸出）13）S（順序控制繼電器）4.尋址方式S7-200SMARTPLC的尋址方式有立即尋址、直接尋址和間接尋址三種方式。1）立即尋址2）直接尋址3）間接尋址8.1.3西門子S7-200SMART基本指令1.位邏輯指令1）觸點(diǎn)指令8.1.3西門子S7-200SMART基本指令1.位邏輯指令1）觸點(diǎn)指令2）輸出指令輸出指令在位邏輯指令中又稱線圈驅(qū)動(dòng)指令，由線圈和位地址構(gòu)成。線圈驅(qū)動(dòng)指令的語句表由操作碼“=”和線圈位地址構(gòu)成。線圈驅(qū)動(dòng)指令是根據(jù)前面各邏輯運(yùn)算的結(jié)果由能流控制線圈，從而使線圈驅(qū)動(dòng)的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。3）置位、復(fù)位和觸發(fā)器指令4）取反指令取反NOT指令能夠使觸點(diǎn)輸出反相，在梯形圖中用來改變能流的狀態(tài)，取反觸點(diǎn)左端邏輯運(yùn)算結(jié)果為1時(shí)，即有能流輸入時(shí)，觸點(diǎn)斷開能流，反之能流可以通過。5）跳變指令上升沿和下降沿檢測指令用來檢測狀態(tài)的變化，可以用來起動(dòng)一個(gè)控制程序，起動(dòng)一個(gè)運(yùn)算過程或結(jié)束一段控制運(yùn)行等。使用跳變指令時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：（1）EU、ED指令后無操作數(shù)。（2）上升沿和下降沿檢測指令不能直接與左線相連，必須接在常開或常閉觸點(diǎn)之后。（3）當(dāng)條件滿足時(shí)，上升沿和下降沿檢測指令的常開觸點(diǎn)只能接通一個(gè)掃描周期，接受控制的元件應(yīng)接在這一觸點(diǎn)之后。6）立即指令立即指令允許對輸入和輸出點(diǎn)進(jìn)行快速和直接存取。當(dāng)用立即指令讀取輸入點(diǎn)的狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的輸入映像寄存器中的值并未發(fā)生更新；用立即指令訪問輸出點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出寄存器的內(nèi)容也被刷新。只有輸入繼電器I和輸出繼電器Q可以使用立即指令。（1）立即觸點(diǎn)指令。（2）=I立即輸出指令。（3）SI立即置位指令。（4）RI立即復(fù)位指令。2.定時(shí)器指令1）定時(shí)器指令定時(shí)器指令是PLC的重要指令，S7-200SMARTPLC中共有3種定時(shí)器指令，即接通延時(shí)定時(shí)器指令（TON）、斷開延時(shí)定時(shí)器指令（TOF）和帶有記憶接通延時(shí)定時(shí)器指令（TONR）。S7-200SMARTPLC提供了256個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器編號為T0～T255。定時(shí)器有1ms、10ms和100rns三種分辨率，分辨率取決于定時(shí)器的地址。輸入定時(shí)器地址后，在定時(shí)器方框的右下角內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)定時(shí)器的分辨率。2）接通延時(shí)定時(shí)器指令接通延時(shí)定時(shí)器指令（TON，On-DelayTimer）的梯形圖由定時(shí)器標(biāo)識符TON、定時(shí)器的起動(dòng)信號輸入端IN、時(shí)間設(shè)定值輸入端PT和TON定時(shí)器地址Tn組成。其語句表由定時(shí)器標(biāo)識符TON、定時(shí)器地址Tn和時(shí)間設(shè)定值PT組成。TON指令的編程舉例3）斷開延時(shí)定時(shí)器指令斷開延時(shí)定時(shí)器指令（TOF，OFF-DelayTimer）的梯形圖由定時(shí)器標(biāo)識符TOF、定時(shí)器的起動(dòng)信號輸入端IN、時(shí)間設(shè)定值輸入端PT和TOF定時(shí)器地址Tn組成。其語句表由定時(shí)器標(biāo)識符TOF、定時(shí)器地址Tn和時(shí)間設(shè)定值PT組成。TOF指令的編程舉例4）保持型接通延時(shí)定時(shí)器指令保持型接通延時(shí)定時(shí)器（TONR，RetentiveOn-DelayTimer）指令的梯形圖由定時(shí)器標(biāo)識符TONR、定時(shí)器的起動(dòng)信號輸入IN端、時(shí)間設(shè)定值輸入端PT和TONR定時(shí)器地址Tn組成。其語句表由定時(shí)器標(biāo)識符TONR、定時(shí)器地址Tn和時(shí)間設(shè)定值PT組成。TONR指令的編程舉例3.計(jì)數(shù)器指令1）增計(jì)數(shù)器指令增計(jì)數(shù)器（CTU，CounterUp）指令的梯形圖由增計(jì)數(shù)器標(biāo)識符CTU、計(jì)數(shù)脈沖輸入端CU、復(fù)位信號輸入端R、設(shè)定值PV和計(jì)數(shù)器地址Cn組成，地址編號為0～255。增計(jì)數(shù)器指令的語句表由增計(jì)數(shù)器操作碼CTU、計(jì)數(shù)器地址Cn和設(shè)定值PV構(gòu)成。增計(jì)數(shù)器指令的編程舉例2）減計(jì)數(shù)器指令減計(jì)數(shù)器（CTD，CounterDown）指令的梯形圖由減計(jì)數(shù)器標(biāo)識符CTD、計(jì)數(shù)脈沖輸入端CD、裝載輸入端LD、設(shè)定值PV和計(jì)數(shù)器地址Cn組成，地址編號為0～255。減計(jì)數(shù)器指令的語句表由減計(jì)數(shù)器操作碼CTD、計(jì)數(shù)器地址Cn和設(shè)定值PV組成。減計(jì)數(shù)器指令的編程舉例3）增減計(jì)數(shù)器指令增減計(jì)數(shù)器（CTUD，CounterUp/Down）指令的梯形圖由增減計(jì)數(shù)器標(biāo)識符CTUD、增計(jì)數(shù)脈沖輸入端CU、減計(jì)數(shù)脈沖輸入端CD、復(fù)位端R、設(shè)定值PV和計(jì)數(shù)器地址Cn組成，地址編號為0～255。增減計(jì)數(shù)器指令的語句表由增減計(jì)數(shù)器操作碼CTUD、計(jì)數(shù)器地址Cn和設(shè)定值PV組成。增減計(jì)數(shù)器指令的編程舉例8.1.4西門子S7-200SMART功能指令1.數(shù)據(jù)處理指令1）傳送指令傳送指令將源輸入數(shù)據(jù)IN指定的數(shù)據(jù)傳送到輸出參數(shù)OUT指定的目的地址，傳送過程不改變源存儲單元的數(shù)據(jù)值。表中的傳送指令的助記符中最后的B、W、DW（D）和R分別表示操作數(shù)為字節(jié)、字、雙字和實(shí)數(shù)。表8-3傳送指令表2）比較指令比較指令用來比較兩個(gè)數(shù)據(jù)類型相同的數(shù)值IN1與IN2的大小?？梢员容^無符號字節(jié)、數(shù)、雙整數(shù)、實(shí)數(shù)和字符串。表8-4中的字節(jié)、整數(shù)、雙整數(shù)和實(shí)數(shù)的比較條件“x”分別是==（語句表為=）、<>、>=、<=、>和<。

