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PLC 应用技术讲义 周跃远 第一章 可编程控制器概述 可编程控制器 Progrmmable Controller 是以微处理器为基础 综合了 计算机技术 自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一 种新型工业自动控制装置 是将计算机技术应用工业领域的新产 品 早期的可编程控制器主要用来替代继电器实现逻辑控制 因此 称作可编程逻辑控制器 简称 PLC 随着技术的发展 现代可编程控 制器的功能已经超过了逻辑控制的范围 1 1 PLC 的产生和定义 1 1 1 产生 产生 可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器 PLC 产生于产生于 1969 年 最初只具备逻辑控制 定时 计数等功能 主要是用来取代继电接触器控制 年 最初只具备逻辑控制 定时 计数等功能 主要是用来取代继电接触器控制 现在所说的可编程序控制器现在所说的可编程序控制器 PC Programmable Controller 是 是 1980 年以来 美 日 德等国由先前的可编程序逻辑控制器年以来 美 日 德等国由先前的可编程序逻辑控制器 PLC 进一 步发展而来 进一 步发展而来 1985 年 国际电工委员会年 国际电工委员会 IEC 对可编程序控制器作了如下规定 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为工业环境下 应用而设计 对可编程序控制器作了如下规定 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为工业环境下 应用而设计 1 1 2 发展 发展 1 发展及现状发展及现状 2 发展趋势发展趋势 1 与计算机联系密切 与计算机联系密切 2 发展多样化 发展多样化 3 模块化 模块化 4 网络与通信能力增强 网络与通信能力增强 5 多样化与标准化 多样化与标准化 6 工业软件发展迅速 工业软件发展迅速 组态软件与组态软件与 PLC 软件化软件化 1 1 3 特点 特点 1 可靠性高可靠性高 2 功能强大功能强大 3 简单方便 简单方便 1 1 4 分类 分类 1 从结构上可分为从结构上可分为 整体式整体式 基本单元基本单元 扩展单元扩展单元 微型和小型微型和小型 PLC 一般为整体式一般为整体式 如如 S7 200 系列系列 模块式模块式 由一些模块单元构成由一些模块单元构成 如如 CPU 模块等模块等 目前大 中型采用这 种结构 目前大 中型采用这 种结构 S7 300 400 2 从规模上按从规模上按 PLC 的输入输出点数可分为的输入输出点数可分为 小型 小型 256 点以下点以下 中型 中型 256 1024 点点 大型 大型 2048 点以上点以上 1 1 5 应用 应用 1 工业工业 1 开关量控制 如逻辑 定时 计数 顺序等 开关量控制 如逻辑 定时 计数 顺序等 2 模拟量控制 部分 模拟量控制 部分 PLC 或功能模块具有或功能模块具有 PID 控制功能 可实现控制功能 可实现 过程控制 过程控制 3 监控 用 监控 用 PLC 可构成数据采集和处理的监控系统 可构成数据采集和处理的监控系统 4 建立工业网络 为适应复杂的控制任务且节省资源 可采用单 级网络或多级分布式控制系统 建立工业网络 为适应复杂的控制任务且节省资源 可采用单 级网络或多级分布式控制系统 2 其他行业其他行业 可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛 在国防和民用 如 建筑 环保 家用电器等 可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛 在国防和民用 如 建筑 环保 家用电器等 1 2 PLC 的结构和和工作原理的结构和和工作原理 1 2 1 结构 结构 PLC专为工业场合设计 采用了典型的计算机结构 主要是由专为工业场合设计 采用了典型的计算机结构 主要是由CPU 电源 存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成 图 电源 存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成 图 2 1 为一 典型 为一 典型 PLC 结构简图 结构简图 CPU 存储器 电源部分 输 入 单 元 输 出 单 元 编程器或其他设备 按钮 接触器 电磁阀 指示灯 行程开关 继电器触点 各结构单元说明如下 1 中央处理单元中央处理单元 中央处理单元 中央处理单元 CPU 一般由控制器 运算器和寄存器组成 这些 电路都集成在一个芯片上 一般由控制器 运算器和寄存器组成 这些 电路都集成在一个芯片上 CPU 的主要功能 的主要功能 1 从存储器中读取指令 从存储器中读取指令 2 执行指令 执行指令 3 顺序取指令 顺序取指令 4 处理中断 处理中断 2 存储器存储器 1 只读存储器 只读存储器 ROM 用来存放 用来存放 PLC 的系统程序的系统程序 2 随机存储器 随机存储器 RAM 用户可用编程装置读写 用户可用编程装置读写 RAM 中的内容 是 易失性存储器 可用锂电池保存内容 