第四章可编程逻辑控制器PPT课件.ppt

自动化装置第四章 1 自动化装置课程内容结构 第一章总论 第二章模拟式和数字式仪表 第五章集散控制系统 第二部分单元组合式仪表及执行器 第四章可编程逻辑控制器 第三章执行器 第六章现场总线控制系统 第三部分主流自动化装置 第四部分不断发展中的自动化装置 2 第三章内容回顾 一 执行器概述二 电动调节阀三 气动调节阀 3 一 PLC概述二 SIMATICS7 300PLC及指令系统三 基于PLC的发酵过程控制系统设计 可编程逻辑控制器 4 可编程逻辑控制器 可编程逻辑控制器 早期 逻辑控制为主 ProgrammableLogicalController PLC 5 可编程逻辑控制器 原动力 60年代末期 美国的汽车工业的迅速发展 在PLC问世以前 继电器控制在顺序控制领域中占有主导地位 但由继电器构成的控制系统对生产工艺多变化的系统适应性极差 初衷 开发新的可编程序的控制设备取代继电器控制系统 美国DEC于1969年根据通用公司的要求 研制出了世界上第一台可编程序控制器PDP 14 并在的汽车生产线上获得成功应用 在经历了几十年的发展 PLC及PLC网络成为了工厂企业中不可或缺的一类工业控制装置 PLC的产生 6 可编程逻辑控制器 PLC的特点 上述特点使PLC在设计 结构上具有其它许多控制器所无法相比的优越性 使PLC广泛应用于各种工业领域 可靠性高 适应恶劣工业环境的能力功能完善 控制功能 网络功能 通用灵活编程简单 使用维护方便PLC还具有接线简单 系统设计周期短 体积小 易于实现机电一体化等特点 7 可编程逻辑控制器 PLC的分类 8 可编程逻辑控制器 按厂家分类 在我国占有较大市场份额 较有影响的公司和PLC有 SIEMENS公司80年代S5系列PLC 更早还有S3系列PLC 90年代S7系列PLC 主要有S7 200系列 小型PLCS7 300系列 中型PLCS7 400系列 大型PLC 9 可编程逻辑控制器 按厂家分类 OMRON公司80年代初主要有C系列PLC 如C2000 C500 C20 随后出现C系列P型机 如C20P 普通型号尾部加 P 80年代后H型机 如C20H C2000H 尾部加字母 H SP系列超小型PLC 如SP20 点少 价低 速度极快90年代初推出大型机CV系列和小型机CQM1 前者性能比大型H机更高 后者为无底板 模块式结构 速度比中型机C200H还快97年推出P型机升级产品 即CPM1A 体积小 通信功能加强99年推出功能更完美的CS1系列PLC 总之 大 中 小 微均有 特别在中 小 微方面更具特长 10 可编程逻辑控制器 按厂家分类 美国GE公司 日本FANAC合资的GE FANAC美国Modicon公司 被施奈德兼并 美国AB Alien Bradley 罗克韦尔自动化的全球战略品牌 日本三菱公司日本日立公司日本东芝公司日本松下公司日本富士公司等都生产PLC 并有一定的地位 国内PLC厂家规模多不大 例如和利时公司于2004年推出完全自主生产的小型一体化PLC HOLLiAS LEC 目前拥有LK系列大型PLC和LM系列小型PLC 一般国产PLC在价格上很有优势 相信会在世界PLC之林中一定有其位置的 11 可编程逻辑控制器 PLC的基本组成 12 可编程逻辑控制器 PLC的基本组成 13 可编程逻辑控制器 PLC的基本工作原理 PLC的产品很多 不同型号 不同厂家的PLC在结构特征上各不相同 但绝大多数PLC的工作原理都基本相同 14 可编程逻辑控制器 PLC的基本工作原理 既然最初PLC的产生是为了取代继电器控制 以下就以一个继电器控制电路为实例 来认识 PLC控制的原理 要求 有一个启动按钮 无自锁 有一个停止按钮 无自锁 按动启动按钮 电机M1运转 过10s钟电机M2运转按动停止按钮 电机M1 M2同时停止 设计 继电器控制回路 15 可编程逻辑控制器 PLC的基本工作原理 要求 有一个启动按钮 无自锁 有一个停止按钮 无自锁 按动启动按钮 电机M1运转 过10s钟电机M2运转按动停止按钮 电机M1 M2同时停止 设计 继电器控制回路 16 可编程逻辑控制器 PLC的基本工作原理 PLC接线原理图 17 PLC控制等效电路图 内部继电器触点 内部输出继电器线圈 PLC控制程序 梯形图 输入部分 输出部分 控制部分 18 可编程逻辑控制器 PLC的基本工作原理 PLC等效电路图 输入部分 输出部分 控制部分 接收操作指令 启动 停止按钮等 PLC的每个输入点对应一个内部输入继电器 当输入点与输入COM端接通时 输入继电器线圈通电 它的常开触点闭合 常闭触点断开 这一部分是用户编制的控制程序 通常用梯形图的形式表示 系统运行时 PLC依次读取用户程序存储器中的程序语句 对它们的内容进行解释并加以执行 有需要输出的结果则送到PLC的输出端子 以控制外部负载的工作 根据程序执行的结果直接驱动负载 在PLC内部有多个输出继电器 每个输出继电器对应输出端的一个硬触点 当程序执行的结果使输出继电器线圈通电时 对应的硬输出触点闭合 控制负载的动作 19 可编程逻辑控制器 PLC的基本工作原理PLC循环扫描的工作过程 20 一 系统组成二 系统配置三 指令系统简介四 程序结构五 S7PLC的网络通信 