可编程控制器概论

1、第一章 可编程控制器概论 可编程控制器（简称PLC或PC），是随着现代社会生产的发展和技术进步，现在工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞速发展，在继电器控制的基础上生产的一种新型的工业控制装置，是将微型计算机技术、自动化技术及通信技术融位一体，应用到工业控制领域的一种高可靠性控制器，是当代工业生产自动化的重要支柱。第一节 可编程控制器的产生 一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。 在可编程控制器产生以前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承担着生产过程自动控制的艰巨任务，可能由成百上千只各种继电器构成复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来

2、，安装这些继电器需要大量的继电器柜，且占据大量的空间。当这些继电器运行时，又产生大量的噪音，消耗大量的电能。位保证控制系统的正常运行。如果系统出现故障，要进行检查和排除故障是非常困难的，全靠现场电气技术人员长期积累的经验。尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或继电器控制柜，重新接线或改线的工作量极大，甚至可能需要重新设计控制系统。尽管如此，这种控制系统的功能也仅仅局限在能实现具有粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，使电气控制系统工作更容易维修、更能适应经常变化的生产工艺要求。 1968年，美国通用汽车公司（GM）为

3、改造汽车生产设备的传统控制方式，解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题，提出了著名的十条技术指标在社会上招标，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用控制器，它应具有以下特点：1 编程简单，可在现场方便地编辑及修改程序；2 价格便宜，其性能价格比要高于继电器控制系统；3 体积要明显小于继电器控制柜；4 可靠性要明显高于继电器控制系统；5 具有数据通信功能；6 输出可以是AC 115 V。7 输出为AV 115 V、2 A以上。8 硬件维护方便，最好是插件式结构。9 扩展时，原有系统只需做很小改动。10 用户程序存储器容量至少可以扩展到4 KB。 于是可编程控制器应运而生

4、：1969年，美国数字设备公司（DEC）根据上述要求研制出世界上第一台可编程控制器，型号为PDP14，并在GM公司的汽车生产线上首次应用成功，取得了显著的经济效益。当时人们把它称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）。 随着微电子技术的发展，20世纪70年代中期以来，由大规模集成电路（LSI）和微处理器在PLC中应用，使PLC的功能不断增强，它不仅能执行逻辑控制、顺序控制、计时及计数控制，还增加了算术运算、数据处理、通信等功能，具有处理分支、中断、自诊断的能力，使PLC更多地具有了计算机的功能。 可编程控制器这一新技术的出现，受到国内外工程

5、技术界的极大关注，纷纷投入力量研制。第一个把PLC商品化的是美国的哥德公司（GOULD），时间也是1969年，型号为084。1971年，日本从美国引进了这项新技术，研制出日本第一台可编程控制器DSC8。19731974年，德国和法国也都相继研制出自己的可编程控制器，德国西门子公司（SIEMENS）于1973年研制出欧洲第一台PLC，型号为SIEATIC S4。我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。可编程控制器从产生到现在，尽管只有三十年的时间，由于其编程简单、可靠性高、使用方便、维护容易、价格适中等优点，使其得到了迅猛的发展，在冶金、机械、石油、化工、纺织、轻工、建筑、运输、电力等

6、部门得到广泛的应用。第二节 可编程控制器的特点和主要功能一、可编程控制器的一般特点 现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各个要求不相同。可编程序控制器一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。它们的主要特点如下： 1：抗干扰能力强，可靠性高 微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械震动，温度和湿度的变化，都可以使一般通用微机不能正常工作。而PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取生产厂家厂家积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精确考虑；在硬件

7、上采用隔离、屏蔽、滤波、接地、等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施；所以这些使PLC具有较高的干扰能力。PLC的平均无故障时间通常在几万小时以上，这是一般微机不能比拟的。 继电接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂的连接被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。 2：控制系统结构简单，通用性强 PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需

8、在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量而又繁杂的硬件接线线路。当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。PLC的输入输出可直接与交流220 V，直流24 V等强电相连，并有较强的带负载能力。 3：编程方便，易于使用 PLC 是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具

9、有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间学会。 4：功能完善 PLC的输入输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量的输入输出。在PLC内部具备许多控制功能，诸如时序、计算器、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑运算、算术运算、数制转换以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印及报表生成功能。此外，它还可以和其他微机系统、控制设备共同组成分布式或分散式控制系统，还能实现成组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速中断等功能。因此PLC具有极强

10、的适应性，能够很好得满足各种类型控制的需要。 5：设计、施工、调试的周期短 用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏（柜）的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需要按性能、容量（输入输出点数、内存大小）等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可以在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期。使设计和施工可同时进行。由于用软件编程2取代了硬接线实现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。因为PLC是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业编程语言，且都具