中的内容 是 易失性存储器 可用锂电池保存内容 2 5 年 年 PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器 的存储器包括系统存储器和用户存储器 系统存储器存放厂家编写的系统程序 并固化在系统存储器存放厂家编写的系统程序 并固化在 ROM 中 其内容 包括 中 其内容 包括 1 系统管理程序 系统管理程序 2 用户指令解释程序 用户指令解释程序 3 标准程序模块与系统调用 标准程序模块与系统调用 用户程序包括 用户程序包括 程序区 存放用户针对控制任务用编程语言编写的各种程序程序区 存放用户针对控制任务用编程语言编写的各种程序 数据区数据区 用来存放用户程序中所使用的器件的状态和数值 数据 用来存放用户程序中所使用的器件的状态和数值 数据 3 输入输出单元输入输出单元 1 输入接口电路 输入接口电路 2 输出接口电路 输出接口电路 通常通常 PLC 的输入类型可以是直流 交流和交直流 输入电路的电 源可由外部供给 有的也可由 的输入类型可以是直流 交流和交直流 输入电路的电 源可由外部供给 有的也可由 PLC 内部提供 图内部提供 图 2 2 和图和图 2 3 分别 为一种型号 分别 为一种型号 PLC 的直流和交流输入接口电路的电路图 采用的是的直流和交流输入接口电路的电路图 采用的是 外接电源 外接电源 图图 2 2 描述了一个输入点的接口电路 其输入电路的一次电路与二 次电路用光耦合器相连 当行程开关闭合时 输入电路和一次电路 接通 上面的发光管用于对外显示 同时光耦合器中的发光管使三 极管导通 信号进入内部电路 此输入点对应的位由 描述了一个输入点的接口电路 其输入电路的一次电路与二 次电路用光耦合器相连 当行程开关闭合时 输入电路和一次电路 接通 上面的发光管用于对外显示 同时光耦合器中的发光管使三 极管导通 信号进入内部电路 此输入点对应的位由 0 变为变为 1 即 输入映像寄存器的对应位由 即 输入映像寄存器的对应位由 0 变为变为 1 内 部 电 路 COM 输入1 输入 n 图 2 2 内 部 电 路 COM 输入1 输入n 图 2 3 PLC 的输出接口电路通常有三种类型的输出接口电路通常有三种类型 继电器输出型 晶体管输出 型 晶闸管输出 每种输出电路电气隔离技术 电源由外部提供 输出电流一般为 继电器输出型 晶体管输出 型 晶闸管输出 每种输出电路电气隔离技术 电源由外部提供 输出电流一般为 0 5 2A 图 图 2 4 和图和图 2 5 2 6 为一种为一种 PLC 的常见的常见 形式形式 4 电源部分电源部分 把外部电源变换成系统内部各单元把外部电源变换成系统内部各单元 电源的性能直接影响电源的性能直接影响 PLC 的抗干扰能力的抗干扰能力 掉电保护电路掉电保护电路 后备电池电源后备电池电源 PLC 一般使用一般使用 220V 的交流电源 内部的开关电源为的交流电源 内部的开关电源为 PLC 的中 央处理器 存储器等电路提供 的中 央处理器 存储器等电路提供 5V 12V 24V 等直流电源使等直流电源使 PLC 正常工作正常工作 5 扩展接口扩展接口 用于将扩展单元及功能模块与基本单元相连用于将扩展单元及功能模块与基本单元相连 6 通信接口通信接口 PLC 配有多种通信通信接口配有多种通信通信接口 PLC 通过这些通信接口可以与监示 器 打印机和其它的 通过这些通信接口可以与监示 器 打印机和其它的 PLC 或计算机相连或计算机相连 1 2 2 工作原理 工作原理 1 循环扫描循环扫描 PLC 采用循环扫描工作方式 这个工作过程一般包括五个阶段 内部处理 与编程器等的通信处理 输入扫描 用户程序执行 输 出处理 其工作过程如图 采用循环扫描工作方式 这个工作过程一般包括五个阶段 内部处理 与编程器等的通信处理 输入扫描 用户程序执行 输 出处理 其工作过程如图 2 7 所示 所示 图图 2 4 中当中当 PLC 方式开关置于方式开关置于 RUN 运行 时 执行所有阶段 当方式开关置于 运行 时 执行所有阶段 当方式开关置于 STOP 停止 时 不执行后 停止 时 不执行后 3 个阶段 此时可进 行通信处理 如对 个阶段 此时可进 行通信处理 如对 PLC 联机或离线编程 联机或离线编程 内部处理 通信处理 输入扫描 执行用户程序 输出处理 RUN 方式 否 是 开 始 图 2 7 可编程序控制器的输入处理 执行用户程序和输出处理过程的原 理如图 可编程序控制器的输入处理 执行用户程序和输出处理过程的原 理如图 2 8 所示 所示 PLC 执行的五个阶段 称为一个扫描周期 执行的五个阶段 称为一个扫描周期 PLC 完成一个周期后 又重新执行上述过程 扫描周而复始地进行 完成一个周期后 又重新执行上述过程 扫描周而复始地进行 按钮 接触器 按钮 输入电路 输 入 映 象 寄 存 器 输 出 映 象 寄 存 器 输出电路 程序执行 图图 2 8 1 2 3 PLC 的编程编程语言和程序结构 1 2 3 1 PLC 的编程语言 PLC 为用户提供了完整的编程语言 以适应编制用户程序的需 要 PLC 提供的编程语言通常有以下几种 1 梯形图 2 语句表 3 顺序功能流程图 4 功能块图 下面以西门子 S7 200 系列 PLC 为 例加以说明 1 梯形图 LAD 梯形图 Ladder 编程语言是从继电器控制系统原理图上演变而 来 PLC 