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1、 摘 要 ：本 文 主 要 西 门 子 公 司 的 S7-200PLC 为 例 ， 介 绍 了 PLC 的 基 本 结 构 、 工 作原 理 ， PLC 的 发 展 及 特 色 ， PLC 编 程 语 言 （ 梯 形 图 ） 、 语 句 指 令 ， 常 用 的 编 程 元件 （ 定 时 器 和 计 数 器 ） ， 重 点 以 S7-200PLC 来 控 制 全 自 动 洗 衣 机 讲 述 PLC 编程 顺 序 控 制 设 计 法 和 顺 序 功 能 图 的 设 计 和 PLC 编 程 的 一 些 细 节 。关 键 词 ：S7-200 PLC PLC 控 制 洗 衣 机 梯 形 图 顺 序 控

2、制 顺 序 功 能 图 2目 录第一章.PLC 的基本概念和特点 51 1.1 PLC 的基本概念 .52 1.2.PLC 的基本结构 .63 1.3PLC 的特点 74 1.4. PLC 的应用领域 8第二章PLC 的硬件与工作原理 .91 2.1 PLC 的硬件 .92.1 1 PLC 的物理结构 .91 .1 2.1.2 CPU 模块中的存储器： .102.1.3 I/O 模块 .102 2.2 PLC 的工作原理 .122 .1 2.2.1 PLC 的操作模式 122 .2 2.2.2 PLC 的工作原理 123 2.3 S7-200 系列 PLC.132.4 S7-200 特点 13

3、第三章.PLC 程序设计基础 141 3.1.PLC 的编程语句与程序结构 .141 .1 3.1.1 PLC 编程语言的国际标准。 141 .2 3.1.2 S7-200 的程序结构 .152 3.2.存储器的寻址方式：直接寻址和间接寻址163 3.3.位逻辑指令163 .1 3.3.1 触点指令 .163 .2 3.3.2 堆栈的基本概念 .173 .3 3.3.3 装载或 (OLD， Or Load)指令 .173 .4 3.3.5 其他堆栈操作指令 .183 .5 3.3.7 输出指令与其他指令 .204 3.4 定时器与计数器 .224 .1 3.4.1 定时器的指令与分类 224

4、.2 3.4.2 分辨率对定时器的影响 224 .3 3.4.3 计数器指令与分类 233第四章 数字量控制系统梯形图程序设计方法 241 4.1 梯形图的经验设计法 .242 4.2 根据继电器电路图设计梯形图的方法 .254.2.1 一般步骤入下 .252 .1 4.2.2 注意事项 .263 4.3 顺序控制设计法与顺序功能图273 .1 4.3.1 顺序控制设计法 273 .2 4.3.2 步与动作 273 .3 4.3.3.有向连线与转换条件 283 .4 4.3.4.顺序功能图的基本结构 293 .5 4.3.5.顺序功能图中转换实现的基本原则 29第五章 创新实验选题 301 5

5、.1 使用起保停电路的顺序控制梯形图设计法302 5.2 全自动洗衣机控制系统 .312 .1 5.2.1PLC CPU I/O 外部接线图 .312 .2 5.2.2 自动洗衣机顺序功能图 322 .3 5.2.3 梯形图程序 33实验小结 34参考文献 354第一章.PLC 的基本概念和特点1 1.1 PLC 的基本概念可编程控制器，简称 PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执

6、行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。国际电工委员会（IEC）颁布了对 PLC 的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令

7、，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工5业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。现 代 社 会 要 求 制 造 业 对 市 场 需 求 作 出 迅 速 的 反 应 ， 生 产 出 小 批 量 ， 多品 种 ， 多 规 格 ， 低 成 本 和 高 质 量 的 产 品 ， 为 了 满 足 这 一 要 求 ， 生 产 设 备 和自 动 生 产 线 的 控 制 系 统 就 必 须 具 有 极 高 的 可 靠 性 和 灵 活 性 ， 可 编 程 序 控 制器 （ Programmabie logic Controller,PL