可编程逻辑控制器 21 可编程逻辑控制器 一 系统组成 S7 300PLC的硬件构成 CPU模块接口模块 IM I O模块 SM 功能模块 FM 电源模块 PS 导轨 RACK 等 22 可编程逻辑控制器 一 系统组成 1 CPU单元 SIMATICS7 300有多种性能级别的CPU 各种CPU均封装在一个紧凑的塑料壳体内 CPU上集成有MPI多点接口 MPI接口可以使PLC与其它PLC OS PG OP等建立通信联系 用MPI接口可建立由多个站点组成的简单网络 CPU31x 2集成了Profibus DP接口 适用于大范围分布式自动化结构 4 通过模块扩展 可以实现EtherNet通信 5 执行速率 存储器容量 可扩展I O点数等都随着CPU序号的递增而增加 23 可编程逻辑控制器 一 系统组成 1 CPU单元 24 可编程逻辑控制器 一 系统组成 2 模拟量输入模块 SM331 模拟量值的表示方法 SM331的输入测量范围很宽 可直接输入电压 电流 电阻 mV等信号 单极性电压 电流输入的数字化表示 双极性是什么意思 25 LPIW400 从端口地址400读入十进制转换结果T Dec in 存入临时变量Dec inCALL SCALE 直接调用系统提供的转换函数 以下是输入输出参数IN Dec in 入口参数 十进制转换结果HI LIM 2 000000e 002 入口参数 工程量上限200 单位kPaLO LIM 0 000000e 000 入口参数 工程量下限0BIPOLAR FALSE 入口参数 TRUE为双极性 FALSE为单极性RET VAL ret 出口参数 返回值OUT In result 出口参数 工程量转换结果 4 20mA1 5VDC0 10mA0 20mA 数字量0 27648 27648 27648 工程量 如 0 200kPa 变送器 把 0 200kPa 转换为 4 20mA 模块 把 4 20mA 转换为 0 27648 程序 把 27648 27648 或 0 27648 转换为 0 200kPa 的值 供程序调用 26 可编程逻辑控制器 一 系统组成 2 模拟量输入模块 SM331 SM331模块的硬件设置 2种规格型号 8通道 2通道 模拟量模块装有量程块 调整量程块的方位可改变模块内部的硬件结构 每两个相邻输入通道共用一个量程块 构成一个通道组 量程块是一个正方体的短接块 在上方有 A B C D 四个标记 不同的量程块位置 适用于不同的测量方法和测量范围 27 可编程逻辑控制器 一 系统组成 2 模拟量输入模块 SM331 SM331量程块设置对应关系 28 可编程逻辑控制器 一 系统组成 2 模拟量输入模块 SM331 SM331模块的软件设置 29 可编程逻辑控制器 一 系统组成 2 模拟量输入模块 SM331 SM331模块的信号连接 电压信号 电流信号 毫伏信号 电阻信号 输入信号类型 30 可编程逻辑控制器 一 系统组成 2 模拟量输入模块 SM331 电压信号连接 模块配置成电压输入 B 31 可编程逻辑控制器 一 系统组成 2 模拟量输入模块 SM331 电流信号连接 两线制仪表与四线制仪表 模块配置成四线制电流输入 C 只接收4 20mA电流 四线制仪表 四线制输入 32 可编程逻辑控制器 一 系统组成 2 模拟量输入模块 SM331 电流信号连接 两线制仪表与四线制仪表 模块配置成四线制电流输入 C 只接收4 20mA电流 二线制仪表 四线制输入 33 可编程逻辑控制器 一 系统组成 2 模拟量输入模块 SM331 电流信号连接 模块配置成二线制电流输入 D 带配电接收4 20mA电流 二线制仪表 二线制输入 内部原理示意 34 可编程逻辑控制器 一 系统组成 2 模拟量输入模块 SM331 毫伏信号连接 一般什么仪表输出mV信号 该仪表在使用时需要注意什么 补偿导线 外部补偿 内部补偿 35 可编程逻辑控制器 一 系统组成 2 模拟量输入模块 SM331 电阻信号连接 一般什么仪表输出 信号 该仪表在使用时需要注意什么 四线制连接方式 三线制连接方式 二线制连接方式 P 36 可编程逻辑控制器 一 系统组成 3 模拟量输出模块 SM332 模拟量值的表示方法 SM332模块可以输出电压和电流两种类型的信号 37 CALL UNSCALE 直接调用系统提供的转换函数 以下是输入输出参数IN Out 入口参数 阀位值0 100 浮点数HI LIM 1 000000e 002 入口参数 阀位上限100LO LIM 0 000000e 000 入口参数 阀位下限0BIPOLAR FALSE 入口参数 TRUE为双极性输出 FALSE单极性输出RET VAL Err 出口参数 返回值OUT Out result 出口参数 十进制转换结果存入临时变量L Out resultTPQW416 十进制转换结果输出到过程输出缓冲区 如416 程序 把 0 100 转换为 0 27648 模块 把 0 27648 转换为 4 20mA 执行器 把 4 20mA 转换为相应的阀位 38 可编程逻辑控制器 一 系统组成 3 模拟量输出模块 SM332 SM332模块的软件设置 不需要硬件设置 SM332有2 12 4 12 8 12位等AO模块 