西门子PLC基础知识.ppt

plc基础知识介绍,一、西门子plc概述二、s7-300/400系列plc硬件介绍三、plc基础知识四、s7-300/400梯形图指令介绍五、理解和使用梯形图指令,一、西门子plc概述,1.1什么是plc？plc是英文programmablelogiccontroller的缩写，中文名叫可编程(序)控制器，人们还是比较习惯叫plc。plc的最大特点是，用户可以编写程序，实现各种控制功能。plc最广泛使用的编程语言叫梯形图（lad），与电气原理图有些相似，是一种电气工程师比较容易学习和掌握的语言。plc的另一个特点是，它具有目前工业控制的标准i/o接口。这些i/o接口包括：开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出，以及rs-232/485/422串口通讯、dp通讯、工业以太网通讯等。目前，国内外有众多的plc生产厂家。西门子公司的simatics7可编程控制器系列产品是目前众多品牌plc产品中的佼佼者，它在国内外市场上占有很大的份额。其系列plc产品中包括：微型系列(s7-200)、较低性能系列(s7-300)和中/高性能系列(s7-400)。,s7-200系列plc，计算机使用step7-micro/win32编程软件，编写用户程序；计算机与plc连接通讯使用pc/ppi编程电缆。s7-300/400系列plc，计算机使用step7_v5.x编程软件，编写用户程序；计算机与plc连接通讯可以使用pc/mpi编程电缆或通过dp接口卡（cp5611、cp5613等）或以太网等多种方式。1.2plc的组成plc一般由i/o信号点，通讯接口，以及执行指令的cpu和存放指令数据的存储器等组成。小型的plc一般为整体式结构，即上述元素集中在一个整体的产品中，单独就可以应用于某些小型的控制系统中，而且必要时也可以扩展模块；大、中型的plc一般都为模块化结构，如cpu模块、通讯模块、i/o信号模块等等。什么是i/o信号呢？在plc系统中，信号分为数字量（digital）和模拟量（analog）两类。数字量又叫开关量，它只能表示两种状态；,从plc的外部接口来看，表示有电压信号或者没有电压信号这两种情况，反映到plc内部时，表示为“1”或者“0”这两种状态。模拟量是指用一个连续变化的电流或电压信号，来线性表示某个连续变化的参数，如温度、压力、液位等等。根据信号的流动方向，plc接入外部设备输出的信号，叫输入（input）；plc输出信号到外部设备，叫输出（output）。i/o信号是指，输入和输出两个方向、数字量和模拟量两种信号的组合，即数字量输入di、数字量输出do、模拟量输入ai、模拟量输出ao。,1.3plc的工作原理plc系统中的软件可以分为系统软件和用户程序两部分。系统软件相当于个人电脑的操作系统，它的功能包括：完成plc自我诊断、与i/o模块交换数据、与编程器等外部设备的通讯以及执行用户程序等。plc系统软件总是周期性地执行上述这些功能，因此用户程序也是周期性地被“扫描”，这个时间一般在几毫秒到一百多毫秒之间，并非固定不变，而是与cpu的性能、期间执行的用户程序指令数量及通讯的数据量等因素有关。事实上，plc的所有i/o信号点，对于plc来说都是“平等”的，互相之间不存在任何的逻辑关系。现实的控制系统，信号之间存在各种复杂的逻辑关系；在plc中，就要通过用户程序来体现这种关系。用户通过编写plc程序，可以实现各种复杂的控制，如顺序控制、条件控制、pid闭环控制等等。,二、s7-300/400系列plc硬件介绍,21、s7-300概述,针对不同低性能要求的模块化中小型控制系统；不同档次的cpu；可选择不同类型的扩展模块；可以扩展多达32个模块；网络连接：多点接口(mpi)profibus-dp或ethernet接口；通过编程器pg访问所有的模块；借助于step7中的“hwconfig“工具可以进行组态和设置参数。,存储器卡：为存储器卡提供一个插槽。当发生断电时利用存储器卡可以不需要电池就保存程序。电池盒：在前盖下有一个装锂电池的空间，当出现断电时锂电池用来保存ram中的内容。