的梯形图与继电器控制系统梯形图的基本思想是一致 的 只是在使用符号和表达方式上有一定的区别 图 3 1 是梯形图的例图 左右两条竖线称为母线 母线之间 是触点的逻辑连接和线圈的输出 图 3 1 梯形图的一个关键的概念是 能流 这只是概念上的能流 可以把左边的母线假想为电源的 火线 而把右边的母线假想 为电源的 零线 如果有 能流 从左至右流向线圈 则线圈 被驱动 如果没有 能流 则线圈不能被驱动 能流可以通过被激励的常开接点和未被激励的常闭接点自左 向右流 能流 在任何时侯都不会通过接点自右向左流 要强调的是 引入 能流 的概念只是为了和继电接触器系 统相比较 对梯形图有一个认识 其实 能流 在 PLC 的梯形 图中是不存在的 有的 PLC 编程软件中梯形有两条母线 但大多数编程软件只 保留左边的母线 在梯形图中触点只代表输入的条件 线圈只 代表逻辑输出的结果 对 S7 200 来说 还有一种输出 指 令盒 它代表附加的指令 如定时器 功能指令等 梯形图语言简单明了 易于理解 是所有编程语言的首选 2 语句表 STL 语句表 Statements List 类似于计算机的助记符语言 它是 PLC 最基础的语言 所谓语语句表编程 是用几个容易记忆的 字符来代表 PLC 的某种操作功能 下图 3 2 是一个程序例子 一般来说 语句表编程适合于有经验的程序员使用 3 功能块图功能块图 FBD 功能块图 功能块图 Function Bloock Diagram 的图形结构与数字电 子电路的结构极为相似 如下图 的图形结构与数字电 子电路的结构极为相似 如下图 3 3 所示 所示 图 3 3 4 顺序功能功能流程图 SFC 顺序功能功能流程图编程是一种图形化的编程方法 使用它 可以对具有并发 选择等复杂结构的系统进行编程 许多 PLC 都提供了用于 SFC 编程的专用指令 图例如下页 S1 S2 S8 S3 T0 S S T8 T3 T2 T1 S T9 1 2 3 2PLC 的程序结构 控制一个任务或过程 是在 RUN 方式下 使主机循环扫描并 执行用户编写的程序来实现的 用户的程序决定了控制系统的功 能 PLC 的程序有三部分组成 用户程序 数据块和参数块 1 用户程序 用户程序是必选项 用户程序在存储器空间中也称为组织块 它处于最高层次 可以管理其它块 它是用各种语言编写的用 户程序 不同的 PLC 其程序空间容量也不同 用户程序的结构 比较间单 一个完整的用户程序应当包含一个主程序 若干个 子程序和若干个中断程序三大部分程序 程序结构如图所示 程序 中断程序2 子程序2 主程序 中断程序1 子程序m 子程序1 中断程序n 2 数据块 数据块为可选部分 主要存放控制程序运行所需的数据 3 参数块 参数块也是可选部分 它存放的是 PLC 的组态数据 如果编 程软件上未进行模块的组态 则系统以默认值进行自动配置 第二章 S7 200 系列 PLC 的硬件系统及内部资源 本章以西门子公司生产的本章以西门子公司生产的 S7 200 系列小型可编程序控制器为 例 介绍具体型号的 系列小型可编程序控制器为 例 介绍具体型号的 PLC 内容包括 内容包括 l S 系列系列 PLC 发展概述发展概述 l S7 200 可编程序控制器的系统组成可编程序控制器的系统组成 l 编程元件及程序知识编程元件及程序知识 l 相关设备相关设备 l 常用工业软件常用工业软件 2 1 概述 德国的西门子 德国的西门子 SIEMENS 公司是欧洲最大的电子和电气 设备制造商 生产的 公司是欧洲最大的电子和电气 设备制造商 生产的 SIMATIC 可编程序控制器在欧洲处于 领先地位 其第一代可编程序控制器是 可编程序控制器在欧洲处于 领先地位 其第一代可编程序控制器是 1975 年投放市场的年投放市场的 SIMATIC S3 系列的控制系统 系列的控制系统 在在 1979 年 微处理器技术被应用到可编程序控制器中 产生 了 年 微处理器技术被应用到可编程序控制器中 产生 了 SIMATIC S5 系列 取代了系列 取代了 S3 系列 之后在系列 之后在 20 世纪末又 推出了 世纪末又 推出了 S7 系列产品 系列产品 最新的最新的 SIMATIC 产品为产品为 SIMATIC S7 M7 和和 C7 等几大系 列 等几大系 列 2 2 S7 200 系列 PLC 的硬件系统 2 2 1 硬件系统基本构成 S7 200PLC 硬件系统的配置方式采用基本单元 扩展单元 方式 即主机包含一定的输入 输出 I O 点同时还可以扩展 I O 模块和各种功能模块 一个完整的系统如下图 1 基本单元 有时又称作CPU模块或称做主机 它包括CPU 存储器 I O 点和电源等 可以单独完成一定的控制任务 2 扩展单元 主机 I O 点数量不能满足控制系统的要求时 用户可以根据需要扩展各种 I O 模块 3 特殊功能模块 需要完成某些特殊功能控制任务时需要扩 展功能模块 2 2 2 主机的结构及性能特点 1 主机外型 SIMATIC S7 200 系统系统 CPU 22X 系列系列 PLC 主机 主机 CPU 模块 的外形如图 模块 的外形如图 CPU22 系列是 21 世纪投放市场的共有五种产品 1 CPU221 它有 6 输入 4 输出 I O 计划内 10 点无扩展能 力 2 CPU222 它有8输入 6输出I O计14点可以进行一定的 模拟量扩展和两个模块的扩展 3 CPU224 