11、有强制和仿真的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样可大大缩短设计和投运周期。 6：体积小，维护操作方便 PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC的输入输出系统能够直观地反应现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通讯状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等，对此均有醒目的提示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。二、可编程控制器的主要功能 可编程控制器是采用微电子技术来完成各种控制功能的自动化设备，可以在现场的输入信号作用下，按照预先输入的程序，控制现场的执行机构，按照一定规律进行动作。其主要功能如下：1 顺序逻辑控制这是PLC最基本广泛的应

12、用领域，用来取代继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。它既可用于单机控制或多机控制，又可用于自动化生产的控制。PLC根据操作按钮、限位开关及其他现场给出的指令信号和传感器信号，控制机械运动部件进行相应的操作。2 运动控制在机械加工行业，可编程控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动控制。很多PLC机制造厂家已提供了拖动步进电机及伺服电机的单轴或多轴位置控制摸板。在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给摸板，摸板移动一轴或数轴到目标位置。当每个轴移动时，位置控制摸板保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。目前已用在控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削、磨削等场合。3

13、定时控制PLC为用户提供了一定数量的定时器，并设置了定时器可实现0.1999.9s或0.0199.9s的定时控制，也可以按一定方式进行定时时间的扩展。定时精度高，定时设定方便、灵活。同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确的实时控制。4 计数控制PLC为用户提供的计数器分为普通计数器、可逆计数器、高数计数器等，用来完成不同用途的计数控制。当计数器的当前计数值等于计数器的设定值，或在某一数值范围时，发出控制命令。计数器的计数值可以在运行中被读出，也可以在运行中进行修改。5 步进控制PLC为用户提供了一定数量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步进控制功能。在一道工序完成之后，自动进行下一道

14、工序。一个工作周期结束后，自动进入下一个工作周期。有些PLC还专门设有步进控制指令，使得步进控制更为方便。6 数据处理大部分PLC都具有不同程度的数据处理，如F2系列、C系列、S5系列PLC等，能完成数据运算如：加、减、乘、除、乘方、开方等，逻辑运算如：与、或、异或、求反等，移位、数据比较和传送及数值的转换等操作。7 模/数和数/模转换在过程控制或闭环控制系统中，存在温度、压力、流量、速度、位移、电流、电压等连续变化的物理量（或称模拟量）。过去，由于PLC机长于逻辑运算控制，对于这些模拟量的控制主要靠仪表控制（如果回路数较少）或分布式控制DCS（如果回路数较多）。目前，不但大、中型PLC都具有

15、模拟量处理功能，甚至很多小型PLC（如C系列P型机）也具有模拟量处理功能，而且编程和使用都很方便。8 通信及联网目前绝大多数PLC都具备了通信能力，能够在PLC机与计算机之间进行同位链接及上位链接。通过这些通信技术，使PLC更容易构成工厂自动化（FA）系统。也可与打印机、监视器等外部设备相连，记录和监视有关数据。第三节 可编程序控制器的系统组成 PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用可编程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入

16、输出接口电路等组成。PLC的结构框图如图11所示： 一、中央处理单元（CPU）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内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连接。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不絮地进行工作。用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序。CPU的主要任务有：控制用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中；诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的

17、语法错误等；PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通讯等功能。不同型号的PLC其CPU芯片的是不同的，有采用通用CPU芯片的，有采用厂家自行设计的专用CPU芯片的。CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。PLC的功能是随着CPU芯片技术发展而提高和增强的。二、存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序

18、，并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分。第一部分为系统管理程序，它主要控制PLC的运行，使整个PLC按不就班地工作。第二部分为用户指令解释程序。通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用。它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成，这部分程序的多少也决定了PLC性能的高低。用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和功能

19、存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型不同，可以是RAM（有掉电保护）、EPROM或EEPROM存储器，其内容可以由用户任意修改或增删。用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。三、输入 / 输出单元可编程序控制的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入/输出单元从广义上分包含两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。输入单元接收来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他

20、一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输入输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。下面简单介绍开关量输入输出接口电路。1、输入接口电路为防止各种干扰信号和高电压信号进入PLC，影响其可靠性或造成设备损坏，现场输入接口电路一般由光电耦合电路进行隔离。光电耦合电路的关键器件是光耦合器，一般由发光二极管和光电三极管组成。通常PLC的输入类型可以是直流、

21、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。2、 输出接口电路输出接口电路通常有三种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。每种输出电路都采用电气隔离技术，电源由外部提供，输出电流一般为0.52 A，输出电流的额定植与负载的性质有关。为使避免受瞬间大电流的作用而损坏输出端外部接线必须采用保护措施：一是输入和输出公共端接熔断器；二是采用保护电路，对交流感性负载，一般用阻容吸收回路；对直流感性负载用续流二极管。由于输入和输出端是靠光信号耦合的，在电气上是完全隔离的，因此输出端的信号不会反馈到输入端，也不会产生地线干扰或其他串扰，因此可编程序控制器具有很高的可靠性和极