mpi接口：用mpi接口连接到编程设备或其它设备dp接口：分布式i/o直接连接到cpu的接口。,模式选择器：mres:模块复位功能，清除用户的块(包括硬件组态）；stop:停止模式，程序不执行；run:程序执行，编程器只读操作；run-p:程序执行，编程器读写操作；状态指示器：sf(led):组错误，cpu内部错误或带诊断功能模块错误batf:电池故障，电池不足或不存在dc5v:5vdc电压指示force:指示至少有一个输入或输出被强制run:当cpu启动时闪烁，在运行模式下常亮stop:在停止模式下常亮、有存储器复位请求时慢速闪烁、正在执行存储器复位时快速闪烁、由于存储器卡插入需要存储器复位时慢速闪烁,技术数据：s7-300cpu家族支持一个通用的指令集和寻址方法。上面的数据显示了s7-300cpu312cpu315最重要的技术规范。程序块的数目：程序块数目的差别是：(fb,fc,db).cpu312cpu313/314/31532fb128fb32fc128fc63db127dbfb：功能块；fc：功能调用；db：数据块。输入/输出：对cpu312/313，只能有1层组态。机架组态：对cpu314/315，可以支持4层组态。信号模块(sm)：数字量输入模块：24vdc，120/230vac；数字量输出模块：24vdc，继电器；模拟量输入模块：电压，电流，电阻，热电偶；模拟量输出模块：电压，电流。,接口模块(im)：im360/im361和im365可以用来进行多层组态，它们把总线从一层传到另一层。占位模块(dm)：dm370占位模块为没有设置参数的信号模块保留一个插槽。它也可以用来为以后安装的接口模块保留一个插槽。功能模块(fm)：执行“特殊功能”：计数；定位；闭环控制等。通讯处理器(cp)：提供以下的连网能力：点到点连接；profibus；工业以太网。,于中等到高级性能要求的强大的plc；有不同档次的cpu；可以选择不同的模块；可以扩展多达300个模块；背板总线集成在模块内；联网接口：多点接口(mpi)，profibus或工业以太网；通过中央编程器连接到所有的模块；没有插槽限制；借助于step7中的“hwconfig”工具可以进行组态和设置参数；多处理器计算(在中央机架上可以使用多达4个cpu)。,2、s7-400概述,选择器mres:模块复位，清除用户的块（包括硬件组态）sotp:停止模式，不执行程序且除出禁止run：程序执行，编程器只读访问rup:程序执行，编程器读写访问,启动类型开关：crst:用模式选择器启动cpu时，执行一个全启动（冷启动）；wrst:用模式选择器启动cpu时，执行一个全启动（热启动）；ext-batt:外部的电池电源(当更换电源时，该dc515v电池电源给ram提供备用电源)；mpi连接:通过mpi接口连接到编程器或其它设备；,dp接口：413-2dp、414-2dp、416-2dp和417-2dpcpu带有直接连接分布式i/o的集成dp接口。存储器卡插槽：在s7-400cpu上，根据需要可以插入一个ram或快闪eprom卡作为外部装载存储器：ram卡的容量有：64k字节，256k字节，1m字节，2m字节；ram卡的内容利用cpu模块上的电池保持；快闪eprom卡的容量有：64k字节，256k字节，1m字节，2m字节，4m字节，8m字节，16m字节；这些内容备份到集成的eeprom。硬件中断：如果有来自支持硬件中断的i/o模块的中断发生，系统就执行相应的硬件中断ob块。对于s7-400是ob40ob47,同步故障中断：一旦操作系统检查到执行程序存在错误，例如,非正确的操作，操作系统把此错误保存到i堆栈，然后启动同步故障ob块：ob121和ob122(和中断组织块具有相同的优先级)。用户在此ob级可以操作累加器（accu）和寄存器，可以修改和访问它们。一旦ob121（编程错误）和ob122（寻址错误）处理结束，用户程序接着从中断位置处执行。异步故障中断：(ob80,ob81,ob82,ob83,ob84,ob85,ob86,ob87)如果操作系统检查到不是由用户程序造成的运行时间错误，就执行相应的ob块。例如，一旦循环扫描超时，就执行ob80。