表8-4比較指令語句表3）移位指令與循環(huán)移位指令字節(jié)、字、雙字移位指令和循環(huán)移位指令的操作數(shù)IN和OUT的數(shù)據(jù)類型分別為BYTE、WORD和DWORD。移位位數(shù)N的數(shù)據(jù)類型為BYTE。移位指令將輸入IN中的二進(jìn)制數(shù)各位的值向左或向右移動(dòng)N位后，送給輸出OUT指定的地址。移位指令對移出位自動(dòng)補(bǔ)0，如果移動(dòng)的位數(shù)N大于允許值（字節(jié)操作為8位，字操作為16位，雙字操作為32位），實(shí)際移位的位數(shù)為最大允許值。字節(jié)移位操作對象是無符號數(shù)，對有符號的字和雙字?jǐn)?shù)據(jù)移位時(shí)，符號位也將被移位4）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換指令是字節(jié)（B）與整數(shù)（I）之間（數(shù)值范圍為0~255）、整數(shù)與雙整數(shù)（DI）之間、BCD碼與整數(shù)之間、雙整數(shù)（DI）與實(shí)數(shù)（R）之間的轉(zhuǎn)換指令，以及七段譯碼指令。BCD碼與整數(shù)相互轉(zhuǎn)換的指令的有效范圍為0~9999。STL中的BCDI和IBCD指令的輸入、輸出參數(shù)使用同一個(gè)地址。轉(zhuǎn)換后的結(jié)果將保存到輸出指定的變量中。如果轉(zhuǎn)換后的數(shù)值超出輸出的允許范圍，溢出標(biāo)志位SM1.1將被置為ON。2.數(shù)學(xué)運(yùn)算指令1）算術(shù)運(yùn)算指令2）函數(shù)運(yùn)算指令3）邏輯運(yùn)算指令邏輯運(yùn)算指令主要包括字節(jié)、字、雙字的與、或、異或和取反邏輯運(yùn)算指令。3.程序控制指令1）跳轉(zhuǎn)指令2）循環(huán)指令3）子程序指令S7-200SMART的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，經(jīng)常會(huì)重復(fù)執(zhí)行某一個(gè)任務(wù)。對應(yīng)在程序設(shè)計(jì)時(shí)，就會(huì)經(jīng)常執(zhí)行同一段程序，為了簡化程序結(jié)構(gòu)、減少程序編寫工作量，在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)常將反復(fù)執(zhí)行的程序編寫為一個(gè)子程序，以便重復(fù)調(diào)用。子程序的調(diào)用是有條件的，未調(diào)用它時(shí)不會(huì)執(zhí)行子程序中的指令，因此使用子程序可以減少掃描時(shí)間。4）中斷指令中斷指令通過調(diào)用中斷程序及時(shí)地處理中斷事件，中斷事件與用戶程序的執(zhí)行時(shí)序無關(guān)，無法預(yù)測中斷事件何時(shí)會(huì)發(fā)生。用戶編寫的中斷程序不是由用戶程序調(diào)用，而是在中斷事件發(fā)生時(shí)由操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用。5）其他指令控制指令還包括條件結(jié)束指令、條件停止指令、看門狗定時(shí)器復(fù)位指令及獲取非致命錯(cuò)誤代碼指令。8.1.5西門子S7-200SMARTPID指令在工業(yè)生產(chǎn)中，一般用閉環(huán)控制方式來控制溫度、壓力、流量這一類連續(xù)變化的模擬量，使用最多的是PID控制（即比例—積分—微分控制），這是因?yàn)镻ID控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）無需控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，也能得到比較滿意的控制效果。（2）通過調(diào)用PID指令來編程，程序設(shè)計(jì)簡單，參數(shù)調(diào)整方便。（3）有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，根據(jù)被控對象的具體情況，可以采用P、PI、PD和PID等不同參數(shù)的組合方式，S7-200SMART的PID指令還采用了一些改進(jìn)的控制方式。1.PID算法2.PID回路輸入和輸出轉(zhuǎn)換S7-200SMART為用戶提供了8條PID控制回路，回路號為0~7，因此可以使用8條PID指令實(shí)現(xiàn)8個(gè)回路的PID運(yùn)算。每個(gè)回路的給定值和過程變量都是實(shí)際數(shù)值，其大小、范圍和工程單位可能不同。在PLC進(jìn)行PID控制之前，必須將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化浮點(diǎn)數(shù)。將回路輸入量數(shù)值從16位整數(shù)轉(zhuǎn)換成32位浮點(diǎn)數(shù)或?qū)崝?shù)，指令如下所示。ITDAIW0，