14 输入 10 输出 I O 计 24 点它可以有 7 个扩 展模块 4 CPU224XP 这是最新推出的一种实用机型比例尺 224 增 填 2 入 1 出的模拟量单元和一个通信口 5 CPU226 它有 24 入 16 出 I O40 点且增加了通信口 状态显示 通信口 顶部端子盖 电 源及输出端子 前盖 方式开关 电位器 扩展I O连接 底部端子盖 输入端子 传感器电源 存储器卡 2 CPU 的主要特点和技术规范 4 种种 CPU 各有晶体管输出和各有晶体管输出和 8 继电器输出两种类型 具有不 同电源电压和控制电压 各类型的型号如表 继电器输出两种类型 具有不 同电源电压和控制电压 各类型的型号如表 3 1 所示 所示 SIMATIC S7 200 系统系统 CPU 22X 系列系列 PLC 主机及主机及 I O 特性如 表 特性如 表 3 2 所示 所示 3 存存储系统 1 存储系统 存储系统 如下图所示 如下图所示 2 存储器及使用 存储器及使用 3 存储安全 存储安全 个人计算机 存储器卡 用户程序 CPU 组态 V 存储器 M 存储器 用户程序 CPU 组态 V 存储器 M 存储器 定时器和计 数器当前值 CPU RAM EPROM 存储系统 存储器的容量 3 存储安全 存储安全 1 主机 主机 CPU 模块内部配备的模块内部配备的 EEPROM 上装程序时 可自动装 入并永久保存用户程序 数据和 上装程序时 可自动装 入并永久保存用户程序 数据和 CPU 的组态数据 的组态数据 2 用户可以用程序将存储在 用户可以用程序将存储在 RAM 中的数据备份到中的数据备份到 EEPROM 存储 器 存储 器 3 主机 主机 CPU 提供一个超级电容器 可使提供一个超级电容器 可使 RAM 中的程序和数据在 断电后保持几天之久 中的程序和数据在 断电后保持几天之久 4 CPU 提供一个可选的电池卡 可在断电后超级电容器中的电量 完全耗尽时 继续为内部 提供一个可选的电池卡 可在断电后超级电容器中的电量 完全耗尽时 继续为内部 RAM 存储器供电 以延长数据所存的时 间 存储器供电 以延长数据所存的时 间 5 可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份 和装载程序和数据 可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份 和装载程序和数据 2 3 S7 200 系列 PLC 的内部资源及寻址方式 2 3 1 软元件 1 软继电器 用户使用的 PLC 中的每一个输入 输出 内部存储单元 定时器 和计数器等都称为软元件 各元件有其不同的功能 有固定的地址 软元的数量决定了可编程控制器的规模和数据处理能力 软元件是 PLC 内部的具有一定功能的器件 这些器件实上是由 电子电路和寄存器及存储器单元等组成 例如 输入继电器是由输 入电路和映象寄存器组成 它具有继电器的特性 但没有机械性的 触点为了把这些元器件与传统的电气控制电路中的继电器区分开 来 我们把它们称作软继电器 这些继电器的最大特点是其触点可 以无限次的使用 编程时 用户只要记住这些软继电器的地址既可 每一软继电器 都有一个地址与之相对应 软继电器的地址编排区域号 区域内编 号的方法 分别用 I Q T C M SM 等来表示 2 3 2 软继电器介绍 2 各元件介绍 各元件介绍 输入继电器 输入继电器 I 在每个扫描周期的开始 在每个扫描周期的开始 PLC 对各输入点进行 采样并把采样值送到输入映象寄存器 对各输入点进行 采样并把采样值送到输入映象寄存器 PLC 在接下来的本个周期的 各个 在接下来的本个周期的 各个 阶段不再改变输入到映象寄存器中的值 直到下一个输入采阶段不再改变输入到映象寄存器中的值 直到下一个输入采 样新值样新值 输出继电器 输出继电器 Q 在每个扫描周期的输入采样 程序执行等阶段 并不把输出结果信号直接送到输出外部继电器 而是输出映象寄存 器 只有每个扫描周期的末尾才将输出映象寄存器中的结果值几乎 同时送给输出锁存器 对输出点进行刷新 在每个扫描周期的输入采样 程序执行等阶段 并不把输出结果信号直接送到输出外部继电器 而是输出映象寄存 器 只有每个扫描周期的末尾才将输出映象寄存器中的结果值几乎 同时送给输出锁存器 对输出点进行刷新 通用辅助继电器 通用辅助继电器 M 主要起逻辑控制作用 类似于继电控制系 统中的中间继电器 主要起逻辑控制作用 类似于继电控制系 统中的中间继电器 特殊标志继电器 特殊标志继电器 SM 有些辅助继电器具有特殊功能 用户可 以通过设置某些特殊继电器的位来使设备实现某种特殊功能 如 有些辅助继电器具有特殊功能 用户可 以通过设置某些特殊继电器的位来使设备实现某种特殊功能 如 SM0 1 首次扫描时值为首次扫描时值为 1 以后为 以后为 0 常用来对程序初始化常用来对程序初始化 变量存储器 变量存储器 V 存放程序执行过程中的中间结果 进行数据处理 时经常用 存放程序执行过程中的中间结果 进行数据处理 时经常用 局部变量存储器 局部变量存储器 L 含义同变量存储器含义同变量存储器 顺序控制继电器 顺序控制继电器 S 顺序控制继电器用在顺序控制或步进控制中 也称状态器 顺序控制继电器用在顺序控制或步进控制中 也称状态器 计数器 计数器 C 用来累计输入脉冲的个数用来累计输入脉冲的个数 定时器 