局部数据：局部数据是s7-cpu操作系统可以使用的存储器区。此区的大小依赖于cpu的型号。对于s7-400cpu可以对每个执行级（ob级）可以规定局部数据区的大小。,局部数据所谓的暂时存储器。它们应该通过符号进行访问，由操作系统来组织局部数据。l#局部变量如果一级的局部变量区使用完，操作系统转换到停机状态。在诊断缓冲区中，可以查看局部堆栈溢出信息。块长度：用户应保证所有块的最大长度为64k字节以内,这样在整个块范围内允许跳转。信号模块(sm)：数字量输入模块：24vdc，120/230vac；数字量输出模块：24vdc，继电器；模拟量输入模块：电压、电流、电阻、热电偶；模拟量输出模块：电压、电流；,接口模块(im)：im460、im461、im463和im467接口模块提供不同机架之间的连接：ur1(通用机架)插18个模块；ur2(通用机架)插9个模块；er1(扩展机架)插18个模块；er2(扩展机架)插9模块.；功能模块(fm)：执行“特殊功能”：计数；定位；闭环控制等等。通讯处理器(cp)：提供如下的联网能力：点到点连接；profibus；工业以太网,plc也可以说是计算机的一种，因为它也有中央处理器（cpu），也有使用intel80 x系列的处理器；它也有内存，也需要软件。plc与普通的单片机系统相比，它的操作系统是专为执行与plc有关的指令而设计，并且定义了一些与plc有关的特殊存储区域；它的外围电路增加了一些专为工业控制而设计的标准接口。因此，有关计算机的一些普遍知识，在学习plc时是非常必需的；有了计算机的普遍知识，或者说有了计算机的基础知识，在学习plc时就会得心应手，事半功倍。3.1、数制在我们日常生活中，一般都使用十进制，十进制是由0，1，2，3，4，5，6，7，8，9这十个基本数据组成；在计算机里，那就是二进制的世界了，二进制由0和1这两个基本数字组成。二进制书写不方便，输入计算机也不方便，于是出现了十六进制。十六进制数，通常在数字前面（或后面）加上hex，或h来表示。十进制数,通常在数字前面（或后面）。加d来表示。,三、plc基础知识,二进制数，有时也称它为bool量。通常在前面（或后面）加b。用一位十六进制数，可以表示四位二进制数，它们之间存在一一对应的关系。如下表：,3.2、基本数据类型在计算机里任何的文字、数据、声音、图片等等，都是用二进制来表示的。当今的计算机，只认识0和1。因为二进制在电子电路上容易实现，二进制的一个位只有两种状态，只要用两种电平（高电平和低电平）就可以表示。事实上，现在的计算机就是通过各种集成电路，实现二进制的数据存储，运算，传送等等指令。,根据二进制数的位数不同，形成了以下四种基本数据类型：位、字节、字、双字。3.2.1、位（bit）一位二进制数叫一个位，或一个“比特”(音译)，英文叫bit，它仅能表示0和1两种状态。在逻辑推理上，当条件满足时，结果为“真（true）”；当条件不满足时，结果为“假（false）”；仅此两种情况。因此，在计算机里，用一个位，来表示一个逻辑条件或者逻辑运算的结果。在西门子公司的step7中，二进制的1和true是通用的，都是用来表示真或条件成立；二进制的0和false是通用的，都是用来表示假或条件不成立。在电气电路中，各种开关的触点具有闭合和断开两种状态；继电器的线包有得电和失电两种状态。因此，plc中就用位来模拟继电器“0”表示常开触点不通，常闭触点通，线包失电；“1”表示常开触点通，常闭触点不通，线包得电。,在s7-300/400系列plc的存储器中，存储器区域i、q、m、db块，都可以以“位”的形式访问。存储器是以字节作为最小的存储分配单元，位的地址是以存储区域名加字节的地址再加上位在字节中的序号来表示。如i0.0、q4.0、m7.7、db1.dbx0.0等，它们属于bool类型。在计算机里，位是表示信息的最小单位，位可以进行读和写，可以与其他位进行逻辑运算。位与位之间的运算，叫逻辑运算，又叫布尔运算。也因此，位的类型叫布尔类型（bool）。逻辑运算分为：与（and）、或（or）、非（not）、异或（xor）四种。以下是四种运算的真值表。