AC0//將輸入數(shù)值轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)DTRAC0，

AC0//將32位整數(shù)轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成0.0~1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值通過下式實(shí)現(xiàn)：實(shí)際數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值=實(shí)際數(shù)值的非標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值或原始實(shí)數(shù)／取值范圍+偏移量其中，取值范圍=最大可能數(shù)值-最小可能數(shù)值=27648（單極數(shù)值）或55296（雙極數(shù)值）；偏移量中，對單極數(shù)值取0.0，對雙極數(shù)值取0.5；單極范圍為0~27648，雙極范圍為-27648~+27648。將上述AC0中的雙極數(shù)值（間距為55296）標(biāo)準(zhǔn)化，指令如下所示：/R55296.0，

AC0//累加器中的數(shù)據(jù)除以55296.0+R0.5,AC0//加偏移量，使其落在0.0~1.0之間MOVRAC0，VD100//將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值寫入PID回路參數(shù)表中將上述AC0中的單極數(shù)值（間距為27648）標(biāo)準(zhǔn)化，指令如下所示。/R27648.0，AC0

//累加器中的實(shí)數(shù)值除以27648.0，使其落在0.0~1.0之間MOVRAC，VD100//標(biāo)準(zhǔn)化的值存入回路表程序執(zhí)行后，PID回路輸出0.0~1.0的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)值，必須被轉(zhuǎn)換成16位成比例的整數(shù)值，才能驅(qū)動(dòng)模擬輸出。PID回路輸出成比例實(shí)數(shù)數(shù)值=（PID回路輸出標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)值-偏移量）×取值范圍其指令如下所示：MOVRVD108，

AC0//

PID回路的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)值送入AC0-R0.5，AC0//雙極數(shù)值減去偏移量0.5*R55296.0，