定时器 T 累计时间增量 累计时间增量 模拟量输入映像寄存器 模拟量输入映像寄存器 AI 模拟量输出映像寄存器 模拟量输出映像寄存器 AQ 高速计数器 高速计数器 HC 累加器 累加器 AC s7 200PLC 提供提供 4 个个 32 位累加器 分别为位累加器 分别为 AC0 AC1 AC2 AC3 累加器是用来暂存数据的寄存器 它可以用来 存放数据 也可用来向了程序传递参数 使用时只表示出累加器的 地址编号 如 累加器是用来暂存数据的寄存器 它可以用来 存放数据 也可用来向了程序传递参数 使用时只表示出累加器的 地址编号 如 AC0 累加器可以进行读写两种操作 累加器可以进行读写两种操作 2 3 2 PLC 的寻址方式 1 直接寻址 S7 200PLC 的存储单元按字节进行编址 无论所寻址的是何种 数据类型 通常应指出它所在的存储区域内的字节地址 每个单元 都有惟一的地址 这种直接指出元件名称的寻址方式称为直接寻址 S7 200 将编程元件统一归为存储器单元 存储单元按字节进行编 址 无论所寻址的是何种数据类型 通常应指出它在所在存储区域 和在区域内的字节地址 每个单元都有惟一的地址 地址用名称和 编号两部分组成 元件名称 区域地址符号 如表 将编程元件统一归为存储器单元 存储单元按字节进行编 址 无论所寻址的是何种数据类型 通常应指出它在所在存储区域 和在区域内的字节地址 每个单元都有惟一的地址 地址用名称和 编号两部分组成 元件名称 区域地址符号 如表 3 10 所示所示 1 按位寻址的格式为 按位寻址的格式为 Ax y 必须指定元件名称 字节地址和位号 如图必须指定元件名称 字节地址和位号 如图 3 8 所示 图所示 图 3 8 中中 MSB 表示最高位 表示最高位 LSB 表示最低位 表示最低位 MSB I0 LSB 0 I15 I4 I3 I2 I1 7 6 5 4 3 2 1 I 4 5 I 14 2 字节的位 即位号 元件名称 区域标志 字节地址 位地址与字节地址之间的间隔 CPU 存储储器中位寻址的表示方法 2 特殊器件的寻址格式 存储区内另有一些元件是具有一定功能的器件 不用指出它们的字 节 而是直接写出它们的编号 这类元件包括定时器 计数器 累加 器 其中定时器 计数器均包含两个含义 如 T10 即表示定时器 的位 又表示定时器的定时器的定时值 累加器的数据长度可以是字节 字 或双字 使用时只表示累加器 的编号 如 AC0 数据长度取决于进出累加器的数据类型 3 字节 字 和双字的寻址格式 对字节 字和双字数据直接寻址时需要指明元件名称 数据类型和 存储区域内的首字节地址 如图 以变量存储器 V 为例说明存取 三种数据的格式 2 CPU 存储区域的间接寻址 间接寻址方式是 数据存放在存储器或寄存器中 在指令中只出现 所需数据所在单元的内存地址的地址 存储单元地址的地址又称为 地址指针 这种间接寻址方式与计算机的间接寻址方式相同 间接 寻址在处理内存连续地址中的数据时非常方便 而且可以缩短程序 所生成的代码的长度 使编程更加灵活 间接寻址方式是 数据存放在存储器或寄存器中 在指令中只出现 所需数据所在单元的内存地址的地址 存储单元地址的地址又称为 地址指针 这种间接寻址方式与计算机的间接寻址方式相同 间接 寻址在处理内存连续地址中的数据时非常方便 而且可以缩短程序 所生成的代码的长度 使编程更加灵活 用间接寻址方式存取数据需要作的工作有用间接寻址方式存取数据需要作的工作有 3 种 建立指针 间接存 取和修改指针 下面分别说明这三种工作方式 种 建立指针 间接存 取和修改指针 下面分别说明这三种工作方式 1 建立指针 建立指针 建立指针必须用双字传送指令 建立指针必须用双字传送指令 MOVD 将存储器所要访问的单 元的地址装入用来作为指针的存储器单元或寄存器 装入的是地址 而不是数据本身 格式如下 将存储器所要访问的单 元的地址装入用来作为指针的存储器单元或寄存器 装入的是地址 而不是数据本身 格式如下 例 例 MOVD 而一旦 被复位就保持在断电状态 除非在对它置位 S R 指令可互换次序使用 但由于 PLC 采用扫描工作方式 所以写在 后面的指令具有优先权 如果对计数器定时器复位 则计数器和定时器的当前值被清零 N 的 常数范围为 1 255 S R 的操作数为 I Q M SM T C V S L 3 1 7 RS 触发器指令 RS 触发发器包括两条指令 1 SR 置位优先触发指令 当置位信号 S 复位信号 R 都为 真时 输出为真 2 RS 复位优先触发器指令 当置位信号 S 复位信号 R 都 为真时 输出为假 RS 触发器指令 LAD 格式 SR 指令和 RS 指令的格式如下图 说明 bit 参数用于指定被复位或被置位的逻辑位 如果在 R 端输入的信号状态为 1 在 S 端输入的信号状态为 0 则 RS 复位置位触发器 复位 相反 如果在 R 端输入的 信号状态为 0 在 S 端输入的信号状态为 1 则 RS 复位置位触发器 置位 如果在两个输入端 RLO 均为 1 则顺序优先 触发器置位 在指定 复位置位触发器首先执 行复位指令 然后执行置位指令 以使该地址保持置位状态程序扫 描剩余时间 S 置位 和 R 复位 指令只有在 RLO 为 1 时才执行 RLO 为 0 时对这些指令没有任何作用 并且指令中的指定地址 保持不变 举例 如果输入 I0 0 的信号状态为 1 输入 I0 1 的信号状态为 