8、C） 正 是 顺 应 这 一 要 求 出 现 的 ， 它是 以 微 处 理 器 为 基 础 的 通 用 工 业 控 制 装 置 .PLC 的 应 用 面 广 ， 功 能 强 大 ， 使 用 方 便 ， 已 经 广 泛 地 应 用 在 各 种 机 械设 备 和 生 产 过 程 的 自 动 控 制 系 统 中 ， PLC 在 其 他 领 域 ， 例 如 民 用 和 家庭 自 动 化 的 应 用 也 得 到 了 迅 速 的 发 展 。 PLC 仍 然 处 于 不 断 的 发 展 之 中 ，其 功 能 不 断 增 强 ， 更 为 开 放 ， 它 不 但 是 单 机 自 动 化 中 应 用 最 广 的

9、控 制 设 备 ，在 大 型 工 业 网 络 控 制 系 统 中 也 占 有 不 可 动 摇 的 地 位 。 PLC 应 用 面 之 广 ，普 及 程 度 之 高 ， 是 其 他 计 算 机 控 制 设 备 无 法 比 拟 的 .国 际 电 工 委 员 会 (IEC)在 1985 年 的 PLC 标 准 草 案 第 3 稿 中 ,对PLC 作 了 如 下 定 义 :“可 编 程 序 控 制 器 是 一 种 数 字 运 算 操 作 的 电 子 系 统 ，专 为 在 工 业 环 境 下 应 用 而 设 计 。 它 采 用 可 编 程 序 的 存 储 器 ， 用 来 在 其 内 部存 储 执 行 逻

10、 辑 运 算 ； 顺 序 控 制 ； 定 时 ； 计 数 和 算 术 运 算 等 操 作 的 指 令 ， 并通 过 数 字 式 ， 模 拟 式 的 输 入 和 输 出 ， 控 制 各 种 类 型 的 机 械 或 生 产 过 程 。 可编 程 序 控 制 器 及 有 关 设 备 ， 都 应 按 易 于 使 工 业 控 制 系 统 形 成 一 个 整 体 ， 易于 扩 充 其 功 能 的 原 则 设 计 。 ”从 上 述 定 义 可 以 看 出 ， PLC 是 一 种 用 程序 改 变 控 制 功 能 的 工 业 控 制 计 算 机 ， 除 了 能 完 成 各 种 各 样 的 控 制 功 能 外

11、，还 有 与 其 他 计 算 机 通 信 联 网 的 功 能 。本 书 以 西 门 子 公 司 的 S7-200 系 列 小 型 PLC 为 主 要 讲 授 对 象 。S7-200 具 有 较 高 的 可 靠 性 ， 丰 富 的 指 令 集 和 内 置 的 集 成 功 能 ， 强 大 的 通 信能 力 和 品 种 丰 富 的 扩 展 模 块 。 S7-200 可 以 单 机 运 行 ， 用 于 代 替 继 电 气控 制 系 统 ， 也 可 以 用 于 复 杂 的 自 动 化 控 制 系 统 。 由 于 它 有 极 强 的 通 信 功 能 ，在 网 络 控 制 系 统 中 也 能 充 分 发 挥

12、 其 作 用 。 S7-200 以 其 极 高 的 性 能 价 格比 ， 在 我 国 占 有 很 大 的 市 场 份 额 。2 1.2.PLC 的基本结构PLC 是 一 种 用 程 序 改 变 控 制 功 能 的 工 业 控 制 计 算 机 ， 除 了 各 种 各 样 的控 制 功 能 外 ， 还 能 和 别 的 计 算 机 通 信 联 网 。 它 主 要 由 CPU 模 块 ， 输入 模 块 ， 输 出 模 块 （ 输 入 模 块 和 输 出 模 块 简 称 I/O 模 块 ） ， 电 源 模 块和 编 程 器 组 成 。 其 中 ， CPU 模 块 是 最 核 心 的 部 分 。 PLC

13、工 作 也 是 通 过CPU 实 现 ， 主 要 有 三 个 过 程 ： （ 1） 输 入 采 样 ： 将 现 场 的 开 关 量 输 入 信6号 和 数 据 输 入 输 入 寄 存 器 ， 作 为 后 面 程 序 的 执 条 件 ； （ 2） 程 序 执 行 ：逐 条 读 入 和 解 释 用 户 程 序 ， 产 生 相 应 的 控 制 信 号 控 制 相 关 电 路 ， 完 成 数 据存 取 ， 传 送 和 处 理 ， 并 根 据 运 算 结 果 去 更 新 有 关 存 储 器 的内 容 ； （ 3） 输 出 刷 新 ： 将 输 出 映 像 的 内 容 送 给 输 出 模 块 控 制 外 部