,在plc的梯形图程序中，一个常开触点，就是该触点的地址的值与前导的值进行“与运算”，并把结果输出；一个常闭触点，就是先对该触点“非运算”，然再用该结果与前导的值进行“与运算”，并把结果输出；触点与触点串联部分进行“与运算”；触点与触点并联部分进行“或运算”。3.2.2、字节（byte）八个二进制位构成了一个字节(byte)。字节中的8个bit，最左边的是最高位，bit7；最右边的是最低位，bit0。字节是计算机中表示文件大小的基本单位，一个字符就是1个byte，如果是汉字则是2个byte。在s7-300/400的plc中，存储单元按照不同的功能，划分为：输入影像区（i、pi）、输出影像区（q、pq）、中间继电器区（m）、定时器（t）、计数器（c）、用户定义区（db块）、局部数据区（l）。存储区域按字节来分配地址，每个字节分配一个地址，如ib0、qb1、mb10、db1.dbb0等等；地址总是从0开始，连续递增，结束于奇数单元byte也是一种基本的数据类型。在梯形图指令中，只有一条移动（move）指令，可以使用byte类型的常数和变量,3.2.3、字（word）2个byte（16bits）组成一个字（word），word也是一种基本的数据类型。在s7-300/400的plc中，模拟量的输入和输出地址是word类型。梯形图指令中，有逻辑运算、移位指令和移动（move）这三类指令，可以使用word类型的常数和变量。值得注意的是，在s7-300/400的plc中，字的高位字节是地址小的字节，低位字节是地址大的字3.2.4、双字（dword）4个byte（32bits）组成一个双字（dword），dword也是一种基本的数据类型。在s7-300/400的plc中，梯形图指令有逻辑运算、移位指令和移动（move）这三类指令，可以使用dword类型的常数和变量。在s7-300/400的plc中，双字的高位字节是地址小的字节，低位字节是地址大的字节。如id0、qd0、md10、db1.dbd0等。3.2.5、整数（int）整数由2个byte（16bits）组成，其中最高位是符号位，0表示非负数，1表示负数。因此整数的范围是：-3276832767。在s7-300/400的plc中，梯形图指令有整数比较、整数算术运算和类型转换三类指令涉及。,3.2.6、长整数（dint）长整数，或者说双倍整数，由4个byte（32bits）组成，其中最高位是符号位，0表示非负数，1表示负数。因此长整数的范围是：-21474836482147483647。在s7-300/400的plc中，梯形图指令有长整数比较、长整数算术运算和类型转换三类指令涉及。,3.2.7、实数（real）实数又叫浮点数（floating_point），由4个byte（32bits）组成，在s7-300/400的plc中，实数的存储格式采用ieee754-1985标准规定的格式；梯形图指令中有实数比较、实数算术运算和类型转换三类指令涉及。,3.3、变量和常数在计算机指令中，每条指令都会涉及到变量，有的指令会用到常数。常数和变量是两个非常重要的概念。所谓变量，是指某一个存储单元或者是寄存器，它存放的内容是不确定的，是动态的，所以叫“变量”。前面提到的，如i0.0、q4.0、m7.7、db1.dbx0.0等是位类型的变量；如ib0、qb1、mb10、db1.dbb0等是字节类型的变量；如iw0、qw0、mw10、db1.dbw0等是字类型的变量.上述变量有一个共同的特点：它们都是地址变量，它们直接表明了变量的存储区域、存储空间的大小、以及相对的地址。地址变量与现实的信号缺少直观的联系，step7通过符号表，建立起这种联系。所谓符号表，就是一张包含了“信号符号”、地址变量及有关注解的表格。一旦建立了符号表，程序中就可以使用“信号符号”。这种“信号符号”，又叫符号变量。使用符号变量，可以使程序直观易懂。建立符号变量表，在程序编辑时，具有输入提示功能，方便用户。