西门子PLC编程基础.ppt

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1、PLC 编程基础编程基础3.1 PLC的基本结构的基本结构 从结构形式上从结构形式上PLC可分为整体式和模块式两大类。不论可分为整体式和模块式两大类。不论哪种类型的哪种类型的PLC，其基本结构都是相同的。，其基本结构都是相同的。CPU输入接口输出接口存储器电源外围接口编程设备1.CPU 2.存储器存储器 3.输入输出电路输入输出电路 4.编程装置编程装置5.电源电源6.外围接口外围接口 3.2 PLC工作原理工作原理 PLC采用循环执行用户程序的方式，称为循环扫描采用循环执行用户程序的方式，称为循环扫描工作方式。工作方式。一个循环扫描过程周期可分为输入采样、程序执一个循环扫描过程周期可分为输入

2、采样、程序执行、输出刷新三个阶段。行、输出刷新三个阶段。启动组织块启动组织块上电后执行一次上电后执行一次循环监视时间开始循环监视时间开始读取输入信号状态，读取输入信号状态，并存储在输入映像区并存储在输入映像区执行执行OB1程序程序包括中断程序包括中断程序将输出映像区状态写将输出映像区状态写到实际输出设备到实际输出设备一一个个循循环环扫扫描描周周期期执行OB1中的程序(循环执行)事件(日期时间中断、硬件中断等)调用其他 OB，FB，FC输出模块A I 0.1A I 0.2=Q8.0块OB 1循环监视时间的开始启动块(OB 100)上电后执行一次从模块读信号状态，并保存到过程映象区(PII)把过程

3、映象输出表(PIQ)写到输出模块CPU 循环循环输入模块循环程序执行循环程序执行过程映象过程映象字节 0字节 1字节 2:CPU 存储器区字节 0字节 1字节 2:PIIPIQ 用户程序 CPU 存储器区:A I2.0=Q4.3:11输入采入采样阶段段依次地依次地读入所有入所有输入状入状态和数据，并将它和数据，并将它们存入存入I/OI/O映象区映象区中的相中的相应单元内。元内。输入采入采样结束后，束后，转入用入用户程序程序执行和行和输出刷新出刷新阶段。在段。在这两个两个阶段中，即使段中，即使输入状入状态和数据和数据发生生变化，化，I/OI/O映象区映象区中的相中的相应单元的状元的状态和数据也不

4、会改和数据也不会改变。因此，如果因此，如果输入是脉冲信号，入是脉冲信号，则该脉冲信号的脉冲信号的宽度必度必须大大于一个于一个扫描周期，才能保描周期，才能保证在任何情况下，在任何情况下，该输入均能被入均能被读入。入。一个一个扫描周期中与用描周期中与用户有关的三有关的三阶段段用用户程序程序执行行阶段段PLCPLC总是按由上而下的是按由上而下的顺序依次地序依次地扫描用描用户程序。在程序。在扫描每描每一条梯形一条梯形图时，并按先左后右、先上后下的，并按先左后右、先上后下的顺序序进行行逻辑运算，运算，逻辑运算的运算的结果存于映象区。果存于映象区。上面的上面的逻辑运算其运算运算其运算结果会果会对下面的下面

5、的逻辑运算起作用；运算起作用；相反，下面的相反，下面的逻辑运算其运算运算其运算结果只能到下一个果只能到下一个扫描周期描周期才能才能对上面的上面的逻辑运算起作用。运算起作用。输出刷新出刷新阶段段当当扫描用描用户程序程序结束后，束后，PLCPLC就就进入入输出刷新出刷新阶段。在此期段。在此期间，CPUCPU按照存在按照存在I/OI/O映象区的运算映象区的运算结果，刷新所有果，刷新所有对应的的输出出锁存存电路，再路，再经输出出电路路驱动相相应的外的外设。这时，才，才是是PLCPLC的真正的真正输出。出。PLCPLC的工作特点的工作特点所有所有输入信号在程序入信号在程序处理前理前统一一读入，并在程序入