14、 负 载 。这 三 个 工 程 周 期 性 循 环 扫 描 ， 分 时 操 作 。1. CPU 模 块CPU 模 块 主 要 由 微 处 理 器 （ CPU 芯 片 ） 和 存 储 器 组 成 。 在 PLC控 制 系 统 中 ， CPU 模 块 不 断 地 采 集 输 入 信 号 ， 执 行 用 户 程 序 ， 刷 新 系 统的 输 出 ； 存 储 器 用 来 存 储 程 序 和 数 据 。2. I/O 模 块I/O 模 块 是 CPU 和 外 部 设 备 联 系 的 桥 梁 ， 输 入 模 块 用 来 接 收 和 采集 输 入 信 号 。 它 主 要 是 传 递 信 号 ， 电 平 转 换

15、 （ 输 入 D/I 变 换 ， 输 出I/D 变 换 ） ， 噪 声 隔 离 。3. 编 程 器编 程 器 是 用 来 生 成 用 户 程 序 ， 并 用 它 来 编 辑 、 检 查 、 修 改 用 户 程 序 ，监 视 用 户 程 序 执 行 情 况 。4. 电 源PLC 使 用 AC 220V 电 源 或 DC 24V 电 源 。 内 部 的 开 关 电 源 为 各 模 块提 供 不 同 电 压 等 级 的 直 流 电 源 。 小 型 PLC 可 以 为 输 入 电 路 和 外 部 的 电子 传 感 器 提 供 DC 24V 电 源 ， 驱 动 PLC 负 载 的 滞 留 电 源 一 般

16、 由 用 户 提 供 。3 1.3PLC 的特点PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC 控制技术的应用必将形成世界潮流。（ 1） 编 程 方 法 简 单 易 学 。 它 主 要 采 用 和 电 路 原 理 图 相 似 的 梯 形 图 语言 ， 形 象 直 观 ， 易 学 易 懂 。（ 2） 功 能 强 ， 性 能 价 格 比 高 。（ 3） 硬 件 配 套 齐 全 ， 用 户 使 用 方 便 ， 适 应 性 强 。（ 4） 可 靠 性 高 ， 抗 干 扰 能 力 强 。（ 5） 系 统 的 设 计 ， 安 装 ， 调

17、 试 工 作 量 小 。（ 6） 维 修 工 作 量 小 ， 维 修 方 便 。（ 7） 体 积 小 ， 能 耗 低 。74 1.4. PLC 的应用领域PLC 的应用领域更是相当惊人。目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1.数 字 量 逻 辑 控 制PLC 用 “与 ”、 “或 ”、 “非 ”等 逻 辑 控 制 指 令 来 实 现 触 点 和 电 路 的 串 、并 联 ， 代 替 继 电 器 进 行 组 合 逻 辑 控 制 、 定 时 控 制 与 顺 序 逻 辑 控 制 。2.

18、运 动 控 制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。3. 过程控制过 程 控 制 是 指 对 温 度 、 压 力 、 流 量 等 连 续 变 化 的 模 拟 量 的 闭 环 控 制 。PLC 通 过 拟 量 I/O 模 块 ， 实 现 模 拟 量 和 数 字 量 之 间 的 A/D 转 换 和D/A 转 换 ， 并 对 模 拟 量 实

19、 行 闭 环 PID（ 比 例 -积 分 -微 分 ） 控 制 。小 型 PLC 用 PID 指 令 实 现 PID 闭 环 控 制 。4.数 据 处 理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5.通 信 联 网8PLC 的 通 信 包 括 主 机 与 远 程

20、 I/O 之 间 的 通 信 、 多 台 PLC 之 间 的 通 信 、PLC 与 其 他 智 能 设 备 之 间 的 通 信 。 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。第二章PLC 的硬件与工作原理 1 2.1 PLC 的硬件2.11 PLC 的物理结构：一般讲，PLC 分为整体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按

21、 CPU 性能分成若干型号，并按 I/O 点数又有若干规格。对模块式 PLC，有 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的 PLC，都属于总线式开放型结构，其 I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。1.整 体 式 PLC整 体 式 又 叫 做 单 元 式 或 箱 体 式 ， 它 的 体 积 小 ， 价 格 低 ， 小 型 PLC 一 般采 用 整 体 式 结 构 。 整 体 式 PLC 将 CPU 模 块 ， I/O 模 块 和 电 源 装 在 一 个 箱 型 塑料 机 壳 内 。2.模 块 式 PLC模 块 式 PLC 由 机 架 和 模 块 组 成 ，

