03 PLC编程基础.ppt

PLC编程基础 P43 3 1PLC的基本结构 P43 从结构形式上PLC可分为整体式和模块式两大类 不论哪种类型的PLC 其基本结构都是相同的 P43 CPU存储器输入输出电路编程装置电源外围接口 CPU是整个系统的核心部件 主要由运算器 控制器 寄存器及实现它们之间联系的地址总线 数据总线和控制总线构成 此外 还有外围芯片 总线接口及有关电路 1 CPU P43 CPU中的控制器控制PLC工作 由它读取指令 解释并执行命令 工作的时序 节奏 则由振荡信号控制 CPU中的运算器用于完成算术或逻辑运算 在控制器的指挥下工作 CPU中的寄存器参与运算 并存储运算的中间结果 它也是在控制器的指挥下工作 作为PLC的核心 CPU的功能主要包括以下几个方面 1 CPU接收从编程器或计算机输入的程序和数据 并送入用户程序存储器中存储 2 监视电源 PLC内部各个单元电路的工作状态 3 诊断编程过程中的语法错误 对用户程序进行编译 4 在PLC进入运行状态后 从用户程序存储器中逐条读取指令 并分析 执行该指令 P43 5 采集由现场输入装置送来的数据 并存入指定的寄存器中 6 按程序进行处理 根据运算结果 更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容 7 根据输出状态或数据寄存器的有关内容 将结果送到输出接口 8 响应中断和各种外围设备 如编程器 打印机等 的任务处理请求 P43 PLC的内部存储器分为系统程序存储器和用户程序及数据存储器 2 存储器 P43 系统程序存储器用于存放系统工作程序 或监控程序 调用管理程序以及各种系统参数等 系统程序相当于个人计算机的操作系统 能够完成PLC设计者规定的各种工作 系统程序由可编程序控制器生产厂家设计并固化在ROM 只读存储器 中 用户不能读取 用户程序及数据存储器主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果 使PLC完成用户要求的特定功能 PLC使用以下几种物理存储器 1 随机存取存储器 RAM 用户可以用可编程序装置读出RAM中的内容 也可以将用户程序写入RAM 因此RAM又叫读 写存储器 它是易失性的存储器 电源中断后 储存的信息将会丢失 RAM的工作速度高 价格便宜 改写方便 在关断PLC的外部电源后 可用锂电池保存RAM中的用户程序和某些数据 锂电池可用2 5年 需要更换锂电池时 由可编程序控制器发出信号 通知用户 现在部分可编程序控制器仍用RAM来储存用户程序 2 只读存储器 ROM ROM的内容只能读出 不能写入 它是非易失的 它的电源消失后 仍能保存储存的内容 ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序 3 可电擦除可编程序的只读存储器 EEPROM或E2PROM 它是非易失性的 但是可以用编程装置对它编程 兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取等优点 但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多 EEPROM用来存放用户程序以及需要长期保存的重要数据 3 输入输出电路 P43 输入模块和输出模块简称为I O模块 是联系外部设备与CPU的桥梁 输入输出模块除了传递信号外 还具有电平转换与隔离的作用 此外 输入输出点的通断状态由发光二极管显示 外部接线一般接在模块面板的接线端子上 或使用可拆卸的插座型端子板 不需断开端子板上的外部连线 就可以迅速地更换模块 编程装置是用来对PLC进行编程和设置各种参数的 4 编程装置 可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源 内部的开关电源为各模块提供5V 12V 24V等直流电源 小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器 如接近开关等 提供24V直流电源 驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供 5 电源 P45 通过各种外围接口 PLC可以与编程器 计算机 PLC 变频器 EEPROM写入器和打印机等连接 总线扩展接口用来扩展I O模块和智能模块等 6 外围接口 P45 3 2PLC工作原理 P45 PLC采用循环执行用户程序的方式 称为循环扫描工作方式 一个循环扫描过程周期可分为输入采样 程序执行 输出刷新三个阶段 P46 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 循环监视时间的开始 启动块 OB100 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 把过程映象输出表 PIQ 写到输出模块 循环程序执行 P46 输入采样阶段依次地读入所有输入状态和数据 并将它们存入I O映象区中的相应单元内 输入采样结束后 转入用户程序执行和输出刷新阶段 在这两个阶段中 即使输入状态和数据发生变化 I O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变 因此 如果输入是脉冲信号 则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期 才能保证在任何情况下 该输入均能被读入 一个扫描周期中与用户有关的三阶段 P46 用户程序执行阶段 PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 在扫描每一条梯形图时 并按先左后右 先上后下的顺序进行逻辑运算 逻辑运算的结果存于映象区 上面的逻辑运算其运算结果会对下面的逻辑运算起作用 相反 下面的逻辑运算其运算结果只能到下一个扫描周期才能对上面的逻辑运算起作用 P46 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后 PLC就进入输出刷新阶段 在此期间 CPU按照存在I O映象区的运算结果 刷新所有对应的输出锁存电路 再经输出电路驱动相应的外设 这时 才是PLC的真正输出 P46 PLC的工作特点 所有输入信号在程序处理前统一读入 并在程序处理过程中不再变化 而程序处理的结果也是在扫描周期的最后时段统一输出 其工作特点是将一个连续的过程分解成若干静止的状态 PLC仅在扫描周期的起始时段读取外部输入状态 该时段相对较短 抗输入信号串入的干扰极为有利 这种方式对于高速变化的过程可能漏掉变化的信号 也会带来系统响应的滞后 为克服上述问题 可利用立即输入输出 脉冲捕获 高速计数器或中断技术 P46 扫描工作方式对程序执行的影响 I0 1代表外部的按纽 当按纽动作后 左面的程序只需要一个扫描周期就可完成对M0 4的刷新 而右面的程序要经过四个扫描周期才能完成对M0 4的刷新 在扫描周期极为短的情况下 100ms 无时序配合要求 感觉不到这两段程序执行的的差异 在有时序配合的情况下 这种差异要引起注意 P46 思考 3 3存储器及其寻址 P47 S7CPU的存储区包括三个基本区域 即装载存储器 工作存储器RAM和系统存储器RAM 3 3 1CPU的存储区 装载存储器可以是RAM或FLASHEPROM 用于存储用户程序和系统数据 组态 连接和模块参数等 但不包括符号地址赋值和注释 部分CPU有集成的装载存储器 有的需要用微存储器卡 MMC 来扩展 CPU31xC的用户程序只能装入插入式的MMC中 断电时数据保存在MMC存储器中 因此数据块的内容基本上被永久保留 新型免维护S7 300PLC是唯一的装载存储器 下载程序时 用户程序 逻辑块和数据块 被下载到CPU的装载存储器 CPU把可执行部分复制到工作存储器 符号表和注释保存在编程设备中 1 装载存储器 P47 工作存储器是集成的高速存取的RAM存储器 用于存储CPU运行时的用户程序和数据 例如组织块 功能块 功能和数据块 为了保证程序执行的快速性和不过多地占用工作存储器 只有与程序执行有关的块被装入工作存储器 STL程序中的数据块可以被标识为 UNLINKED 与执行无关 它们只是存储在装载存储器中 可以用系统功能SFC20 BLKMOV 将它们复制到工作存储器 复位CPU的存储器时 RAM中的程序被清除 FLASHEPROM中的程序不会被清除 2 工作存储器 P47 系统存储器是CPU为用户程序提供的存储器组件 被划分为若干个地址区域 使用指令可以在相应的地址区内对数据直接进行寻址 系统存储器为不能扩展的RAM 用于存放用户程序的操作数据 例如过程映像输入 过程映像输出 位存储器 定时器和计数器 块堆栈 B堆栈 中断堆栈 I堆栈 和诊断缓冲区等 系统存储器还提供临时存储器 局域数据堆栈 即L堆栈 用来存储程序块被调用时的临时数据 访问局域数据比访问数据块中的数据更快 用户生成块时 可以声明临时变量 TEMP 它们只在执行该块时有效 执行完后就被覆盖了 3 系统存储器 P48 系统存储区的地址区 P48 1 累加器 ACCUx 32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ACCU1和ACCU2 S7 400有4个累加器ACCU1 ACCU4 2 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 3 数据块寄存器 DB和DI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 4 诊断缓冲区 故障诊断 5 状态字寄存器 状态字是一个16位的寄存器 用于存储CPU执行指令的状态 3 3 2CPU中的寄存器 P48 3 3 3寻址 P50 51 二进制数的1位 bit 只有0和1两种不同的取值 可用来表示开关量 或称数字量 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 如果该位为1 则表示梯形图中对应的编程元件的线圈 通电 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BOOL 布尔 型 两个字节组成1个字 Word 两个字组成1个双字 DoubleWord 8位二进制数组成1个字节 Byte 其中的第0位为最低位 LSB 第7位为最高位 MSB MW200 MD200 MW200 MW202 0 7 8位 数据字节 SIMATICS7CPU中可以按照位 字节 字和双字对存储单元进行寻址 位存储单元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 I 表示输入 Input 字节地址为3 位地址为2 这种存取方式称为 字节 位 寻址方式 P51 输入字节IB3 B是Byte的缩写 由I3 0 I3 7这8位组成 相邻的两个字节组成一个字 MW200表示由MB200和MB201组成的1个字 MW200中的M为区域标识符 W表示字 Word 200为起始字节的地址 MD200表示由MB200 MB203组成的双字 