AC0//AC0的值乘以取值范圍，變成比例實(shí)數(shù)值ROUNDAC0，

AC0

//將實(shí)數(shù)四舍五入，變?yōu)?2位整數(shù)DTIAC0，

AC0//32位整數(shù)轉(zhuǎn)換成16位整數(shù)MOVWAC0，

AQW0//16位整數(shù)寫入AQW03.PID指令PID指令：使能有效時(shí)，根據(jù)回路參數(shù)表中的過程變量當(dāng)前值、控制設(shè)定值及PID參數(shù)進(jìn)行PID運(yùn)算。程序中可使用8條PID指令，不能重復(fù)使用。使ENO=0的錯(cuò)誤條件：0006（間接地址），SM1.1（溢出，參數(shù)表起始地址或指定的PID回路指令回路號操作數(shù)超出范圍）。PID指令不對參數(shù)表輸入值進(jìn)行范圍檢查，必須保證過程變量、給定值積分項(xiàng)當(dāng)前值和過程變量當(dāng)前值在0.0~1.0的范圍之間。4.PID控制回路的編程步驟使用PID指令進(jìn)行系統(tǒng)控制，可通過以下步驟完成：指定內(nèi)存變量區(qū)回路表的首地址，如VB200。根據(jù)表8-15的格式及地址，可以把設(shè)定值SPn寫入指定地址VD204（雙字地址）、增益Kp寫入VD212、采樣時(shí)間Ts寫入VD216、積分時(shí)間Ti寫入VD220、微分時(shí)間Td寫入VD224、PID輸出值寫入VD208。設(shè)置定時(shí)中斷初始化程序。PID指令必須在定時(shí)中斷程序中使用，涉及中斷事件10（定時(shí)中斷0）或中斷事件11（定時(shí)中斷1）。讀取過程變量模擬量AIWx，對其進(jìn)行回路輸入轉(zhuǎn)換及標(biāo)準(zhǔn)化處理后寫入回路表首地址VD200。執(zhí)行PID回路運(yùn)算指令。對PID回路運(yùn)算的輸出結(jié)果VD208進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，然后將結(jié)果送入模擬量輸出AQWx，將其作為控制調(diào)節(jié)的信號值。8.1.6西門子S7-200SMART高速I/O指令PLC的普通計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過程與掃描工作方式有關(guān)，普通計(jì)數(shù)器的工作頻率很低，一般僅有幾十Hz。當(dāng)被測信號的頻率較高時(shí)，將會(huì)丟失計(jì)數(shù)脈沖。而高速計(jì)數(shù)器可以對高速信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，S7-200SMART有6個(gè)高速計(jì)數(shù)器HSC0~HSC5，可支持8種不同的工作模式。1.高速計(jì)數(shù)器指令高速計(jì)數(shù)器脫離主機(jī)的掃描周期而獨(dú)立計(jì)數(shù)，它可對脈寬小于主機(jī)掃描周期的高速脈沖實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，即高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的脈沖輸入頻率高于PLC掃描頻率。高速計(jì)數(shù)器能夠?qū)Ω哳l脈沖信號進(jìn)行測量和記錄，并提供中斷功能，在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。例如測量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、設(shè)備運(yùn)行距離等。可以使用HDEF和HSC指令創(chuàng)建自己的HSC例程，也可以使用高速計(jì)數(shù)器向?qū)Ш喕幊淘O(shè)計(jì)。1）高速計(jì)數(shù)器的工作模式S7-200SMARTCPU提供了四路高速計(jì)數(shù)器（HSC0、HSC1、HSC2和HSC3），最高可測量200kHz（標(biāo)準(zhǔn)型CPU，單相）的脈沖信號。在這四個(gè)HSC設(shè)備中，HSC0和HSC02支持8種計(jì)數(shù)模式（模式0、1、3、4、6、7、9和10），HSC1和HSC3只支持1種計(jì)數(shù)模式（模式0）。2）高速計(jì)數(shù)器控制字節(jié)每個(gè)高速計(jì)數(shù)器在CPU的特殊存儲區(qū)中都有各自的控制字節(jié)?？刂谱止?jié)可以執(zhí)行啟動(dòng)或禁止計(jì)數(shù)器、改變計(jì)數(shù)方向、刷新計(jì)數(shù)器當(dāng)前值或預(yù)設(shè)值等操作?？刂谱止?jié)的各個(gè)比特位具有不同的設(shè)置功能。3）高速計(jì)數(shù)器向?qū)ЫM態(tài)在對高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行編程時(shí)，需要根據(jù)相關(guān)特殊存儲器的意義來編寫初始化程序和中斷程序，這些程序的編寫比較繁瑣而且容易出錯(cuò)。STEP7-Micro/WINSMART提供的高速計(jì)數(shù)器向?qū)Э梢院喕幊踢^程，方便開發(fā)人員使用。相對于設(shè)置控制字的組態(tài)方式，向?qū)ЫM態(tài)更加直觀，可以根據(jù)工藝快速配置高速計(jì)數(shù)器，并大大減少出錯(cuò)概率。