6、，并在程序处理理过程程中不再中不再变化。而程序化。而程序处理的理的结果也是在果也是在扫描周期的最后描周期的最后时段段统一一输出。其工作特点是将一个出。其工作特点是将一个连续的的过程分解成若干程分解成若干静止的状静止的状态，极，极类似放映似放映电影的原理。便于面向影的原理。便于面向对象的思象的思维。PLCPLC仅在在扫描周期的起始描周期的起始时段段读取外部取外部输入状入状态，该时段相段相对较短，抗短，抗输入信号串入的干入信号串入的干扰极极为有利。有利。这种方式种方式对于高速于高速变化的化的过程可能漏掉程可能漏掉变化的信号，也会化的信号，也会带来系来系统响响应的滞后。的滞后。为克服上述克服上述问题

7、，可利用立即，可利用立即输入入输出、脉冲捕出、脉冲捕获、高速、高速计数器或中断技数器或中断技术。扫描工作方式描工作方式对程序程序执行的影响行的影响qI0.0I0.0代表外部的按代表外部的按纽，当按，当按纽动作后，左面的程序只需要作后，左面的程序只需要一个一个扫描周期就可完成描周期就可完成对M0.4M0.4的刷新，而右面的程序要的刷新，而右面的程序要经过四个四个扫描周期才能完成描周期才能完成对M0.4M0.4的刷新。的刷新。q在在扫描周期极描周期极为短的情况下（短的情况下（100ms100ms），无），无时序配合要求，序配合要求，感感觉不到不到这两段程序两段程序执行的的差异。行的的差异。q在有在

8、有时序配合的情况下，序配合的情况下，这种差异要引起注意。种差异要引起注意。3.3 存储器及其寻址存储器及其寻址 S7 CPU的存储区包括三个基本区域，即装载存储器，的存储区包括三个基本区域，即装载存储器，工作存储器工作存储器RAM和系统存储器和系统存储器RAM。装装载载存存储储器器动态动态装装载载存存储储器器RAM可保持装可保持装载载存存储储器器EEPROM工作存工作存储储器器RAM 用用户户程序，如程序，如逻辑块逻辑块、数据、数据块块系系统统存存储储器器RAM过过程映像程映像I/表表位存位存储储器、定器、定时时器、器、计计数器数器局域数据堆局域数据堆栈栈、块块堆堆栈栈中断堆中断堆栈栈、中断、

9、中断缓缓冲区冲区系系统统存存储储区的地址区区的地址区地址区地址区说说明明输输入入过过程程映像映像I输输入映像区每一位入映像区每一位对应对应一个数字量一个数字量输输入点，在每个入点，在每个扫扫描周期的开始，描周期的开始，CPU对输对输入点入点进进行采行采样样，并将采，并将采样值样值存于存于输输入映像寄存器中。入映像寄存器中。CPU在接下来的本周期各在接下来的本周期各阶阶段不再改段不再改变输变输入入过过程映像寄存器中的程映像寄存器中的值值，直到下一个，直到下一个扫扫描周期的描周期的输输入入处处理理阶阶段段进进行更新行更新输输出出过过程程映像映像Q输输出映像区的每一位出映像区的每一位对应对应一个数字

10、量一个数字量输输出点，在出点，在扫扫描周期的末尾，描周期的末尾，CPU将将输输出出映像寄存器的数据映像寄存器的数据传传送送给输给输出模出模块块，再由后者，再由后者驱动驱动外部外部负载负载位存位存储储区区M用来保存控制用来保存控制继电继电器的中器的中间间操作状操作状态态或其他控制信息或其他控制信息定定时时器器T定定时时器相当于器相当于继电继电器系器系统统中的中的时间继电时间继电器，用定器，用定时时器地址器地址(T和定和定时时器号，如器号，如T5)来存取当前来存取当前值值和定和定时时器状器状态态位，位，带带位操作数的指令存取定位操作数的指令存取定时时器状器状态态位，位，带带字操作的指令存取当前字操

11、作的指令存取当前值值计计数器数器C用用计计数器地址数器地址(C和和计计数器号，如数器号，如C20)来存取当前来存取当前值值和和计计数器状数器状态态位，位，带带位操位操作数的指令存取作数的指令存取计计数器状数器状态态位，位，带带字操作的指令存取当前字操作的指令存取当前值值局部数据局部数据L可以作可以作为暂时为暂时存存储储器或器或给给子程序子程序传递传递参数，局部参数，局部变变量只在本量只在本单单元有效元有效数据数据块块DB在程序在程序执执行的行的过过程中存放中程中存放中间结间结果，或用来保存与工序或任果，或用来保存与工序或任务务有关的其它数据有关的其它数据CPU中的寄存器中的寄存器（1）累加器（