,step7中的常量表示方法，规定如下：位：布尔类型（bool），0或false，1或true；字节：进制法为16#0016#ff；十进制法为0255；字：16进制法为16#000016#ffff；十进制法为065535；整数：十进制法为-3276832767；双字：16进制法为16#0000000016#ffffffff；十进制法为04294967295；长整数：十进制法为l#-21474836482147483647；浮点数：小数法，如-1.1，5.0等，一般输入时都采用此法；科学计数法，plc系统内部的存储格式，系统自动转换；时间常数：s5t#为前缀，后面跟一个正整数或小数，再跟时间单位，s表示秒；如：s5t#12.5s。,四、s7-300/400梯形图指令介绍,在学习指令之前，要先了解有关plc的存储区域概念。不同品牌的plc，梯形图指令均大同小异，但是，存储区的名字及地址的表示方法却差异很大。,西门子s7-300/400plc的存储区域分为：输入映像区（i或pi）：开关量输入di模块的影射到i区，模拟量输入ai模块影射到pi区；这些是只读区。输出映像区（q或pq）：q区写入与之对应的开关量输出do模块，pq区写入与之对应的模拟量输出ao模块；q区可读/写，pq只写，不可读。位存储区（m）：又叫中间继电器，可读/写。db块：用户定义的数据块，必须先定义后使用，可读/写。t区：计时器名。c区：计数器名。l区：这是局部数据区，上面提到的那些都是全局数据区。所谓全局数据区，就是所有的程序（ob块、fc、fb）都可以访问，而且访问到的是同一个变量；局部数据区则不然，每个独立的ob块、fc、fb块都有一个独立的l区，例如：ob1和fc1中都有l0.0，但它们却不是同一个变量。,l区的变量，是局域变量；在程序进入该块时，到该块结束的过程中，局域变量是稳定的，当程序再次进入时，该局域变量的内容是不可知的，系统可能覆盖了它。除此之外，其他存储区域的变量为全局变量，组织块、功能块、功能均可访问它们，系统不会改变它们的内容。在step7的梯形图指令中，不同类型的常数的格式都有严格的规定。如byte、word和dword类型的常数，在输入时要以“16#”作为前缀，后面跟十六进制的数据；dint类型的数据在输入时要以“l#”作为前缀，后面跟十进制的数据；real类型的数据，在输入时，后面一定要带小数部分，如没有小数部分，则加上“.0”；计时器的时间常数则以“s5t#”为前缀，后面加上ah_bbm_ccs_dddms（表示：几小时_几分_几秒_几毫秒），“s5t#2.5s”表示2.5秒。,梯形图是plc最常用的编程语言，它与电气控制原理图有一点点相似，是比较容易学习和掌握的一种plc编程语言。在step7的梯形图指令中，按照功能特点共分为如下十四大类指令：位逻辑指令、比较指令、类型转换指令、整数运算指令、实数运算指令、移动（赋值）指令、字逻辑运算指令、移位指令、定时器指令、计数器指令、db块调用指令、跳转指令、程序控制指令和（cpu）状态位指令。下面对常见的指令作简单的介绍。4.1、位逻辑指令位逻辑指令说明：指令符号前面的“”，是指令的输入，指令符号后面的“”，是指令的输出。输入和输出都是bool类型，即只有“0”和“1”两种可能。梯形图的左边竖线表示“1”，连接线表示直接传导这个信号，传导是由左向右的。,|常开触点(地址)：本地址位与输入进行“与”运算，结果输出。|/|常闭触点(地址)：对本地址位先“非”，再与输入进行“与”运算，结果输出。()输出线圈(地址)：本地址位等于输入。|not|能流取反：把输入信号，“非”后输出；(s)置位线圈(地址)：如果输入为“1”，本地址位等于“1”。(r)重置线圈(地址)：如果输入为“1”，本地址位等于“0”。(p)rlo上升沿检测：如果输入为“1”，本地址位为“0”，则输出为“1”，否则，输出为“0”。(n)rlo下降沿检测：如果输入为“0”，本地址位为“1”,常用位逻辑指令有：,4.2、比较指令,比较指令说明：指令符号前面的“”，是指令的输入，指令符号后面的“”，是指令的输出。输入和输出都是bool类型，即只有“0”和“1”两种可能。当比较指令输入为“1”时，且in1和in2的比较，结果符合条件，输出为“1”，否则，输出为“0”。in1和in2必须是相同的数据类型，比较的条件分为六种：等于、不等于、大于、小于、大于等于、小于等于。根据比较的数据类型，分为：整数比较、双整数比较和实数比较三大类。它们的符号如下：,cmp