22、模 块 插 在 模 块 插 座 上 ， 后 者 焊 在 框 架 的 总线 连 接 板 上 ， 主 要 用 于 大 中 型 PLC 和 部 分 小 型 PLC。 他 们 的 CPU 模 块 、开 关 量 I/O 模 块 、 电 源 模 块 、 模 拟 量 I/O 模 块 和 其 它 特 殊 的 功 能 模 块 等 在 结构 上 是 相 互 独 立 的 ， 用 户 可 根 据 具 体 的 应 用 要 求 ， 选 用 合 适 的 模 块 ， 安 装 在 固 定的 机 架 上 或 导 轨 上 ， 构 成 一 个 完 整 的 PLC 控 制 系 统 。91 .12.1.2 CPU 模块中的存储器：PLC

23、 使 用 以 下 几 种 物 理 存 储 器 ：1. 随 机 存 取 存 储 器 （ RAM） ：主 要 用 来 存 储 用 户 程 序 和 临 时 数 据 ， 用 户 可 以 用 编 程 设 备 将 用 户 程 序 写 入 RAM，也 可 以 读 出 RAM 中 的 内 容 ， 因 此 又 称 为 读 /写 存 储 器 。 它 是 易 失 性 的 存 储 器 ， 断电 后 ， 信 息 将 丢 失 。2. 只 读 存 储 器 （ ROM）ROM 中 的 内 容 只 能 读 出 ， 不 能 写 入 ， 具 有 非 易 失 性 ， 断 电 存 储 信 息 可 以 保 持 。在 PLC 中 主 要

24、用 来 存 储 系 统 程 序 。3. 可 电 擦 除 可 编 程 只 读 存 储 器 （ EEPROM）属 于 非 易 失 性 的 存 储 器 ， 存 储 信 息 断 电 可 以 保 持 ， 可 以 用 编 程 设 备 对 其 编 程 ， 兼有 ROM 的 非 易 失 性 和 RAM 的 随 机 存 储 的 优 点 ， 但 信 息 写 入 时 间 比 RAM 长 得 多 。2.1.3 I/O 模块：PLC 的对外功能，主要是通过各种 I/O 接口模块与外界联系的，按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数

25、限制。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入（DI） ，开关量输出（DO） ，模拟量输入（AI） ，模拟量输出（AO）等模块。I/O 模 块 外 部 接 线 方 式 ：开 关 量 I/O 模 块 的 通 断 状 态 用 发 光 二 极 管 （ LED） 显 示 ， PLC 的 外部 接

26、 线 一 般 采 用 接 线 端 子 。 某 些 模 块 可 以 使 用 可 以 拆 卸 的 插 座 型 端 子 ， 不需 断 开 端 子 板 上 的 外 部 接 线 ， 就 可 以 迅 速 地 更 换 模 块 。分 为 汇 点 式 、 分 组 式 和 分 隔 式 三 种 。（ 1） 汇 点 式 ： 各 I/O 电 路 共 用 一 个 公 共 接 地 端 ， 各 输 入 点 或 输 出 点共 用 一 个 电 源 。 该 接 线 方 式 适 用 于 输 入 端 或 输 出 端 供 电 完 全 相 同 的 场 合 。（ 2） 分 组 式 ： 将 I/O 点 分 为 若 干 组 ， 每 组 的 I/

27、O 电 路 有 一 个 公 共点 ， 它 们 共 用 一 个 电 源 。 各 组 之 间 是 分 隔 开 来 的 ， 可 以 分 别 使 用 不 同 的 电源 。 常 用 于 输 出 模 块 多 种 供 电 的 场 合 。10（ 3） 分 隔 式 ： 各 I/O 点 之 间 相 互 隔 离 ， 每 个 I/O 点 都 可 以 使 用 单独 的 电 源 。 常 见 于 I/O 点 数 极 少 的 PLC 的 输 出 模 块 的 多 种 供 电 负 载 的 输出 接 口 接 线 。1.输 入 模 块输 入 电 路 中 有 RC 滤 波 电 路 ， 以 防 止 由 于 输 入 触 点 抖 动 或 外