其特性 参数 工作原理完全相同 39 可编程逻辑控制器 一 系统组成 3 模拟量输出模块 SM332 SM332模块的信号连接 电压信号 输出信号类型 每通道有4个端子 电流信号 电压输出 RL RL 电压输出 4线 电压输出 2线 40 可编程逻辑控制器 一 系统组成 3 模拟量输出模块 SM332 SM332模块的信号连接 电压信号 输出信号类型 电流信号 电流输出 RL Io 41 一 系统组成 4 开关量输入模块 SM321 主要有直流信号输入和交流信号输入二大类 42 一 系统组成 5 开关量输出模块 SM322 SM322模块有晶体管 可控硅和继电器3种输出类型 43 一 系统组成 5 开关量输出模块 SM322 晶体管 可控硅和继电器3种输出类型 44 可编程逻辑控制器 二 系统配置 根据自动化系统的实际规模和要求 配置PLC硬件系统 S7系列PLC采用的是模块化的结构形式 根据系统规模用户可选择不同型号和不同数量的模块 并把这些模块安装在一个或多个机架上 除了CPU模块 电源模块 通信接口模块之外 它规定每一个机架最多可以安装8个I O信号模块 一个PLC系统的最大配置能力 包括I O点数 机架数等 与CPU的型号相关 45 可编程逻辑控制器 二 系统配置 常用的模块 CPU 312 313 314 315 2DP 316 2 电源 PS 307 2A 5A 10A SITOP 5A 10A 20A 40A 接口模块 连接机架 IM365 CR 最多1 IM365 ER 最多1 IM360 CR 最多1 IM361 ER 最多3 IM153 ER 最多127 DP总线 AI SM331 I V mV 2通道 8通道 SM331RTD 2通道 8通道 AO SM332 I V 2通道 4通道 8通道 DI SM321 8 16 32通道 DO SM322 8 16 32通道 46 可编程逻辑控制器 二 系统配置 示列 某系统需要 输入 46路4 20mA信号输入 4路PT100信号输出 32路4 20mA信号 要求配置S7PLC的I O模块并选择合适的CPU单元 每路4 20mA占1个A D通道 需46个A D通道 需7块8通道SM331 每路4 20mA占1个D A通道 需32个D A通道 需4块8通道SM332 电阻信号可以配置RTD模块 需4个RTD通道 需1块8通道SM331RTD IO模块配置一 冗余10个通道 冗余4个RTD通道 过多的冗余是浪费 但适当的冗余还是必要的 总计12块SM模块 需要2个机架 47 可编程逻辑控制器 二 系统配置 每路4 20mA占1个A D通道 需46个A D通道 每路4 20mA占1个D A通道 需32个D A通道 需4块8通道SM332 每路电阻信号占2个A D通道 需8个A D通道 需7块8通道SM331 IO模块配置二 冗余2个A D通道 总计11块SM模块 需要2个机架 CPU配置 该系统需要12个SM模块 必须安装到2个机架 如果单纯从I O配置的角度分析 暂不考虑内存 速度需求 根据CPU选型表的性能参数 该系统可以选用CPU314或CPU314以上的型号均可 48 可编程逻辑控制器 二 系统配置 有三种选择 接口模块 电源模块 模块供电 外部仪表供电 确定合适的电源模块的功率 尽管理论上可以集中供电 即两个机架用同一个电源 但实际系统建议每个机架分别配置电源模块 2块 第一种 IM365 IM365 最经济 第二种 IM360 IM361 有一定扩展能力 可以扩到4个机架 第三章 IM153 CPU上需要有DP口 或者通过模块扩展DP口 有很大的扩展能力 可方便地和其他系统组网 49 可编程逻辑控制器 二 系统配置 其它附设 导轨 安装各种模块 几个机架至少几块 与上位机通信的接口卡 板卡式MPI网卡CP5611编程电缆 外置 USB或者串口连接 内存卡 新CPU必须 有不同容量 如64KB 128KB 512KB 2MB 4MB总线连接器 DP总线连接 上下位机采用网卡连接时需要 每点1个通信电缆 屏蔽双绞线 DP总线连接 上下位机采用网卡连接时需要下位机开发软件 STEP75 x 很贵的啊 上位机组态软件 WINCC 和系统点数有关系 可以自主开发 50 可编程逻辑控制器 二 系统配置 1 硬件结构配置 PLC模块的安装是有顺序要求的 每个机架从左到右分为11个逻辑槽号 电源模块安装在最左边的1 槽 2 槽安装CPU模块 3 槽安装通信接口模块 4 11 槽可自由分配I O信号模块 功能模块或扩展通信模块 需要注意的是 槽号是相对的 机架上并不存在物理上的槽位限制 51 电源1 CPU2 IO4 IO5 IO6 IO7 IO8 IO9 电源1 接口3 IO4 IO5 IO6 IO7 IO8 IO9 52 可编程逻辑控制器 二 系统配置 1 硬件结构配置 机架的连接 方式一 如果 机架数量 2and机架之间的距离 1米 53 可编程逻辑控制器 二 系统配置 1 硬件结构配置 机架的连接 方式二 如果 机架数量 4and机架之间的距离 10米 54 可编程逻辑控制器 二 系统配置 1 硬件结构配置 机架的连接 方式三 CR 安装在控制室 连接到DP接口 IM153 Profibus DP总线 如果 机架数量 