0 则存储位 M0 0 将被复位 输出 Q4 0 为 0 相反 如果输入 I0 0 的信号状态为 0 输入 I0 1 的信号状态为 1 则存储位 M0 0 将被复位 输出 Q4 0 为 1 如果两个信号状态均为 0 则无 变化 如果两个信号状态均为 1 则由于顺序之故 置位指令优 先 M0 0 置位 Q4 0 为 1 3 1 8 立即指令 立即指令是为了提高 PLC 的响应速度而设置的 它不受 PLC 循环 扫描工作方式的影响 允许输入 输出点进行快速存取 立即指令包括 1 立即触点指令 立即触点指令 2 I 立即输出指令 立即输出指令 3 SI 立即置位指令 立即置位指令 4 RI 立即复位指令 立即复位指令 立即指令的名称和使用说明如下表 立即指令的名称和使用说明表 指令名称 语句表 梯形图 使用说明 立即取 LDI bit 立即取反 LDNI bit 立即或 OI bit 立即或反 ONI bit 立即与 AI bit 立即与反 ANI bit Bit 只能为 I 立即输出 I bit Bit 只能为 Q 立即置位 SI bit N 立即复位 RI bit N 1 bit 只能为 QN 2 N 的范围 1 128 3 N 操作数同 S R 指 令 立即指令举例 立即指令应用中的一段程序 图立即指令应用中的一段程序 图 2 是程序对应的时序是程序对应的时序 LD I0 0 装入常开触点 Q0 0 输出触点 非立即 I Q0 1 立即输出触点 SI Q0 2 1 从Q0 2 开始的1 个 触点被立即置1 LDI I0 0 立即输入触点指令 Q0 3 扫描周期 n扫描周期 n 1扫描周期 n 3扫描周期 n 2 输出刷新输出刷新 输出刷新 输出刷新输出刷新 输入扫描 输入扫描 输入扫描 输入扫描 输入扫描 Q0 1 I0 0 Q0 0 Q0 3 Q0 2 3 1 9 边沿脉冲指令 边沿脉冲指令为 EU ED EU 为上升沿脉冲指令 ED 为下降沿脉冲指令 指令格式如下表 指令名称 LAD STL 功能 说明 上升沿脉冲 EU 在上升沿产生 脉冲 下降沿脉冲 ED 在下降沿产生 脉冲 无操作数 边沿指令用法举例 LD I0 0 输入常开触点 EU 脉冲正跳变 Q0 0 输出触点 LD I0 0 ED 脉冲负跳变 Q0 1 时序时序 EU 指令对其之前的逻辑运算结果的上升沿产生一个宽度为一个扫 描周期的脉冲 如图中的 Q0 0 ED 指令对其之前的逻辑运算结果 的下降沿产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲 如图中的 Q0 1 脉 冲指令常用于启动及关断条件的判定 3 1 10 逻辑堆栈操作指令 堆栈是一组存储和取出数据的暂存单元 其特点是 先进后出 后 进先出 每一次进行入栈操作 新值放入栈顶 栈底值丢失 每 一次进行出栈操作 栈顶值弹出 栈底值补进随机数 逻辑堆栈指 令主要用来完成对触点进行的复杂连接 西门子公司的系统手册中把 ALD OLD LPS LRD LPP LDS 等指令归纳为栈操作指令 讲义对 ALD 和 OLD 已经讲过 下面只 介绍余下的四条指令 1 逻辑入栈 LPS 逻辑出栈 LPP 和逻辑读栈 LRD 指令 逻辑入栈指令逻辑入栈指令 LPS 逻辑入栈指令 分支或主控指令 在梯形图中的分支结构中 用于生成一条新的母线 左侧为主控逻辑块时 第一个完整的从逻 辑行从此处开始 逻辑入栈指令 分支或主控指令 在梯形图中的分支结构中 用于生成一条新的母线 左侧为主控逻辑块时 第一个完整的从逻 辑行从此处开始 注意 使用注意 使用 LPS 指令时 本指令为分支的开始 以后必须有分支结 束指令 指令时 本指令为分支的开始 以后必须有分支结 束指令 LPP 即 即 LPS 与与 LPP 指令必须成对出现 指令必须成对出现 在语句表中指令在语句表中指令 LPS 执行情况如下表所示 执行情况如下表所示 程序使用见程序举例 逻辑读栈指令逻辑读栈指令 LRD 逻辑读栈指令 在梯形图中的分支结构中 当左侧为主控逻 辑块时 开始第二个和后边更多的从逻辑块 逻辑读栈指令 在梯形图中的分支结构中 当左侧为主控逻 辑块时 开始第二个和后边更多的从逻辑块 在语句表中指令在语句表中指令 LRD 执行情况如表所示 执行情况如表所示 程序例见举例程序 逻辑推入栈指令逻辑推入栈指令 LPS 逻辑推入栈指令 分支或主控指令 在梯形图中的分支结构 中 用于生成一条新的母线 左侧为主控逻辑块时 第一个完整的 从逻辑行从此处开始 逻辑推入栈指令 分支或主控指令 在梯形图中的分支结构 中 用于生成一条新的母线 左侧为主控逻辑块时 第一个完整的 从逻辑行从此处开始 注意 使用注意 使用 LPS 指令时 本指令为分支的开始 以后必须有分支结 束指令 指令时 本指令为分支的开始 以后必须有分支结 束指令 LPP 即 即 LPS 与与 LPP 指令必须成对出现 指令必须成对出现 在语句表中指令在语句表中指令 LPS 执行情况如下表所示 执行情况如下表所示 程序应用举例 LD I0 0 装入常开触点 O I2 2 或常开触点 LD I0 1 被串的块开始 LD I2 0 被并路开始 A I2 1 OLD 栈装载或 并路结束 ALD 栈装载与 串路结束 LD I0 0 LPS 逻辑推入栈 主控 A I0 5 Q7 0 LRD 逻辑读栈 新母线 LD I2 1 O I1 3 ALD 栈装载与 Q6 0 