28、 部 干 扰 脉冲 引 起 错 误 的 输 入 信 号 。 S7-200 PLC 的 输 入 滤 波 电 路 的 延 迟 时 间 可 以用 编 程 软 件 中 的 系 统 块 设 定 。 PLC 的 开 关 量 输 入 模 块 按 工 作 电 压 分 为 直流 输 入 模 块 和 交 流 输 入 模 块 。 交 流 输 入 方 式 工 作 电 压 较 高 ， 抗 干 扰 能 力 和工 作 稳 定 性 较 强 ， 适 合 于 在 有 油 雾 、 粉 尘 等 恶 劣 环 境 下 使 用 。 S7-200 有 AC 120V/230V 的 输 入 模 块 。2.输 出 模 块PLC 的 开 关 量

29、输 出 模 块 的 输 出 电 路 的 功 率 放 大 器 件 有 可 以 驱 动 直 流 负 载的 大 功 率 场 效 应 管 ， 还 有 驱 动 交 流 负 载 的 双 向 可 控 硅 ， 以 及 可 以 驱 动 直 流和 交 流 负 载 的 小 型 继 电 器 。输 出 模 块 的 输 出 电 流 典 型 值 为 0.5 2A， 负 载 电 源 均 由 外 部 现 场 提供 。输 出 电 流 的 额 定 值 与 负 载 的 性 质 有 关 ， 如 S7-200 的 继 电 器 输 出 电 路 可以 驱 动 2A 的 电 阻 性 负 载 ， 但 只 能 驱 动 200W 的 白 炽 灯 。

30、 输 出 电 路 一 般分 为 若 干 组 ， 对 每 一 组 的 总 电 流 也 有 限 制 。 PLCCOM汇 点 式PLCOM1COM4分 组 式COM2 COM1CO3PLC分 隔 式COM1COM3COM24模 块 的 外 部 接 线 方 式COM112 2.2 PLC 的工作原理2 .12.2.1 PLC 的操作模式1.操 作 模 式PLC 有 两 种 基 本 的 工 作 状 态 ， 即 运 行 （ RUN） 状 态 与 停 止（ STOP） 状 态 。 在 CPU 模 块 的 面 板 上 通 过 模 式 开 关 进 行 选 择 。 运 行 状态 通 过 面 板 上 的 LED 指

31、 示 灯 显 示 。2.用 模 式 开 关 改 变 操 作 模 式CPU 模 块 上 的 模 式 开 关 在 STOP 位 置 时 ， 将 停 止 用 户 程 序 的 运 行 ； 在RUN 位 置 时 ， 将 启 动 用 户 程 序 的 运 行 。 模 式 开 关 在 STOP 或TERM（ Terminal， 终 端 ） 位 置 时 ， 电 源 通 电 后 CPU 自 动 进 入 STOP 模式 ； 在 RUN 位 置 时 ， 电 源 通 电 后 自 动 进 入 RUN 模 式 。3.用 STEP7-Micro/WIN 编 程 软 件 改 变 操 作 模 式PLC - PLC 之 间 建 立

32、 起 通 信 连 接 后 ， 若 模 式 开 关 在 RUN 或TERM 位 置 , 可 用 编 程 软 件 中 的 命 令 改 变 CPU 的 工 作 模 式 。4.在 程 序 中 改 变 操 作 模 式在 程 序 中 插 入 STOP 指 令 ， 可 以 使 CPU 由 RUN 模 式 进 入 STOP 模 式 。2 .22.2.2 PLC 的工作原理1.在 PLC 工 作 前 需 要 进 行 初 始 化 扫 描 工 作 ， 扫 描 过 程 如 下 图读取输入执行用户程序处理通信请求自诊断检查改写输出R U N 模式读取输入处理通信请求自诊断检查改写输出S T O P 模式2.读 取 输

33、入 。 在 此 阶 段 ， PLC 把 所 有 外 部 数 字 量 输 入 电 路 的 I/O状 态 ， 读 入 输 入 工 程 映 像 寄 存 器 。3.执 行 用 户 程 序 。 在 此 阶 段 即 使 外 部 输 入 信 号 的 状 态 发 生 了 变 化 ， 输入 过 程 映 像 寄 存 器 的 状 态 也 不 会 随 之 改 变 ， 输 入 信 号 变 化 的 状 态 只 能 在 下一 个 扫 描 周 期 的 读 取 输 入 阶 段 被 读 入 。4.通 信 处 理 。 PLC 的 CPU 模 块 能 智 能 的 将 信 息 存 储 到 缓 冲 区 ， 在 适12当 的 时 候 将