4or机架之间的距离 10米要求 CPU上集成DP口或在CR上扩展DP口 Profibus DP 55 可编程逻辑控制器 二 系统配置 1 硬件结构配置 机架的连接 总结 硬件配置部分 一个机架 8个SM FM模块 电源 CPU SM FM SM FM SM FM 两个机架 间距 10米 1米 8个SM FM模块 电源 CPU IM360 365 SM FM SM FM SM FM 8个SM FM模块 电源 IM361 365 SM FM SM FM SM FM 56 可编程逻辑控制器 二 系统配置 1 硬件结构配置 机架的连接 总结 3 4个机架 间距 10米 8个SM FM模块 电源 CPU IM360 SM FM SM FM SM FM 电源 电源 电源 IM361 SM FM SM FM SM FM IM361 SM FM SM FM SM FM IM361 SM FM SM FM SM FM 57 可编程逻辑控制器 二 系统配置 1 硬件结构配置 机架的连接 总结 多个机架 间距 不限 电源 电源 电源 电源 IM153 SM FM SM FM SM FM IM153 SM FM SM FM SM FM IM153 SM FM SM FM SM FM IM153 SM FM SM FM SM FM 电源 CPU SM FM SM FM SM FM ProfibusDP总线 58 PLC系统开发的基本流程 根据工艺要求 确定I O参数数量 1 进入Step72 1 硬件配置2 2 地址配置 网络地址IO端口地址3 软件编程 针对工艺要求 59 可编程逻辑控制器 二 系统配置 2 IO地址配置 系统的I O模块分为 模拟量和数字量二种类型 每个模块包含若干个通道 模块上任何通道均配置独立的地址应用程序则根据地址实现对它们的操作 每个通道的地址占用一位 bit 数字量模块最大为32通道模块地址最多占4字节 数字量I O模块 每个模拟量地址为一个字地址 2byte 模拟量模块最大为8通道模块地址最多占16字节 模拟量I O模块 60 可编程逻辑控制器 二 系统配置 2 IO地址配置 I O地址的生成 61 可编程逻辑控制器 二 系统配置 2 IO地址配置 I O地址的配置注意事项 配置IO模块地址时 可以是系统提供缺省地址 初学者推荐使用 也可以是手工自主配置 部分CPU不支持该功能 不同CPU的最大IO寻址能力是不同的 如CPU315 2DP可达2KB 输入 输出的地址是不同的 即CPU315 2DP最大输入地址2KB 最大输出地址也是2KB 实际可寻址4KB 0 127字节留给开关量模块使用 62 可编程逻辑控制器 二 系统配置 2 IO地址配置 例子 某8通道SM331模块 配置地址为256 271 第0 7通道的地址分别为 256 258 260 262 264 266 268 270读取第0个通道的模拟量转换结果 LPIW256读取第7个通道的模拟量转换结果 LPIW270 LPIW256 就是把十进制转换结果 读入到累加器 如4 20mA输入信号的转换结果式0 27648用scale函数可以在PLC内部把0 27648还原到与变送器量程对应的工程量 63 可编程逻辑控制器 二 系统配置 2 IO地址配置 例子 某8通道SM332模块 配置地址为272 287 把一个输出送到第0个输出通道 TPQW272把一个输出送到第7个输出通道 TPQW286 输出过程 1 控制策略运算结果 一般为0 100 的阀位 2 调用unscale函数把0 100转换为0 27648 十进制数 3 TPQW272 274 64 可编程逻辑控制器 二 系统配置 2 IO地址配置 例子 某32通道SM321模块 配置地址为0 3 读入第0个通道的二进制值 AI0 0读入第7个通道的二进制值 AI0 7读入第8个通道的二进制值 AI1 0读入第22个通道的二进制值 某16通道SM322模块 配置地址为4 5 输出一个二进制值到第0通道 Q4 0输出一个二进制值到第7通道 Q4 7输出一个二进制值到第12通道 65 可编程逻辑控制器 二 系统配置 3 内部寄存器 S7CPU的寄存器有 7个 66 可编程逻辑控制器 二 系统配置 4 存储区 CPU能访问的存储区 P Q I M T C DB块 L堆栈 主要关心哪些存储区能够按 位 访问 哪些不能 67 可编程逻辑控制器 二 系统配置 4 存储区 外设I O与存储区的映像 外设IO模块与存储区有二种映射关系 外设输入输出存储区 PI PQ 输入输出映像区 I Q 外设输入输出存储区 包括外设输入 PI 和外设输出 PQ 不能逐位访问 其它都可以 输入输出映像表 包括输入过程映像表 I 和输出过程映像表 Q 输入映像表为128Byte 是对PI首128Byte的映像 输出映像表为128Byte 是对PQ的首128Byte的映像这两段地址一般作为开关量输入 输出模块的IO地址能够逐位方式访问 其它也可以 68 输入映像示例 开关量输入模块缺省地址 模拟量输入模块地址 69 输出映像示例 70 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 SIMATICS7系列PLC用户程序的开发软件包 