LPP 逻辑弹出栈 母线复原 LD I3 1 O I2 0 ALD Q1 3 2 装入堆栈指令 它的功能是复制堆栈中的第 n 个值到栈顶而栈底丢失 该指令在编程中极少使用 指令格式 LDS n 例如 LDS 4 该指令执行情况如下表 3 1 11 定时器 定时器是 PLC 中最常用的元器件 用好定时器对 PLC 程序设计非 常重要 定时器编程时要预置定时值 在运行过程中当定时器的输入条件满 足时 当前值从 0 开始按一定的单位增加 当前值达到设定值时 定时器发生动作 下面详细讲解定时时器的使用 1 几个相关的基本概念 S7 200 为用户提供了三种类型的定时器 1 接通延时定时器 TON 2 有记忆接通延时定时器 TONR 3 断开延时定时器 TOF 分辨率与定时时间的计算 单位时间的时间增量称为定时器的分辨率 S7 200 有三个分辨率 等级 1ms 10ms 100ms 定时器的定时时间 T 的计算 T PT S 式中 PT 为设定值 S 为分辨率 例如 TON 指令使用 T97 10ms 定时器 设定值为 100 则实际 定时时间为 T 100 10ms 1000ms 定时器的编号含义 定时器的编号包含两方面的变量信息 定时器的位和定时器的当 前值 定时器的位 当定时器的当前值达到设定值时定时器的位触点动 作 定时器的分辨率和编号如下表 从上表可以看出 TON 和 TOF 使用相同的编号 注意 在同一程序 中不可以把同一个定时号同时用作 TON 和 TOF 例如在同一程序 中不能即有接通延时定时 T32 又有断开延时定时器 T32 定时器指令的使用说明 1 接通延时定时器接通延时定时器 TON 接通延时定时器指令 用于单一间隔的定时 上电周期或首 次扫描 定时器位 接通延时定时器指令 用于单一间隔的定时 上电周期或首 次扫描 定时器位 OFF 当前值为 当前值为 0 使能输入接通时 定时器位 为 使能输入接通时 定时器位 为 OFF 当前值从 当前值从 0 开始计数时间 当前值达到预设值时 定时器 位 开始计数时间 当前值达到预设值时 定时器 位 ON 当前值连续计数到 当前值连续计数到 32767 使能输入断开 定时器自动复 位 即定时器位 使能输入断开 定时器自动复 位 即定时器位 OFF 当前值为 当前值为 0 指令格式 指令格式 TON Txxx PT 例 例 TON T120 8 2 有记忆接通延时定时器有记忆接通延时定时器 TONR 有记忆接通延时定时器指令 用于对许多间隔的累计定时 上电周期或首次扫描 定时器位 有记忆接通延时定时器指令 用于对许多间隔的累计定时 上电周期或首次扫描 定时器位 OFF 当前值保持 使能输入接通 时 定时器位为 当前值保持 使能输入接通 时 定时器位为 OFF 当前值从 当前值从 0 开始计数时间 使能输入断开 定时器位和当前值保持最后状态 使能输入再次接通时 当前值从 上次的保持值继续计数 当累计当前值达到预设值时 定时器位 开始计数时间 使能输入断开 定时器位和当前值保持最后状态 使能输入再次接通时 当前值从 上次的保持值继续计数 当累计当前值达到预设值时 定时器位 ON 当前值连续计数到 当前值连续计数到 32767 TONR 定时器只能用复位指令进行复位操作 定时器只能用复位指令进行复位操作 指令格式 指令格式 TONR Txxx PT 例 例 TONR T20 63 3 断开延时定时器断开延时定时器 TOF 断开延时定时器指令 用于断开后的单一间隔定时 上电周 期或首次扫描 定时器位 断开延时定时器指令 用于断开后的单一间隔定时 上电周 期或首次扫描 定时器位 OFF 当前值为 当前值为 0 使能输入接通时 定 时器位为 使能输入接通时 定 时器位为 ON 当前值为 当前值为 0 当使能输入由接通到断开时 定时器 开始计数 当前值达到预设值时 定时器位 当使能输入由接通到断开时 定时器 开始计数 当前值达到预设值时 定时器位 OFF 当前值等于预设 值 停止计数 当前值等于预设 值 停止计数 TOF 复位后 如果使能输入再有从复位后 如果使能输入再有从 ON 到到 OFF 的负跳变 则可实 现再次启动 的负跳变 则可实 现再次启动 指令格式 指令格式 TOF Txxx PT 例 例 TOF T35 6 应用举例 应用举例 LD I0 0 使能输入 TON T35 4 通电延时定时 延时时间为 40ms LD I0 0 TONR T2 10 有记忆通电 延时时间累计 为 1000ms LD I0 0 TOF T36 3 断电延时定时 延时时间为 30ms 本梯形图程序中输入输出执行时序关系如图所示 本梯形图程序中输入输出执行时序关系如图所示 T36 位 4 10 3 I0 0 T33 当前值 T2 当前值 T33 位 3T2 位 T36 当前值 最大值 最大值 4 例例 2 用 用 TON 构造各种类型的时间继电器触点 构造各种类型的时间继电器触点 有的厂商的有的厂商的 PLC 只有只有 TON 定时器 因此 在这种情况下可以利用定时器 因此 在这种情况下可以利用 TON 来构造断电延时型的各种触点 来构造断电延时型的各种触点 图图 4 14 是用是用 TON 构造构造 TOF 作用的触点 其时序图与作用的触点 其时序图与 TOF 的时序 完全相同 的时序 完全相同 图图 4 15 用通电延时定时器与输出继电器组成带瞬动触点的定时器 用通电延时定时器与输出继电器组成带瞬动触点的定时器 