向?qū)ЫM態(tài)完成后，可以程序中調(diào)用對應(yīng)生成的子程序，也可對子程序進(jìn)行修改。在工具欄里選擇高速計(jì)數(shù)器，在彈出的“高速計(jì)數(shù)器向?qū)А睂υ捒蛑羞x擇需要組態(tài)的高速計(jì)數(shù)器。繼而完成高速計(jì)數(shù)器模式選擇、高速計(jì)數(shù)器初始化組態(tài)、中斷設(shè)置、設(shè)置中斷步等操作步驟。2.高速脈沖輸出指令高速脈沖輸出功能是指在PLC某些輸出端產(chǎn)生高速脈沖，用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等的精確控制。使用高速脈沖輸出功能時(shí)，PLC主機(jī)應(yīng)選用晶體管輸出型，以滿足高速輸出的要求。脈沖輸出指令（PLS）控制高速輸出（Q0.0、Q0.1和Q0.3）是否提供高速脈沖串輸出（PTO）和脈寬調(diào)制（PWM）功能。S7-200SMARTCPU具有三個(gè)PTO/PWM生成器（PLS0、PLS1和PLS2），能夠生成高速脈沖串或脈寬調(diào)制波。PLS0對應(yīng)數(shù)字量輸出端Q0.0，PLS1對應(yīng)數(shù)字量輸出端Q0.1，PLS2對應(yīng)數(shù)字量輸出端Q0.3。指定的特殊存儲器（SM）單元用于存儲每個(gè)發(fā)生器的一個(gè)狀態(tài)字節(jié)、一個(gè)控制字節(jié)、一個(gè)2字節(jié)無符號的周期或頻率數(shù)據(jù)、一個(gè)2字節(jié)無符號的脈沖寬度值數(shù)據(jù)以及一個(gè)4字節(jié)無符號的脈沖計(jì)數(shù)值數(shù)據(jù)。PLS指令僅用于S7-200SMART標(biāo)準(zhǔn)型CPU。SR20/ST20只有Q0.0和Q0.1兩個(gè)通道，其他型號有Q0.0、Q0.1和Q0.3三個(gè)通道。PTO/PWM生成器和過程映像寄存器共同使用Q0.0、Q0.1和Q0.3。在Q0.0、Q0.1或Q0.3上激活PTO/PWM功能時(shí)，PTO/PWM生成器控制輸出，正常使用輸出點(diǎn)禁止。輸出信號波形不受過程映像區(qū)狀態(tài)、輸出點(diǎn)強(qiáng)制值或立即輸出指令執(zhí)行的影響。當(dāng)不使用PTO/PWM生成器功能時(shí)，對輸出點(diǎn)的控制權(quán)交回到過程映像寄存器。過程映像寄存器決定輸出信號波形的初始和結(jié)束狀態(tài)，以高低電平產(chǎn)生信號波形的啟動(dòng)和結(jié)束。8.1.7西門子S7-200SMART編程軟件S7-200SMART的編程軟件是STEP7-Micro/WINSMART。8.1.8西門子S7-200SMART應(yīng)用程序設(shè)計(jì)1.任務(wù)要求實(shí)現(xiàn)PLC控制電動(dòng)機(jī)操作。當(dāng)按下PLC的外接啟動(dòng)按鈕SB1或點(diǎn)擊HMI界面上啟動(dòng)按鈕圖標(biāo)，HMI界面上顯示延時(shí)定時(shí)器的數(shù)據(jù)，5s時(shí)間后電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，外接指示燈點(diǎn)亮，啟動(dòng)次數(shù)加1。按下PLC的外接停止按鈕SB2或點(diǎn)擊HMI界面上停止按鈕圖標(biāo)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)點(diǎn)擊復(fù)位按鈕圖標(biāo)后啟動(dòng)次數(shù)清零。8.1.8西門子S7-200SMART應(yīng)用程序設(shè)計(jì)2.新建項(xiàng)目3.硬件組態(tài)4.編寫程序5.項(xiàng)目下載6.在線監(jiān)控7.程序的上傳8.2.1西門子WinCCflexibleSMART硬件SIMATIC系列面板（SMARTLINE），準(zhǔn)確地提供了人機(jī)界面的標(biāo)準(zhǔn)功能，經(jīng)濟(jì)適用，具備高性價(jià)比。新一代系列面板SMARTLINEV3的功能得到了大幅度提升，與S7-200SMARTPLC組成完美的自動(dòng)化控制與人機(jī)交互平臺。由于采用增強(qiáng)型CPU和存儲器，其性能得以大幅提升。額外的USB主機(jī)端口是接口的一大改進(jìn)。通過免維護(hù)電容系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘和改進(jìn)的觸摸顯示屏改善了用戶體驗(yàn)。借助新的工程軟件WinCCflexibleSMARTV3可簡化編程，使得面板的組態(tài)和操作更加簡便。8.2.2西門子WinCCflexibleSMART編程軟件1.WinCCflexibleSMART用戶界面元素WinCCflexibleSMART工作環(huán)境包含多個(gè)元素，其中某些元素與特定的編輯器鏈接，也就是說，它們只有在對應(yīng)的編輯器激活時(shí)才會(huì)顯示。WinCCflexibleSMART包含下列元素：菜單欄、工具欄、項(xiàng)目視圖、工作區(qū)、屬性視圖、工具箱等。8.2.2西門子WinCCflexibleSMART編程軟件2.菜單和工具欄3.工作區(qū)4.項(xiàng)目視圖5.屬性視圖6.輸出視圖7.編輯器屬性8.2.3西門子WinCCflexibleSMART應(yīng)用程序設(shè)計(jì)1.創(chuàng)建WinCCflexibleSMART的項(xiàng)目2.