34、信 息 传 送 给 通 信 请 求 方 。5.CPU 自 诊 断 测 试 。 自 诊 断 测 试 包 括 定 期 检 查 CPU 模 块 的 操 作和 扩 展 模 块 的 状 态 是 否 正 常 ， 将 监 控 定 时 器 复 位 ， 以 及 完 成 一 些 别 的 内 部工 作 。6.改 写 输 出 。 当 CPU 的 操 作 模 式 从 RUN 变 为 STOP 时 ， 数 字 量输 出 被 置 为 系 统 快 中 的 输 出 表 定 义 的 状 态 ， 或 保 持 当 时 的 状 态 ， 默 认 的 设置 是 将 数 字 量 输 出 清 零 。7.中 断 程 序 的 处 理 。 如 果

35、在 程 序 中 使 用 了 中 断 ， 中 断 时 间 发 生 时 ，CPU 停 止 正 常 的 扫 描 工 作 方 式 ， 立 即 执 行 中 断 程 序 。 中 断 功 能 可 以 提 高PLC 对 某 些 事 件 的 响 应 速 度 。8.立 即 I/O 处 理 。 在 程 序 执 行 过 程 中 使 用 立 即 I/O 指 令 可 以 直 接存 取 I/O 点 。 用 立 即 I/O 指 令 读 输 入 点 的 值 时 ， 相 应 的 输 入 过 程 映 像 寄存 器 的 值 未 被 更 新 。 用 立 即 I/O 指 令 来 改 写 输 出 点 时 ， 相 应 的 输 出 过程 映

36、像 寄 存 器 的 值 被 更 新 。PLC 的 工 作 原 理 可 以 归 纳 为 ： 采 集 存 储 执 行 刷 新输 出 。3 2.3 S7-200 系列 PLC S7-200 属 于 小 型 PLC， 在 1988 年 升 级 为 第 二 代 产 品 ， 2004 年升 级 为 第 三 代 。 S7-300 是 模 块 式 中 型 PLC， 最 多 扩 展 32 个 模 块 。 S7-400 是 大 型 PLC， 可 以 扩 展 300 多 个 模 块 。 S7-400H 是 冗 余 设 计 的 容 错 自 动 化 系 统 。 S7-400F 是 安 全 性 自 动 化 系 统 ， 出

37、 现 故 障 时 将 系 统 切 换 到 安 全 状 态 。 S7-400FH 是 安 全 及 容 错 自 动 化 系 统 ， 出 现 故 障 时 生 产 过 程 能 继 续进 行 。2.4 S7-200 特点：功 能 强 ， 先 进 的 程 序 结 构 ， 灵 活 方 便 的 寻 址 方 法 ， 使 用 方 便 的 编 程 软件 ， 简 化 复 杂 编 程 任 务 的 向 导 功 能 ， 强 大 的 通 信 功 能 ， 品 种 丰 富 的 配 套 人机 界 面 ， 有 竞 争 品 种 丰 富 的 配 套 人 机 界 面 ， 有 竞 争 力 的 价 格 ， 完 善 的 网 上技 术 支 持 。

38、13第三章.PLC 程序设计基础1 3.1.PLC 的编程语句与程序结构1 .13.1.1 PLC 编程语言的国际标准。与 个 人 电 脑 相 比 ， PLC 的 硬 件 、 软 件 的 体 系 结 构 都 是 封 闭 的 而 不 是开 放 的 。 各 厂 家 的 PLC 的 编 程 语 言 和 指 令 系 统 的 功 能 和 表 达 方 式 也 不 一致 ， 有 的 甚 至 有 相 当 大 的 差 异 ， 因 此 各 厂 家 的 PLC 都 是 不 兼 容 的 。 于是 IEC 于 1994 年 5 月 公 布 了 PLC 标 准 （ IEC 61131） ， 它 由 以 下 5 各部 分