M为区域标示符 D表示存取双字 DoubleWord 200为起始字节的地址 MW200 MD200 MW200 MW202 P51 1 M200 2 MB200 MW200和MD200等地址有重叠现象 在使用时一定注意 以免引起错误 2 S7 200中的 高地址 低字节 的规律 如果将16 12送入MB200 将16 34送入MB201 则MW200 16 1234 注意 P50 STEP7的可能寻址范围 设计的地址区 访问区域 缩写 加在一起的最大区域 过程映象I Q 输入 输出位 I Q 0 0 65 535 7 输入 输出字节 I QB 0 65 535 输入 输出字 IW QW 0 65 534 输入 输出双字 ID QD 0 65 532 存储器标志 存储器位 M 0 0 255 7 存储器字节 MB 0 255 存储器字 MW 0 254 存储器双字 MD 0 252 I Q外部输入 输出 I Q字节 外设 PIB PQB 0 65 535 I Q字 外设 PIW PQW 0 65 534 I Q双字 外设 PID PQD 0 65 532 定时器 定时器 T T 0 255 计数器 计数器 C C 0 255 数据块 数据块 DB DB 1 65 532 数据块 用OPNDB打开 位 字节 字 双字 DBX DBB DBW DBD 0 65 532 用OPNDI打开 位 字节 字 双字 DIX DIB DIW DID 0 65 532 存储区及功能见下表 S7 300模块的编址 地址0 0地址0 7地址1 0地址1 7 P74 多层组态中的DI DO编址 槽1234567891011 P73 3 4数据格式与数据类型 P51 3 4 1数制 二进制数 100101十进制 37D十六进制数 25HBCD码 25 数据格式 1 1 0 0 1 1 0 1 7 0 0 0 0 0 0 0 0 15 8 0 128 64 8 4 1 符号位 数据类型整型例如205 十进制值 0 7 0 15 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 23 16 31 24 指数 8位 尾数 23位 数据类型实数例如45 6789 符号位 数据格式 16位 BCD 整数 BCD 负数 整数 正数 296 413 PG CPU 数据格式 32位 实数 1 5 2126 127 0 75 DW 16 296 L 296 0 75或 7 5E 1 BCD DINT REAL STEP7数据类型概述 P52 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 STEP7基本数据类型 P52 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 OF DAY32TOD 12 23 45 12 关键字 长度 位 该类型的常数举例 字节 字和双字的取值范围 复杂数据类型 P53 关键字长度 位 举例 DATE AND TIME64DT 97 09 24 12 14 55 0STRING8 字符个数 2 Thisisastring 最多254个字符的字符串 SIEMENS ARRAY用户定义测量值 ARRAY 1 20 相同数据类型的元素组 INTSTRUCT用户定义Motor STRUCT 不同数据类型的元素组 Speed INTCurrent REALEND STRUCTUDTUDTasblockUDTasarrayelement 用户定义数据类型 用户定义基本或复杂数据类型组成的STRUCTDrive ARRAY 1 4 模板 Speed INTUDT1Current REALEND STRUCT 3 5程序结构 STEP7编程采用块 BLOCK 的概念 即将程序分解为独立的 自成体系的各个部件 块类似子程序的功能 但类型更多功能更强大 在工业控制中 程序往往是非常庞大和复杂的 采用块的概念便于大规模程序的设计和理解 可以设计标准化的块程序进行重复调用 程序结构清晰明了 修改方便 调试简单 采用块结构显著地增加了PLC程序的组织透明性 可理解性和易维护性 程序块类型 P57 故障 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 数据块类型和结构 CPU314中块的大小是8K字节数据块提供的最大存储空间依赖于CPU的型号 0 7 用户定义的块 P57 用户块包括组织块 功能块 功能和数据块 组织块 OB 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OB1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 FB 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 这些数据块虽然具有相同的数据结构 但具体数值可以不同 功能 FC 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 数据块 DB 数据块中包含程序所使用的数据 块类型特点系统功能 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 P57 STEP7为设计程序提供三种方法 基于这些方法 可以选择最适合于你的应用的程序设计方法 线性化 模块化 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