連接組態(tài)3.畫面的生成與組態(tài)4.變量的組態(tài)5.組態(tài)指示燈與按鈕6.組態(tài)文本域與IO域8.2.4西門子S7-200SMARTPLC與觸摸屏通信1.設(shè)置WinCCflexibleSMART與觸摸屏通信的參數(shù)用WinCCflexibleSMART打開項(xiàng)目“HMI電動(dòng)機(jī)控制”，單擊工具欄上的按鈕，打開“選擇設(shè)備進(jìn)行傳送”對話框，設(shè)置通信模式為“以太網(wǎng)”，Smart700IEV3的IP地址為，應(yīng)與Smart700IEV3的控制面板和WinCCflexibleSMART的“連接”編輯器中設(shè)置的相同。2.將項(xiàng)目文件下載到HMI用以太網(wǎng)電纜連接計(jì)算機(jī)和Smart700IEV3的以太網(wǎng)端口，也可以通過交換機(jī)連接它們。單擊“選擇設(shè)備進(jìn)行傳送”對話框中的“傳送”按鈕，首先自動(dòng)編譯項(xiàng)目，如果沒有編譯錯(cuò)誤和通信錯(cuò)誤，該項(xiàng)目將被傳送到觸摸屏。如果在觸摸屏參數(shù)設(shè)置時(shí)，將傳輸設(shè)置里的“RemoteControl”（遠(yuǎn)程控制）多選框勾選，Smart700IEV3正在運(yùn)行時(shí)，將會(huì)自動(dòng)切換到傳輸模式，出現(xiàn)“Transfer”對話框，顯示下載的進(jìn)程。下載成功后，Smart700IEV3自動(dòng)返回運(yùn)行狀態(tài)，顯示下載的項(xiàng)目的初始畫面。3.將程序下載到PLC打開8.1.8小節(jié)生成的S7-200SMART項(xiàng)目“電動(dòng)機(jī)控制”。用系統(tǒng)塊設(shè)置的1P地址為，子網(wǎng)掩碼為，此處參數(shù)應(yīng)與WinCCflexibleSMART的“連接”編輯器中組態(tài)設(shè)置的相同。用以太網(wǎng)將程序和系統(tǒng)塊下載到S7-200SMART。4.系統(tǒng)運(yùn)行用電纜直接連接或通過交換機(jī)或路由器連接S7-200SMART和Smart700IEV3的以太網(wǎng)端口，接通它們的電源，令PLC運(yùn)行在RUN模式。觸摸屏上電運(yùn)行后顯示初始畫面，見圖8-65。單擊HMI畫面上的“啟動(dòng)”按鈕，PLC的M0.1變量變?yōu)镺N后又變?yōu)镺FF，由于PLC程序的運(yùn)行，定時(shí)時(shí)間顯示有數(shù)據(jù)顯示，延時(shí)5秒后，Q0.3輸出為ON，外接電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，Q0.0輸出為ON，外接指示燈點(diǎn)亮，畫面上與該變量連接的指示燈圖標(biāo)由紅色變?yōu)榫G色，啟動(dòng)次數(shù)加1。單擊畫面上的“停止”按鈕，PLC的M0.0變量變?yōu)镺N后又變?yōu)镺FF，其常閉觸點(diǎn)斷開后又接通，由于PLC程序的運(yùn)行，Q0.3輸出為OFF，外接電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，Q0.0輸出為OFF，外接指示燈熄滅，畫面上與該變量連接的指示燈圖標(biāo)由綠色變?yōu)榧t色。點(diǎn)擊計(jì)數(shù)復(fù)位后，啟動(dòng)次數(shù)清零。HMI畫面上的“啟動(dòng)”按鈕和“停止”按鈕與PLC外接啟動(dòng)按鈕和停止按鈕所起到的效果一致。8.3工業(yè)控制防火墻系統(tǒng)應(yīng)用工業(yè)控制防火墻系統(tǒng)是面向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)研發(fā)和推出的涵蓋傳統(tǒng)防火墻、工控網(wǎng)絡(luò)流量智能學(xué)習(xí)、工控協(xié)議數(shù)據(jù)包深度解析、工控協(xié)議指令控制等功能在內(nèi)的工控網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)產(chǎn)品。針對工控網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)，工業(yè)控制防火墻支持針對各類主流工控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的深度解析功能，并在此基礎(chǔ)之上基于工控網(wǎng)絡(luò)白名單對工控流量進(jìn)行智能保護(hù)和指令級控制。此外，工業(yè)控制防火墻通過集成工控漏洞庫和工控入侵檢測特征庫，以工控網(wǎng)絡(luò)黑名單技術(shù)對工控網(wǎng)絡(luò)中的攻擊和入侵行為進(jìn)行檢測和阻斷。工業(yè)控制防火墻綜合運(yùn)用了多核并行控制技術(shù)、非共享式TCP協(xié)議棧、數(shù)據(jù)路徑優(yōu)化技術(shù)智能學(xué)習(xí)技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)精確訪問控制和細(xì)致指令內(nèi)容過濾的同時(shí)達(dá)到較高的性能水平，很好的適應(yīng)了未來工控網(wǎng)絡(luò)高帶寬、大流量的發(fā)展方向。8.3.1工業(yè)控制防火墻系統(tǒng)監(jiān)控