图图 4 16 是利用常开触点实现通电和断电都延时的触点作用 是利用常开触点实现通电和断电都延时的触点作用 本程序实现的功能是 用输入端本程序实现的功能是 用输入端 I0 0 控制输出端控制输出端 Q0 0 当 当 I0 0 接 通后 过 接 通后 过 3 个时间单位个时间单位 Q0 0 端输出接通 当端输出接通 当 I0 0 断开后 过断开后 过 6 个 时间单位 个 时间单位 Q0 0 断开 断开 LD I0 0 Q0 0 定时器的瞬动触点 TON T33 50 通电延时定时器 时间为 500ms LD T33 Q0 1 延时动作触点 图 414 LD I0 0 Q0 0 定时器的瞬动触点 TON T33 50 通电延时定时器 时间为 500ms LD T33 Q0 1 延时动作触点 图 415 LD I0 0 TON T33 3 常开通电延时 用作通电延时定时 LD Q0 0 断电延时的基础 AN I0 0 断电延时开始 TON T34 6 通电延时定时器 用作断电延时计时 LD T33 O Q0 0 AN T34 Q0 0 用作通 断电延时 图 416 LD M0 0 起动信号 Q0 1 起动电机 M1 TON T40 200 延时2000ms 后起动电机 M2 LD T40 Q0 2 起动电机 M2 TON T41 300 延时3000ms 后起动电机 M3 LD T41 Q0 3 起动电机 M3 电动机的顺序启动 定时器的刷新方式和正确使用定时器的刷新方式和正确使用 1ms 定时器定时器 由系统每隔由系统每隔 1ms 刷新一次 与扫描周期无关它采用 中断刷新 当扫描周期大于 刷新一次 与扫描周期无关它采用 中断刷新 当扫描周期大于 1ms 时在一个扫描周期内可能被多次 刷新 时在一个扫描周期内可能被多次 刷新 10ms 定时器 系统在每个扫描周期开始时刷新定时器 系统在每个扫描周期开始时刷新 100ms 定时器 在定时器指令执行时被刷新 因此 如果定时 器被激活后如果不是每个扫描周期都执行定时器指令或一个周期 定时器 在定时器指令执行时被刷新 因此 如果定时 器被激活后如果不是每个扫描周期都执行定时器指令或一个周期 内多次执行指令则会造成计时失准 例如 内多次执行指令则会造成计时失准 例如 错误的应用错误的应用 可作如下方法正确使用 3 1 12 计数器 计数器用来累计输入脉冲的次数 在实际应用中用来对产品计 数 计数器的使用和定时器基本相似 编程时输入它的计数设定值 计数器累计它的脉冲上升沿的个数 当计数值达到设定值时 计数 器发生动作 即常开触点闭合 常闭触点断开 相关概念 1 种类 S7 200 的计数器有三种 增计数器 CTU 增减计数 器 CTDU 减计数器 CTD 2 编号 计数器的编号用计数器的名称和数字组成 即 C 如 C6 计数器也包含两方面的信息 计数器的位和当前值 计数器 的位是一个开关量 表示计数器是否发生动作的状态 当计数器的 当前值达到设定值时 该位被置位为 ON 计数器的当前值的值是 一个存储单元 它用来存储计数器当前所累的脉冲个数 最大值为 32767 3 计数器的输入端和操作数 设定值输入 数据类为整数型 一般情况下使用常数为计数 器的设定值 计数器指令使用说明 计数器指令的 LAD 和 STL 格式如下表 名 称 格式 增计数器 增减计数器 减计数器 LAD STL CTU C PV CTUD C PV CTD C PV 2 增计数器增计数器 CTU 增计数器指令 首次扫描 定时器位 增计数器指令 首次扫描 定时器位 OFF 当前值为 当前值为 0 脉 冲输入的每个上升沿 计数器计数 脉 冲输入的每个上升沿 计数器计数 1 次 当前值增加次 当前值增加 1 个单位 当 前值达到预设值时 计数器位 个单位 当 前值达到预设值时 计数器位 ON 当前值继续计数到 当前值继续计数到 32767 停止 计数 复位输入有效或执行复位指令 计数器自动复位 即计数器 位 停止 计数 复位输入有效或执行复位指令 计数器自动复位 即计数器 位 OFF 当前值为 当前值为 0 指令格式 指令格式 CTU Cxxx PV 例 例 CTU C20 3 程序实例 程序实例 图图 4 19 为增计数器的程序片断和时序图 为增计数器的程序片断和时序图 LD I0 0 计数脉冲信号输入端 LD I0 1 复位信号输入端 CTU C20 3 增计数 计数设定值 为 3 个脉冲 LD C20 计数值达到 3 则 Q0 0 将输入位置 1 I0 0 I0 1 C20 当前值 C20 位 3 增减计数器增减计数器 CTUD 增减计数器指令 有两个脉冲输入端 增减计数器指令 有两个脉冲输入端 CU 输入端用于递 增计数 输入端用于递 增计数 CD 输入端用于递减计数 输入端用于递减计数 指令格式 指令格式 CTUD Cxxx PV 例 例 CTUD C30 5 程序实例 如图程序实例 如图 4 20 所示为增减计数器的程序片断和时序图 所示为增减计数器的程序片断和时序图 LD I0 0 增计数输入端 LD I0 1 减计数输入端 LD I0 2 复位输入端 CTUD C30 5 增减计数 设定 脉冲数为 5 LD C30 计数器触点 Q0 0 输出触点 1 2 3 4 5 4 3 4 3 4 5 6 7 I0 0 I0 1 I0 2 C30 当前值 C30 位 4 减计数器减计数器 CTD 增减计数器指令 脉