12、）累加器（ACCUx）32位累加器是用于处理字节、字或双字的寄存器。位累加器是用于处理字节、字或双字的寄存器。S7-300有两个累加器有两个累加器ACCU1和和ACCU2，S7-400有有4个累加器个累加器ACCU1ACCU4。（2）地址寄存器）地址寄存器2个地址寄存器作为指针用于寄存器间接寻址。个地址寄存器作为指针用于寄存器间接寻址。（3）数据块寄存器）数据块寄存器DB和和DI寄存器分别用来保存打开的共享数据块和背景寄存器分别用来保存打开的共享数据块和背景数据块的编号。数据块的编号。（4）诊断缓冲区）诊断缓冲区（5）状态字寄存器）状态字寄存器状态字是一个状态字是一个16位的寄存器，用于存储位

13、的寄存器，用于存储CPU执行指令的执行指令的状态状态 STEP 7 STEP 7 的可能寻址范围的可能寻址范围设计的地址区设计的地址区访问区域访问区域缩写缩写加在一起的最大区域加在一起的最大区域过程映象过程映象 I/Q输入输入/输出位输出位I/Q0.0-65,535.7输入输入/输出字节输出字节 I/QB0-65,535输入输入/输出字输出字IW/QW0-65,534输入输入/输出双字输出双字ID/QD0-65,532存储器标志存储器标志存储器位存储器位M0.0-255.7存储器字节存储器字节MB0-255存储器字存储器字MW0-254存储器双字存储器双字MD0-252I/Q 外部输入外部输入

14、/输出输出I/Q 字节字节,外设外设PIB/PQB0-65,535I/Q 字字,外设外设PIW/PQW0-65,534I/Q 双字双字,外设外设PID/PQD0-65,532定时器定时器定时器定时器(T)T0-255计数器计数器计数器计数器(C)C0-255数据块数据块数据块数据块(DB)DB1-65,532数据块数据块用用OPN DB打开打开位位,字节字节,字字,双字双字DBX,DBBDBW,DBD0-65,532用用OPN DI打开打开位位,字节字节,字字,双字双字DIX,DIBDIW,DID0-65,532数据在存储器中存取的方式数据在存储器中存取的方式二进制数的二进制数的1位位(bit

15、)只有只有0和和1两种不同的取值，可用两种不同的取值，可用来表示开关量来表示开关量(或称数字量或称数字量)的两种不同的状态，如的两种不同的状态，如触点的断开和接通，线圈的通电和断电等。如果该触点的断开和接通，线圈的通电和断电等。如果该位为位为1，则表示梯形图中对应的编程元件的线圈，则表示梯形图中对应的编程元件的线圈“通电通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，反之相，其常开触点接通，常闭触点断开，反之相反。位数据的数据类型为反。位数据的数据类型为BOOL(布尔布尔)型。型。(1)位、字节、字和双字位、字节、字和双字I5I0I1I2I3I47 6 5 4 3 2 1 0MSBLSBMB200LSB

16、0MSB7MB200LSB低有效字节低有效字节0MSB15 高有效字节高有效字节MB201MB200LSB最低有效字节最低有效字节0MSB31 最高有效字节最高有效字节MB201MB202MB203两个字节组成两个字节组成1个字个字(Word)，两，两个字组成个字组成1个双字个双字(Double Word)。一般用二进制补码表。一般用二进制补码表示有符号数，其最高位为符号示有符号数，其最高位为符号位，最高位为位，最高位为0时为正数，为时为正数，为1时为负数，最大的时为负数，最大的16位正数为位正数为7FFFH，H表示十六进制数。表示十六进制数。8位二进制数组成位二进制数组成1个字节个字节(By