工業(yè)控制防火墻設(shè)備可以通過HTTPS協(xié)議建立安全的web連接，或通過命令行界面（CLI）進(jìn)行管理。管理員初次登錄的WebUI界面為“主頁”初始頁面，它集中顯示產(chǎn)品的基本信息，管理員可以在此快捷的查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。8.3.2工業(yè)控制防火墻基本管理

管理員可以在此修改主機(jī)名，即設(shè)備的標(biāo)識符，還可以啟用設(shè)備中的SNMP代理，SNMP管理設(shè)備可以讀取設(shè)備的相關(guān)信息。為了保證系統(tǒng)時(shí)間的精確性，管理員可以在此手工修改設(shè)備時(shí)間，也可以直接連接NTP服務(wù)器對系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行同步工作，具體設(shè)置如下。1.基本配置界面8.3.3工業(yè)控制防火墻網(wǎng)絡(luò)管理1.接口配置接口相關(guān)的屬性，包括如下內(nèi)容：配置物理接口屬性，配置網(wǎng)橋接口屬性，配置VLAN虛接口屬性。1）物理接口物理接口用于配置工業(yè)控制防火墻實(shí)際的接口的屬性，包括配置IP地址、工作模式、接口速率、VLAN、接口服務(wù)等參數(shù)進(jìn)行配置，使工業(yè)控制防火墻可以適應(yīng)于各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。2）網(wǎng)橋接口當(dāng)接口工作在透明模式時(shí)，如果選擇將物理接口添加到網(wǎng)橋中，則需要在此處配置網(wǎng)橋接口的屬性。

3）VLAN接口

當(dāng)接口工作在透明模式時(shí)，如果選擇將物理接口添加到VLAN中，則需要在此處配置VLAN虛接口的屬性。2.路由工業(yè)控制防火墻設(shè)備可以作為網(wǎng)絡(luò)中的路由設(shè)備使用，支持普通數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，管理員可以手工配置靜態(tài)路由和策略路由。其中，策略路由的優(yōu)先級高于靜態(tài)路由。路由配置包括靜態(tài)路由配置和策略路由配置。8.3.4工業(yè)控制防火墻安全策略全策略用于配置對經(jīng)過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問控制和工業(yè)協(xié)議深度內(nèi)容過濾的策略，通過在安全策略用對象中定義的各種元素，從源地址、目的地址、源區(qū)域、目的區(qū)域、源端口、目的端口、工業(yè)協(xié)議深度過濾、時(shí)間八個(gè)方面對網(wǎng)絡(luò)訪問進(jìn)行控制，確定是否允許網(wǎng)絡(luò)訪問通過，同時(shí)對于允許通過的數(shù)據(jù)還可以進(jìn)行工業(yè)協(xié)議白名單和工業(yè)協(xié)議黑名單深度過濾，對于所有匹配策略的網(wǎng)絡(luò)訪問，系統(tǒng)將在安全策略日志中記錄相關(guān)的日志信息。管理員可以進(jìn)行安全策略的查看、添加、編輯、刪除、克隆、移動(dòng)六種操作。8.3.5工業(yè)控制防火墻攻擊防護(hù)應(yīng)用

連接好工控安全測試系統(tǒng)，進(jìn)入工業(yè)控制防火墻系統(tǒng)控制界面，完成如下設(shè)置。1.網(wǎng)絡(luò)接口配置

網(wǎng)絡(luò)接口配置如下圖所示。選擇網(wǎng)絡(luò)—>物理接口，測試系統(tǒng)中PLC和HMI已經(jīng)分別連接eth0和eth1網(wǎng)絡(luò)接口。在eth0和eth1網(wǎng)絡(luò)接口配置界面中，設(shè)置接口狀態(tài)為啟用，接口模式為透明模式，選擇“啟用VLAN支持”和“ACCESS”訪問模式。2.添加對象地址

添加對象地址如下圖所示。選擇對象—>地址（IPv4），點(diǎn)擊添加按鈕，分別設(shè)置PLC和HMI的地址名稱以及IP地址。3.添加安全策略

添加安全策略如下圖所示。選擇策略—>安全策略，點(diǎn)擊添加按鈕，添加一條新的安全策略，設(shè)置狀態(tài)為啟用模式，源地址選擇HMIIP地址，目的地址選擇PLCIP地址，選項(xiàng)域勾選“網(wǎng)絡(luò)日志”，其他選線選擇默認(rèn)值。1.拒絕所有訪問