STEP7S7系列PLC的编程语言 LAD 梯形图 STL 语句表 SCL 标准控制语言 CforS7 C语言 等 用户可以选择一种语言编程 也可混合使用几种语言编程 常用的编程语言 LAD 梯形图 STL 语句表 适用于模拟量的解算 71 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 1 STL指令及其结构 语句指令 操作码操作数 AI0 1 对输入继电器I0 1进行与操作 LMW10 将字MW10装入累加器1 定义要执行的功能 执行该操作所需要的信息 有些语句指令不带操作数 它们操作的对象是唯一的 NOT 对逻辑操作结果 RLO 取反 72 三 指令系统简介 1 STL指令及其结构 73 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 1 STL指令及其结构 74 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 1 STL指令及其结构 存储区及其操作数表示方法 75 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 2 寻址方式 操作数 指令的操作或运算对象寻址方式 指令得到操作数的方式 寻址方式 立即寻址 存储器直接寻址 存储器间接寻址 寄存器间接寻址 76 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 2 寻址方式 寻址方式一 立即寻址 SET 把RLO ResultofLogicOperation 置 1 L27 把整数27装入累加器1LC 0100 把BCD码常数0100装入累加器1 立即寻址 对常数或常量的寻址方式 操作数本身包含在指令中 77 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 2 寻址方式 寻址方式一 立即寻址 78 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 2 寻址方式 寻址方式二 直接寻址 直接寻址 在指令中直接给出操作数的存储单元地址 AI0 0 对输入位I0 0进行 与 逻辑操作SL20 0 把本地数据位L20 0置1 M115 4 将RLO的内容传给位存储区中的位M115 4LDB1 DBD12 把数据块DB1双字DBD12中的内容传送给累加器1 79 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 2 寻址方式 寻址方式三 存储器间接寻址 用的不是很多 存储器间接寻址 标识参数由一个存储器给出 存储器的内容对应该标识参数的值 该值又称为地址指针 该寻址方式能动态改变操作数存储器的地址 常用于程序循环 AI MD2 对由MD2指出的输入位进行 与 逻辑操作 如 MD2值为 2 00000000000000000000000001010110表示I10 6LIB DBD4 将由双字DBD4指出的输入字节装入累加器1 如DBD4值为 2 00000000000000000000000001010000表示对IB10操作OPNDB MW2 打开由字MW2指出的数据块 如MW2为3 则打开DB3 80 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 2 寻址方式 标识参数 1 2 标识参数 10 标识参数 12 DB1 DBD0 P 1 2 MD16 P 10 0 MW20 12 地址的两种表述方式 字地址指针 双字地址指针 81 三 指令系统简介 2 寻址方式 地址指针的描述 字地址指针的描述 MW20 15870XXXXXXXXXXXXXXXX 表示0 65535 双字地址指针的描述 MD16 DB1 DBD0 3124231615870XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX0000000000000bbbbbbbbbbbbbbbbxxx字节编号位编号00000000000000000000000000001010 1 200000000000000000000000001100000 12 用双字格式访问字节 字 双字存储器 必须保证位编号为0 82 三 指令系统简介 2 寻址方式 实例 L 5 将整数 5装入累加器1TMW0 将累加器1的内容传送给存储字MW0 此时MW0内容为5OPNDB MW0 打开由MW0指出的数据块 即打开数据块5 DB5 LP 8 7 将地址指针2 00000000000000000000000001000111装入A1TMD2 将累加器1的内容P 8 7传送给位存储区中的MD2LP 4 0 将2 00000000000000000000000000100000装入A1累加器1原内容P 8 7被装入累加器2 I 将累加器1和累加器2内容整数相加 在累加器1中得到的 和 为2 00000000000000000000000001100111 P 12 7 TMD6 将累加器1的当前内容传送MD6 12 7 AI