17、te)，其中的第，其中的第0位为最位为最低位低位(LSB)、第、第7位为最高位位为最高位(MSB)。MW200MD200MW200MW202字节、字和双字的取值范围见表字节、字和双字的取值范围见表数据的位数数据的位数无符号数无符号数有符号整数有符号整数十十进进制制十六十六进进制制十十进进制制十六十六进进制制B B（字（字节节），），8 8位位值值025502550FF0FF-128127-128127807F807FW W（字），（字），1616位位值值0655350655350FFFF0FFFF-3276832767327683276780007FFFF80007FFFFD D（双字），（双

18、字），3232位位值值04294967204294967295950FFFFFFF0FFFFFFFF F214748364821474836482147483647214748364780000000800000007FFFFFFF7FFFFFFF 位存储单元位存储单元的地址由字节地址和位地址组成，如的地址由字节地址和位地址组成，如I3.2，其中的区域标识符，其中的区域标识符“I”表示输入表示输入(Input)，字，字节地址为节地址为3，位地址为，位地址为2。这种存取方式称为。这种存取方式称为“字节字节.位位”寻址方式。寻址方式。（2）数据的存取方式）数据的存取方式 输入字节输入字节IB3(B

19、是是Byte的缩写的缩写)由这由这8位组成。相邻位组成。相邻的两个字节组成一个字，的两个字节组成一个字，MW200表示由表示由MB200和和MB201组成的组成的1个字，个字，MW200中的中的M为区域标识符，为区域标识符，W表示字表示字(Word)，200为起始字节的地址。为起始字节的地址。MD200表表示由示由MB200MB203组成的双字，组成的双字，M为区域标示符，为区域标示符，D表示存取双字表示存取双字(Double Word)，200为起始字节的地为起始字节的地址。址。区域区域区域功能区域功能访问区域单访问区域单位位标识标识符符最大地址最大地址范围范围输输入入过过程程映映像像 存存

20、 储储 区区（I）在在循循环环扫扫描描开开始始时时，从从过过程程中中读读取取输输入入信信号号至至过过程映像存储区程映像存储区输入位输入位输入字节输入字节输入字输入字输入双字输入双字IIBIWID065 535.7065 535065 534065 532输输出出过过程程映映像像 存存 储储 区区（Q）在在循循环环扫扫描描期期间间，将将过过程程映映像像存存储储区区中中的的输输出出值值传传至输出模块至输出模块输出位输出位输出字节输出字节输出字输出字输出双字输出双字QQBQWQD065 535.7065 535065 534065 532位存储区位存储区（M）此此存存储储区区用用于于存存储储控控制制

21、逻逻辑辑的的中中间状态间状态存储器位存储器位存储器字节存储器字节存储器字存储器字存储器双字存储器双字 MMBMWMD0255.7025502540252存储区及功能见下表：存储区及功能见下表：外部输入外部输入（PI）外部输出外部输出（PQ）用用户户可可通通过过此此区区域域直直接接访访问问输输入入和和输输出出模模块块外部输入字外部输入字节节外部输入字外部输入字外部输入双外部输入双字字外部输出字外部输出字节节外部输出字外部输出字外部输出双字外部输出双字PIBPIWPIDPQBPQWPQD065 535065 534065 532065 535065 534065 532定时器定时器（T）访访问问此

22、此区区域域可可以以得得到到定定时时剩剩余时间余时间定时器定时器（T）T0255计数器计数器（C）访访问问此此区区域域可可以以得得到到当当前前计计数值数值计数器计数器（C）C0255数据块数据块(DB)用用“OPEN DB”打打开开数数据据块块，用用“OPEN DI”打打开开背景数据块背景数据块数据位数据位数据字节数据字节数据字数据字数据双字数据双字DB(I)XDB(I)BDB(I)WDB(I)D065535.7065 535065 534065 532本地数据本地数据（L）此此区区域域存存放放逻逻辑辑块块中中的的临临时时数数据据，当当逻逻辑辑块块结结束束时时，数据丢失数据丢失临时本地数据临时本

23、地数据位位临时本地数据临时本地数据字节字节临时本地数据临时本地数据字字临时本地数据临时本地数据双字双字LLBLWLD065535.7065 535065 534065 5323.4 数据格式与数据类型数据格式与数据类型 数制数制 二进制数二进制数十六进制数十六进制数BCD码码 STEP 7STEP 7数据类型概述数据类型概述基本数据类型(到32 位)复杂数据类型(长于32位)用户定义数据类型(长于 32 位)位数据类型位数据类型(BOOL,BYTE,WORD,DWORD,CHAR)数学数据类型数学数据类型(INT,DINT,REAL)定时器类型定时器类型(S5TIME,TIME,DATE,TI