拒絕所有訪問如下圖所示。選擇策略—>策略選項(xiàng)，打開如下界面。

當(dāng)在策略選項(xiàng)中選擇“拒絕所有訪問”選項(xiàng)時(shí)，即打開防火墻，阻止所有非法訪問，當(dāng)選擇“允許所有訪問”時(shí)，防火墻允許所有數(shù)據(jù)包通過，無法起到阻止攻擊的作用了。8.4工業(yè)控制安全審計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用工控安全審計(jì)系統(tǒng)是針對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全的信息審計(jì)系統(tǒng)，采用了安全隔離、數(shù)據(jù)隱藏、行為審計(jì)等技術(shù)，記錄工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信行為，通過定制化的安全策略，快速監(jiān)測識別工業(yè)設(shè)備系統(tǒng)中存在的網(wǎng)絡(luò)攻擊、異常事件、非法接入、外部未知行為等操作，實(shí)時(shí)告警并詳實(shí)記錄一切網(wǎng)絡(luò)通信行為，有利于企業(yè)提高工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防護(hù)水平。工業(yè)控制安全審計(jì)防護(hù)系統(tǒng)提供本地和分級兩種產(chǎn)品部署方式。用戶可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際環(huán)境選擇合適的部署方式進(jìn)行產(chǎn)品的部署實(shí)施。本地部署是本系統(tǒng)最常見的部署方式。

適用于計(jì)算機(jī)終端數(shù)量不多并希望對所有終端計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中管理的用戶環(huán)境。在該部署方式下，所有的計(jì)算機(jī)終端注冊到同一個(gè)總控中心。分級部署是指在按照地域或者部門的不同，在內(nèi)網(wǎng)中安裝多個(gè)總控中心，不同地域或者部門的計(jì)算機(jī)分別注冊到不同的總控中心?？偪刂行闹g通過分級注冊，形成上下級關(guān)聯(lián)關(guān)系。上下級關(guān)聯(lián)關(guān)系確認(rèn)后，可以對整個(gè)系統(tǒng)實(shí)行分級管理。上級可以對下級分發(fā)終端監(jiān)控引擎安全策略，上級也可要求下級將安全事件上報(bào)到上級總控中心，從而實(shí)現(xiàn)上級對下級的管理。8.4.1工控安全審計(jì)系統(tǒng)告警監(jiān)控

工控安全審計(jì)系統(tǒng)監(jiān)測到的不符合審計(jì)規(guī)則白名單的流量、與安全規(guī)則匹配的流量以及符合系統(tǒng)內(nèi)置的一些安全規(guī)則行為會(huì)被記錄并報(bào)警。1.實(shí)時(shí)監(jiān)測

點(diǎn)擊歷史告警選項(xiàng)，進(jìn)入歷史告警模塊，展示所有告警信息，包括不同采集器的告警信息、已處理的告警信息和未處理的告警信息。點(diǎn)擊某一條告警的告警詳情，可以看到具體告警信息，包括源IP、源端口、源MAC地址、目的IP、目的端口、目的MAC地址、協(xié)議類型、報(bào)文長度、告警時(shí)間、行為描述等。

歷史告警信息記錄包括已處理的和未處理的，數(shù)目會(huì)比較大，因此提供搜索功能，以便用戶快速查找?？赏ㄟ^源IP、目的IP和處理狀態(tài)進(jìn)行搜索，用戶可以通過輸入或選擇一項(xiàng)條件來篩選歷史告警，也可通過輸入或選擇多項(xiàng)條件來更精確地篩選歷史告警。2.歷史告警8.4.2工控安全審計(jì)系統(tǒng)基本管理

系統(tǒng)管理模塊中，可以修改系統(tǒng)的參數(shù)，改變角色的授權(quán)，查看日志，新建、編輯、刪除用戶，修

改協(xié)議的開啟情況。1.系統(tǒng)設(shè)置點(diǎn)擊系統(tǒng)管理，進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置界面?？梢孕薷南到y(tǒng)參數(shù)的報(bào)警閾值，修改系統(tǒng)模式，修改系統(tǒng)的時(shí)間，修改網(wǎng)卡設(shè)置、路由設(shè)置和DNS。2.查看日志

點(diǎn)擊查看日志，會(huì)顯示所有用戶的所有日志記錄?？稍谌罩竟芾斫缑嬷小坝脩裘碧庍x擇用戶名，即可通過用戶名來篩選對應(yīng)的日志；可在日志管理界面中“請選擇時(shí)間段”處選擇時(shí)間上限和下限日期。點(diǎn)擊“搜索”按鈕，即可通過時(shí)間來篩選對應(yīng)的日志。3.協(xié)議管理點(diǎn)擊協(xié)議管理，進(jìn)入?yún)f(xié)議管理界面，此處顯示