MD2 对输入位I8 7进行 与 逻辑操作 结果存放在RLO中 Q MD6 将RLO赋值给输出位Q12 7 83 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 2 寻址方式 寻址方式四 寄存器间接寻址 在S7中有两个地址寄存器 AR1和AR2 地址寄存器的内容 偏移量 地址指针 LP 8 6LAR1LP 10 0LAR2AI AR1 P 1 0 Q AR2 P 4 1 将P 8 6装入A1 将累加器1的内容传送至地址寄存器1 将P 10 0装入A1 将累加器1的内容传送至地址寄存器2 AR1 偏移量 9 6 AR2 偏移量 14 1 这是区域内寄存器间接寻址 指令中给出存储区域标识 84 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 2 寻址方式 寻址方式四 寄存器间接寻址 在S7中有两个地址寄存器 AR1和AR2 地址寄存器的内容 偏移量 地址指针 LP I8 6LAR1LP Q10 0LAR2A AR1 P 1 0 AR2 P 4 1 这是区域间寄存器间接寻址 存储区域的信息包含在地址指针中 将指向I8 6的地址指针装入A1 将累加器1的内容传送至地址寄存器1 将指向Q10 0的地址指针装入A1 将累加器1的内容传送至地址寄存器2 AR1 偏移量 9 6 AR2 偏移量 14 1 等以后熟悉了再用 85 三 指令系统简介 2 寻址方式 存储器地址指针的描述 3124231615870XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXz0000rrr00000bbbbbbbbbbbbbbbbxxx字节编号位编号 0 区域内间接寻址1 区域间间接寻址 存储区域标识符 3124231615870XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXz0000rrr00000bbbbbbbbbbbbbbbbxxx字节编号位编号00000000000000000000000001000110 P 8 610000001000000000000000001000110 P I8 610000010000000000000000001010000 P Q10 0 寻址方式四 寄存器间接寻址 86 三 指令系统简介 2 寻址方式 实例1 寻址方式四 寄存器间接寻址 LP 0 0LAR1LP 10 0LAR2L64n1 T loopcounterOPNDB1CLRAI AR1 P 0 0 DBX AR2 P 0 0 LP 0 1 AR1LP 0 1 AR2L loopcounterLOOPn1 作用 把地址为0 0开始的64个开关量输入信号采用循环方式逐个转存到DB1 存放位置由DB1 DBX10 0开始的64个位 loopcounter为整型临时变量 累加器A1减1 A1不为0 则循环到n1 87 三 指令系统简介 2 寻址方式 实例2 寻址方式四 寄存器间接寻址 LP 256 0LAR1LP 200 0LAR2L32n1 T loopcounterOPNDB2LPIW AR1 P 0 0 T Dec InCALL SCALE IN Dec inHI LIM 2 000000e 002LO LIM 0 000000e 000BIPOLAR FALSERET VAL retOUT In resultL In resultTDBD AR2 P 0 0 LP 2 0 AR1LP 4 0 AR2L loopcounterLOOPn1 作用 把地址为256 0开始的32个模拟量输入信号采用循环方式逐个转存到DB2 存放位置由DB2 DBD200开始的32个浮点数 88 三 指令系统简介 3 状态字 首次检测位 逻辑操作结果 状态位 或位 溢出位 溢出状态保持位 条件码0 条件码1 二进制结果位 状态字表示CPU执行指令时所具有的状态 用户程序可以访问和检测状态字 并可以根据状态字中的某些位决定程序的走向和进程 89 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 3 状态字 首次检测位 FC 位置 状态字位 0 作用 首次检测位FC决定位逻辑操作指令中操作数的存放位置 在逻辑串指令执行过程中 若FC 0 表明一个梯形逻辑网络的开始 或为首条逻辑串指令 CPU对操作数的检测结果 首次检测结果 直接保存在状态字的RLO位中 FC位置1 若FC 1 检测结果与RLO相运算 并把运算结果存于RLO 清除 执行输出指令 S R 或与逻辑运算有关的转移指令时FC被清0 表示逻辑串结束 OMRONPLC没有这个位 因为OMRON有LD和LDNOT 90 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 3 状态字 逻辑操作结果 RLO ResultofLogicOperation RLO 位置 状态字位 1 作用 存储位逻辑指令或算术比较指令的结果 所有的逻辑运算结果均放在此处 91 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 