24、ME_OF_DAY)时间时间(DATE_AND_TIME)矩阵矩阵(ARRAY)结构结构(STRUCT)字符串字符串(STRING)数据类型数据类型 UDT(用户定义数据类型)STEP 7STEP 7基本数据类型基本数据类型BOOL1True 或 False（1 或0）BYTE8B#16#A9WORD16W#16#12AFDWORD32DW#16#ADAC1EF5CHAR8 w S5TIME16S5T#5s_200msINT16123DINT32L#65539REAL321.2 或 34.5E-12TIME32T#2D_1H_3M_45S_12MSDATE16D#1993-01-20TIME_

25、OF_DAY32TOD#12:23:45.12关键字关键字长度长度(位位)该类型的常数举例该类型的常数举例复杂数据类型复杂数据类型关键字关键字长度长度(位位)举例举例DATE_AND_TIME64DT#97-09-24-12:14:55.0STRING8*(字符个数+2)This is a string(最多254个字符的字符串)SIEMENS ARRAY用户定义 测量值：ARRAY1.20(相同数据类型的元素组)INT STRUCT 用户定义 Motor:STRUCT(不同数据类型的元素组)Speed :INTCurrent:REALEND_STRUCTUDTUDT as block UDT

26、 as array element(用户定义数据类型=用户定义 基本或复杂数据类型组成的 STRUCT Drive:ARRAY1.4模板）Speed:INT UDT1 Current:REAL END_STRUCT 程序块类型程序块类型故障FBFBFBFCSFCSFBFB 带背景数据块阴影:OB组织块组织块循环定时过程OB=组织块FB=功能块FC=功能SFB=系统功能块SFC=系统功能 操作系统3.5 程序结构程序结构 块类型块类型 特性特性 组织块 -操作系统和用户程序的接口(OB)-各层次的优先级(1 26)-局部数据堆栈中的特殊启动信息 功能块(FB)-带参数/数据保持-不带参数/数据保

27、持 -不带参数/数据不保持 功能(FC)-只传递一个返回值 (调用时必须分配参数)-数据不保持-可带参数 数据块(DB)-结构化，局部存储(背景 DB)-结构化，全局数据存储 (在整个程序中均有效)用户定义的块用户定义的块用户块包括用户块包括组织块、功能块、功能组织块、功能块、功能和和数据块数据块。组织块（组织块（OBOB）组织块是操作系统和用户程序之间的接口。组织块是操作系统和用户程序之间的接口。组织块只能由操作系统来启动。各种组织块由不组织块只能由操作系统来启动。各种组织块由不同的事件启动，且具有不同的优先级，而循环执同的事件启动，且具有不同的优先级，而循环执行的主程序则在组织块行的主程序

28、则在组织块OB1OB1中。中。注意：各种块（除组织块外）的数目和代码的长度是与CPU不相关的，而组织块的数目则与CPU的操作系统相关。功能块（功能块（FBFB）功能块是通过数据块参数而调用的。它们有一功能块是通过数据块参数而调用的。它们有一个放在数据块中的变量存储区，而数据块是与其个放在数据块中的变量存储区，而数据块是与其功能块相关联的，称为背景数据块。功能块相关联的，称为背景数据块。特点：每一个功能块可以有不同的数据块。这些特点：每一个功能块可以有不同的数据块。这些数据块虽然具有相同的数据结构，但具体数值可数据块虽然具有相同的数据结构，但具体数值可以不同。以不同。功能（功能（FCFC）功能没

29、有指定的数据块，因而不能存储信息。功功能没有指定的数据块，因而不能存储信息。功能常常用于编制重复发生且复杂的自动化过程。能常常用于编制重复发生且复杂的自动化过程。数据块（数据块（DBDB）数据块中包含程序所使用的数据数据块中包含程序所使用的数据。块类型块类型 特点特点 系统功能-存储在CPU的操作系统中(SFC)-用户可以调用此功能（不需要存储器）系统功能块-存储在CPU的操作系统中 (SFB)-用户可以调用此功能 （需要存储器）系统数据块-用于组态数据和参数的数据块(SDB)系统块系统块数据块类型和结构数据块类型和结构数据字节 0 数据字节 81918 位CPU314中块的大小是8K字节 数