39、组 成 ： 通 用 信 息 、 设 备 和 测 试 要 求 、 编 程 语 言 、 拥 户 指 南 和 通 信 。 其中 第 三 部 分 （ IEC 61131-3） 是 PLC 的 编 程 语 言 标 准 。IEC 61131-3 标 准 使 用 户 在 使 用 PLC 时 。 可 以 减 少 重 新 培 训 的 时 间 ；对 于 厂 家 ， 使 用 标 准 将 减 少 产 品 开 发 的 时 间 ， 可 以 投 入 更 多 的 精 力 去 满 足用 户 的 特 殊 要 求 。IEC 61131-3 详 细 的 说 名 了 句 法 语 义 和 下 述 5 种 编 程 语 言 (见图 3-1)

40、：1） 顺 序 功 能 图 （ Sequential Function Chart,SFC）2） 梯 形 图 （ Ladder Diagram,LD）3） 功 能 块 图 （ Function Block Diagram,FBD）4） 指 令 表 （ Instruction List.IL）5） 结 构 文 本 （ Structured Text,ST）顺序功能图梯形图指令表功能块图结构文本图 3 - 1 P L C 的编程语言1） .顺 序 功 能 图这 是 一 种 位 于 其 它 编 程 语 言 之 上 的 图 形 语 言 ， 用 来 编 制 顺 序 控 制程 序 。 顺 序 功 能 图

41、提 供 了 一 种 组 织 程 序 的 图 形 方 法 。 步 、 转 换 和 动 作是 顺 序 功 能 图 中 的 三 种 主 要 元 件 。142） .梯 形 图梯 形 图 是 使 用 最 多 的 PLC 图 形 编 程 语 言 ， 有 时 梯 形 图 也 称 电路 或 程 序 。 它 由 触 点 、 线 圈 和 用 方 框 表 示 的 功 能 块 组 成 。 触 点 代 表逻 辑 输 入 条 件 ； 线 圈 通 常 代 表 逻 辑 输 出 结 果 ， 用 来 控 制 外 部 的 指 示 灯 、交 流 接 触 器 和 内 部 条 件 等 ； 功 能 块 用 来 表 示 顶 时 器 、 计

42、数 器 或 者 数 学运 算 等 指 令 。 触 点 和 线 圈 等 组 成 的 独 立 电 路 称 为 网 络（ Network） ， 用 梯 形 图 和 语 句 表 程 序 中 有 网 络 编 号 ， 允 许 以 网 络 为单 位 ， 给 梯 形 图 加 注 释 。 并 且 梯 形 图 与 继 电 器 控 制 系 统 的 电 路 图 相似 具 有 直 观 易 懂 的 优 点 ， 特 别 使 用 于 数 字 量 逻 辑 控 制 。3） .功 能 块 图这 是 一 种 类 似 数 字 逻 辑 电 路 的 编 程 语 言 ， 有 数 字 电 路 基 础 的 人 很容 易 掌 握 。 该 编 程

43、语 言 用 类 似 与 门 、 或 门 的 方 框 来 表 示 逻 辑 运 算 关 系 ，方 框 的 侧 为 逻 辑 运 算 的 输 入 变 量 ， 右 侧 为 输 出 变 量 ， 输 入 、 输 出 端 的小 圆 圈 表 示 “非 ”运 算 。 信 号 从 左 向 右 流 动 。 如 下 图 ， 图 3-2中 控 制 逻 辑 与 图 3-3 相 同 。L D I 0 . 1O M 0 . 3A N I 0 . 2= Q 1 . 1I 0 . 1M 0 . 3I 0 . 2Q 1 . 1( )能流 图 3 - 2 梯形图与语句表I 0 . 1M 0 . 3O RA N DI 0 . 2Q 1

44、. 1图 3 - 3 功能块图4） .语 句 表S7 系 列 PLC 将 指 令 表 称 为 语 句 表 。 PLC 的 指 令 是 一 种 与 微机 的 汇 编 语 言 中 的 指 令 相 似 的 助 记 符 表 达 式 ， 由 指 令 组 成 指 令 表 程 序或 语 句 表 程 序 。 语 句 表 比 较 适 合 熟 悉 PLC 和 程 序 设 计 的 的 经 验 丰富 的 程 序 员 使 用 。5） .结 构 文 本结 构 文 本 是 IEC 61131-3 标 准 创 建 的 一 种 专 用 的 高 级 编 程 语言 。 与 梯 形 图 相 比 ， 它 能 实 现 复 杂 的 数 学