3 状态字 RLO FC的变化示例 92 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 4 位逻辑运算指令 PLC中的触点包括常开触点 动合触点 和常闭触点 动断触点 两种形式 常开 动合 触点 1 动作 闭合 0 不动作 断开 常闭 动断 触点 1 动作 断开 0 不动作 闭合 位逻辑运算指令主要包括 与 A与非 AN或 O或非 ON异或 XOR赋值 置位 S复位 R 93 三 指令系统简介 4 位逻辑运算指令 串联逻辑A AN AI0 0AI1 0ANM2 1 Q4 0 I0 0为 1 且I1 0为 1 且M2 1为 0 Q4 0为 1 94 三 指令系统简介 4 位逻辑运算指令 并联逻辑O ON I0 0为 1 或I1 0为 1 或M2 1为 0 Q4 0为 1 OI0 0OI1 0ONM2 1 Q4 0 95 三 指令系统简介 4 位逻辑运算指令 串并联的复合表达式和先 与 后 或 当逻辑串是串并联的复合组合时 CPU的扫描顺序是先 与 后 或 A AI0 0AI0 1OANI0 3ANI0 4 AI0 2 Q1 2 A OI0 0ONI0 3 A OI0 1ONI0 4 AI0 2 Q1 2 96 可编程逻辑控制器 三 指令系统简介 4 位逻辑运算指令 输出指令 该操作把状态字中RLO的值赋给指定的操作数 位地址 把首次检测位 FC位 置0 来结束一个逻辑串 一个RLO可以驱动多个输出元件 AI0 0 Q1 2 Q1 3 97 三 指令系统简介 4 位逻辑运算指令 置位 复位指令 置位 复位指令根据RLO的值 来决定被寻址位的信号状态是否需要改变 若RLO的值为1 被寻址位的信号状态被置l或清0 若RLO是0 则被寻址位的信号保持原状态不变 又被称为静态置位 复位 赋值输出 被称为动态赋值输出 98 可编程逻辑控制器 四 程序结构 STEP7有二种编程方法 线性编程 结构化编程 99 可编程逻辑控制器 四 程序结构 结构化编程的 块 STEP7 C语言 main 中断函数 组织块OB 程序代码 功能块 DB块 全局变量 数据 数据块 SFB SFC 库函数 系统函数 FC块 用户定义函数 FB块 类似于子程序 过程 100 可编程逻辑控制器 四 程序结构 1 数据块 PLC可定义的数据类型 bool byte int dint real date time等基本数据类型 以及数组 结构等复式数据类型 数据块定义的原则 先定义后访问 S7CPU允许建立不同大小的数据块 以序号区分 不同的CPU对允许定义的数据块数量及数据总量有限制例如 CPU314允许定义用作数据块的存储器最多8KByte 用户定义的数据总量不能超过8K 否则将造成系统错误 101 可编程逻辑控制器 四 程序结构 1 数据块 数据块定义 用STEP7开发软件包定义 使用前作为用户程序的一部分下载到CPU 程序运行过程中通过系统函数动态定义数据块 慎用 定义不当易崩溃 有2种定义方式 102 可编程逻辑控制器 四 程序结构 1 数据块 数据块访问 直接访问 指令中写明数据块号 类型 位置LDB1 DBD2 块号 1 双字 数据块中2 5字节ADB1 DBX2 2 块号 1 位 2字节第2位L Temp T0 符号地址 先打开后访问 OPNDB1LDBD2 访问DB1 DBD2OPNDI2TDBD4 访问DI2 DBD4 注 数据块没有专门的关闭指令 在打开一个新块时 先前打开的块自动关闭 因CPU只有DB和DI两个数据块地址寄存器 所以最多可同时打开两个块 103 可编程逻辑控制器 四 程序结构 1 数据块 背景数据块和共享数据块 背景数据块 附属于某个FB块 数据块与某FB所要求的输入输出数据格式完全相符 背景数据库可以理解为某FB的输入实参体 共享数据块 定义的数据可以被任何块读写访问 数据块在CPU的存储器中是没有区别的 只是由于打开方式不同 才在打开时有背景数据块和共享数据块之分 原则上 数据块都可以当作共享数据块使用 数据块可以定义多个 以序号加以区分 104 可编程逻辑控制器 四 程序结构 2 逻辑功能块 S7PLC程序可以放在任何OB FB FC中 FB FC可以被OB调用 也可以被其它FB FC调用 OB FBFCSFBSFC OB块不可以被调用 应用程序 应用程序 其它FB FC SFB SFC 不超过8级 105 可编程逻辑控制器 四 程序结构 2 逻辑功能块 FC功能块由两个主要部分组成 一是变量声明表 二是应用程序 变量申明表 应用程序 包括 in out in out temp FC功能块 106 可编程逻辑控制器 四 程序结构 2 逻辑功能块 FB功能块由两个主要部分组成 一是变量声明表 二是应用程序 包括 in out in out temp stat FB功能块 变量申明表 应用程序 107 可编程逻辑控制器 四 程序结构 2 逻辑功能块 变量说明 临时变量仅在逻辑块运行时有效 逻辑块结束时存储临时变量的内存被操作系统另行分配 inoutin out 实现调用块和被调用块间的数据传递 在调用功能块时给出 实参的数据类型必须与形参一致 stat 静态变量定义在背景数据块中当被调用块运行时 