30、据块提供的最大存储空间依赖于CPU的型号07调用程序块调用程序块调用程序块调用程序块被调用的块被调用的块(OB,FB,FC)(FB,FC,SFB,SFC)程序执行程序执行调用另一个块的指令块结束 STEP 7为设计程序提供三种方法。基于程序提供三种方法。基于这些方法，可以些方法，可以选择最适合于最适合于你的你的应用的程序用的程序设计方法。方法。线性化线性化模块化模块化结构化结构化线性化编程：所有的指令都在一个块（OB1）内。模块化编程：每个设备的控制指令都在各自的块内。OB1按顺序调用每个块。结构化编程：不同的块调用可重复利用的代码。OB1(或其他块)调用这些块并传递相应的参数。OB1OB1O

31、B1配方 A配方 B混合器排空泵排空3.6 编程方法编程方法线性化编程线性化编程OB1Network 1Network 2Network 3电机控制电机控制信息信息取得操作的小时数取得操作的小时数模块化编程模块化编程电机控制电机控制信息信息取得操作小时数取得操作小时数OB 1FC 1FC 2FC 3主程序 子块程序处理程序处理g调用另一个块的指令块结束 OBFC/FB模块化程序的执行模块化程序的执行结构化编程结构化编程OB 1电机电机 1FC 1电机电机 2FC 1电机电机 3FC 13.7 编程语言编程语言 IEC（国际电工委员会）（国际电工委员会）5种编程语言的表达方式，即种编程语言的表达

32、方式，即顺序功能图（顺序功能图（SFC，Sequential Function chart），梯），梯形图（形图（LAD，Ladder Diagram），功能块图（），功能块图（FBD，Function Block Diagram），指令表（），指令表（Instruction List）和结构文本（和结构文本（ST，Structured Text）。）。STEP 7标准软件包配置了梯形图标准软件包配置了梯形图LAD、语句表（即、语句表（即IEC1131-3中的指令表）中的指令表）STL和功能块图和功能块图FBD三种基本三种基本编程语言，编程语言，STEP 7还有多种编程语言作为可选软件还有多种

33、编程语言作为可选软件包，如包，如CFC，SCL（西门子中的结构文本），（西门子中的结构文本），S7-Graph 和和S7-HiGraph。这些编程语言中，。这些编程语言中，LAD、FBD和和S7-Graph为图形语言，为图形语言，STL、SCL和和S7-HiGraph为文为文字语言，字语言，CFC则是一种结构块控制程序流程图。则是一种结构块控制程序流程图。PLC的编程应该遵循以下基本原则。的编程应该遵循以下基本原则。（1）外部输入、输出、内部继电器（位存储器）、）外部输入、输出、内部继电器（位存储器）、定时器、计数器等器件的触点可多次重复使用。定时器、计数器等器件的触点可多次重复使用。（2）梯

34、形图每一行都是从左侧母线开始，线圈接在）梯形图每一行都是从左侧母线开始，线圈接在最右边，触点不能放在线圈的右边。最右边，触点不能放在线圈的右边。（3）线圈不能直接与左侧母线相连。）线圈不能直接与左侧母线相连。（4）同一编号的线圈在一个程序中使用两次及以上）同一编号的线圈在一个程序中使用两次及以上（称为双线圈输出）容易引起误操作，应尽量避免双（称为双线圈输出）容易引起误操作，应尽量避免双线圈输出。线圈输出。3.8 PLC的编程原则的编程原则（5）梯形图程序必须符合顺序执行的原则，从左）梯形图程序必须符合顺序执行的原则，从左到右，从上到下地执行，如不符合顺序执行的电路到右，从上到下地执行，如不符合顺序执行的电路不能直接编程。不能直接编程。（6）在梯形图中串联触点、并联触点的使用次数）在梯形图中串联触点、并联触点的使用次数没有限制，可无限次地使用。没有限制，可无限次地使用。