45、 运 算 ， 编 写 的 程 序 非 常 简洁 和 紧 凑 。1 .23.1.2 S7-200 的程序结构S7-200 CPU 的 程 序 由 主 程 序 、 子 程 序 和 中 断 程 序 组 成 。151).主 程 序主 程 序 （ OBI） 是 程 序 的 主 体 ， 每 一 个 项 目 都 必 须 只 能 有 一 主 程序 。 主 程 序 可 以 调 用 子 程 序 和 中 断 程 序 。 主 程 序 通 过 指 令 控 制 整 个 应 用程 序 的 执 行 ， 每 个 扫 描 周 期 都 要 执 行 一 次 主 程 序 。 因 为 各 程 序 都 存 放 在独 立 的 块 中 ， 各

46、 程 序 结 束 时 不 需 要 加 入 无 条 件 结 束 指 令 或 无 条 件 返 回 指令 。2).子 程 序子 程 序 是 可 选 的 ， 仅 在 被 其 他 程 序 调 用 时 执 行 。 同 一 子 程 序 可 以在 不 同 的 地 方 被 多 次 调 用 。 使 用 子 程 序 可 以 简 化 程 序 代 码 和 减 少 扫 描 时间 。3).中 断 程 序中 断 程 序 用 来 及 时 处 理 与 用 户 程 序 的 执 行 时 序 无 关 的 操 作 ， 或 者不 能 事 先 预 测 何 时 发 生 的 中 断 事 件 。 中 断 程 序 不 是 由 用 户 程 序 调 用

47、 ， 而是 在 中 断 事 件 发 生 时 由 操 作 系 统 调 用 。 因 为 不 能 预 知 何 时 会 出 现 中 断 事件 ， 所 以 不 允 许 中 断 程 序 改 写 可 能 在 其 他 程 序 中 使 用 的 存 储 器 。2 3.2.存储器的寻址方式：直接寻址和间接寻址在 S7-200 中 ， 通 过 地 址 访 问 数 据 ， 地 址 是 访 问 数 据 的 依 据 ， 访问 数 据 的 过 程 称 为 “寻 址 ”。 几 乎 所 有 的 指 令 何 功 能 与 各 种 形 式 的 寻 址有 关 。1) 直 接 寻 址直 接 寻 址 指 定 了 存 储 器 的 区 域 、

48、长 度 和 位 置 。 取 代 继 电 器 控制 的 数 字 量 控 制 系 统 一 般 只 用 直 接 寻 址 。2) 建 立 间 接 寻 址 的 指 针S7-200 CPU 允 许 使 用 指 针 对 下 述 存 储 区 域 进 行 间 接 寻 址 ：I、 Q、 V、 M、 S、 AL、 AQ、 T（ 仅 当 前 值 ） 和 C（ 仅 当 前 值 ） 。 间 接寻 址 不 能 用 于 位 （ bit） 地 址 、 HC 或 L 存 储 区 。3 3.3.位逻辑指令3 .1 3.3.1 触点指令1)标 准 触 点 指 令常 开 触 点 对 应 的 存 储 地 址 位 为 1 状 态 时 。

49、该 触 点 闭 合 ， 在 语 句 表 中 ，分 别 用 LD（ Load,装 载 ） 、 A(And， 与 )和 O(Or,或 )指 令 表 示 开 始 、 串联 和 并 联 的 常 开 触 点 （ 见 表 3-4 和 图 3-5） 。16常 闭 触 点 对 应 的 存 储 器 地 址 位 为 0 状 态 时 ， 该 触 电 闭 合 ， 在 语 句 表中 ， 分 别 用 LDN(Load Not)、 AN(And Not)和 ON(Or Not)来 表 示 开 始 、串 联 和 并 联 的 常 闭 触 点 ， 触 点 符 号 中 间 的 “/”表 示 常 闭 。 语 句L D b i tA b i tO b i tL D N b i tA N b i tO N b i t描 述装载 ， 电路开始的常开触点与 ， 串联的常开触点或 ， 并联的常开触点取反后装载 ， 电路开始的常闭触点取反后与 ， 串联的常闭触点取反后或 ， 并联的常闭触点表 3 - 4 标准触点指令I 0 . 0I 0 . 2C 5I 0 . 1I 0 . 3Q 0 . 3( )Q 1 . 4( )I 3 . 4Q 2 . 6( )图 3 -