能读出或修改背景数据块中的静态变量 被调用块运行结束后 静态变量保留在背景数据块中 temp 108 可编程逻辑控制器 四 程序结构 2 逻辑功能块 FB FC的调用 CALLFB4 DB33a1 a2 b1 c1 FB块的调用 DB33中的数据结构应与FB4中的变量申明表结构 除temp变量 完全相同 FC功能块没有背景数据块 调用时赋实参 数据类型相同 CALLFC1a1 DB1 DBD0 0a2 DB2 DBW6 0b1 DB10 DBX5 6c1 MW12 109 可编程逻辑控制器 四 程序结构 2 逻辑功能块 其它 FB FC可以定义多个 以序号区分 S7CPU中可使用的块堆栈 B堆栈 大小是有限制的 对于S7300CPU可在B堆栈中存储8个块的信息 因此在控制程序中最多可同时激活8个块 110 可编程逻辑控制器 四 程序结构 3 组织块及中断优先级 DB FB FC可以根据需要定义 以序号区分同一类的块没有 贵贱 之别 OB块也可以根据需要定义 以序号区分但不同的块功能不同 且有 优先级 之别 1 每一个OB可以对应为一种中断 不同的OB对应有不同的优先级 2 OB1是主循环块 任何S7PLC系统都需要OB1 所以优先级最低 问题 从过程控制的角度看 除了OB1之外 通常还需要哪些中断 111 可编程逻辑控制器 四 程序结构 3 组织块及中断优先级 部分OB块的优先级 112 可编程逻辑控制器 四 程序结构 3 组织块及中断优先级 一个OB块可以形成一个程序链 OB调用FB FC FB FC调其它FB FC 所有程序的临时变量存放在L堆栈中 L堆栈是有限的 如 CPU314的L堆栈为1536Byte 供程序中的所有优先级划分使用 对于CPU314 允许每个优先级及所有嵌套调用中激活块的自定义临时变量总数不能超过236Byte 有20B被OB自己占用了 否则L堆栈会溢出 导致CPU由RUN模式变为STOP模式 注意事项 113 四 程序结构 3 组织块及中断优先级 114 可编程逻辑控制器 四 程序结构 3 组织块及中断优先级 3个常用组织块 1 初始化块 OB100 当PLC从STOP状态切换到RUN状态后 CPU首先调用OB100一次 OB100调用结束后 操作系统开始进入程序运行 如没有OB100 则系统不对任何参数进行初始化 115 可编程逻辑控制器 四 程序结构 3 组织块及中断优先级 3个常用组织块 2 主循环块 OB1 OB1是最基本的组织块 当OB100调用结束后 操作系统开始周而复始地调用OB1 这称为扫描循环 调用OB1的时间间隔称为扫描周期 扫描周期的长短 主要由OBI中的程序执行所需时间决定 OB1必须存在 但OB1中不一定需要放置代码 为防止程序陷入死循环 可以设置确定主循环的最长时间 正常情况下 扫描周期小于该时间 如果扫描周期大于设定主程序最大允许循环行时间 操作系统调用OB80 循环时间超时 若OB80中未编写程序 CPU将转入停止 STOP 状态 116 可编程逻辑控制器 四 程序结构 3 组织块及中断优先级 3个常用组织块 3 循环中断 OB35 S7 300PLC允许设计一个以固定间隔运行的定时中断组织块OB35 定时时间间隔可以在lms lmin的范围内设置 当允许循环中断时 OB35以固定的间隔循环运行 但要求确保设置的定时时间间隔大于OB35的执行时间 否则将造成系统异常 操作系统将调用异步错误OB80 117 四 程序结构 4 逻辑块的调用关系 118 可编程逻辑控制器 五 S7PLC的网络通信 现代计算机控制系统已不再是自动化的 孤岛 而是集过程控制 生产管理 网络通信 IT技术等为一体的综合自动化系统 系统最主要的结构特征表现为一个多层次的网络体系 S7PLC的网络功能很强 它可以适应不同控制需要的网络体系 也为各个网络层次提供互联模块或接口装置 通过通信子网把PLC PG PC OP及其它控制设备互联起来 S7PLC可以提供 MPI MultipointInterfacePROFIBUS DPIndustrialEthernet这3种通信方式都有各自的技术特点和不同的适应面 119 五 S7PLC的网络通信 120 可编程逻辑控制器 五 S7PLC的网络通信 1 PLC机架的三种通信 集成 方式 IM365 IM365 本地集成一IM360 IM361 本地集成二IM153 分布式IO 控制室 现场 优先考虑 121 可编程逻辑控制器 五 S7PLC的网络通信 2 PLC与上位机的三种通信方式 MPI通信 物理层符合RS485标准 是一种低成本的网络系统 用于连接多个不同的CPU或设备 多数SIMATIC产品都集成有MPI接口 122 可编程逻辑控制器 五 S7PLC的网络通信 2 PLC与上位机的三种通信方式 MPI通信 一个MPI网最多允许连接32个网络站点 它的传输速率是187 5Kbps 因此 MPI子网主要适用于站点数不多 数据传输量不大的应用场合 MPI连接距离有限 从第一个节点到最后一个节点最长距离仅为50m 对于一个要求较大区域的信号传输 采用两个中继器可以将MPI通信电缆最大长度延伸到1100m 123 可编程逻辑控制器 五 S7PLC的网络通信 2 PLC与上位机的三种通信方式 Profibus DP