22、强的抗干扰能力。四、 电源部分PLC一般使用220V的交流电源，电源部件将交流电转换成供PLC的中央处理器、存储器等电路工作所需的直流电，使PLC能正常工作。电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的PLC，通常电源封装到机箱内部；对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块中。五、 扩展接口扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。六、通讯接口为了实现“人机”或“机机“之间的对话，PLC配有多种通讯接口。PLC通过这些通讯接口可以与监视器、打印机、其他的PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时，可将过程信

23、息、系统参数等输出打印；当与监视器（CRT）相连时可将过程图像显示出来；当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或联成网络，实现更大规模的控制；当与计算机 相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合控制。七、编程器编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器具有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符（指令表）后，才能输入。它一般简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。智能型的编程器又称图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。还可以利用微机（如IBMP

24、C）作为编程器，PLC生产厂家配有相应的软件包，使用微机编程是PLC发展的趋势。现在已有些PLC不再提供编程器，而只提供微机编程软件了，并且配有相应的通讯连接电缆。八、其他部件有些PLC还可配有EPROM写入器、存储器卡等其他外部设备。 第四节 可 编 程 序 控 制 器 的 工 作 原 理一、可编程序控制器的工作方式与运行框图众所周知，继电器控制系统是一种“硬件逻辑系统”，如图12（a）所示，它的三条支路是并行工作的，当按下按钮SB1，中间继电器K得电，K的两个触点闭合，接触器KM1、KM2同时得电并产生动作。所以继电器控制系统采用的是并行工作方式。而可编程控制器是一种工业控制计算机，故它的

25、工作原理是建立在计算机工作原理基础上，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，如图12（b）所示。但是CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，所以它属于串行工作方式。概括而言，PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令执行开始新一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。 图13 PLC运行框图二、可编程序控制器的工作过程 上面已经说明PLC是图13所示的运行框图进行工作的，当PLC处于正常运行时，它将不断重复图中的扫描过程，不断循环扫描地工作下去。分

26、析上述扫描过程，如果对远程I/O特殊模块和其他通讯服务暂不考虑，这样扫描过程就只剩下“输入采样”、“程序执行”和“输出刷新”三个阶段了。这三个阶段是PLC工作过程的中心内容，理解透PLC工作过程的这三个阶段是学习好PLC的基础。下面就对这三个阶段进行详细的分析，PLC典型的扫描周期示意如14所示（不考虑立即输入、立即输出情况）。输入采样阶段 PLC在输入采样阶段，首先扫描所哟输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶

27、段，才重新写入输入端的新内容。所以一般来说，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，否则很可能造成信号的丢失。 程序执行阶段 根据PLC梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC按从左到右、从上到下的步骤序执行程序。 当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”采集到的对应元件（“软继电器”）的 当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器来说，每一个元件（“软继电器”）的状态会随着程序执行过程而变化。 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。三、可编程序控制

28、器对输入/输出的处理原则 根据上述工作特点，可以归纳出PLC在输入/输出处理方面必须遵守的一般原则：（1） 输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。（2） 程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。（3） 输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。（4） 输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定。（5） 输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。第二章 S7200系列PLC的硬件系统及内部资源 S7200系列可编程控制器可以满足多种多样的自动化控制的需要。由于具有紧凑的设计、良好

29、的扩展性、低廉的价格以及强大的指令系统，使得S7200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性和可选择性。第一节 概 述 S7200 PLC是德国西门子公司生产的一种超小型PLC，超小型是指其功能具有大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的价格一样，因此，它一经推出，即受到广泛的关注。特别是S7200 CPU22*系列PLC（它是S721*系列的替代产品），由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，可以很容易地组成PLC网络。同时具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在采用S722*系列PLC来完成控制系统的

30、设计时更加简单，系统的集成非常方便，几乎可以完成任何功能的控制任务。 S7系列PLC还有S7300和S7400系列，它们分别为中大型PLC，它们完全可以替代西门子早期的S511*系列的PLC，S7系列PLC的编程均使用STEP7编程语言。考虑到西门子公司的产品在中国应用非常广泛，其功能比较全面和典型，具有一定的代表性，特别是S722*系列，它几乎包含了西门子PLC所有的性能，因此节以S722*系列为例，详细介绍S7200系列PLC的软硬件系统，扩展功能模块，I/O编程方式和PLC内部软元件等。第二节 SIMATIC S7200系列PLC的硬件系统 SIMATIC S7200系列是西门子公司前几

31、年刚刚投入市场的小型可编程序控制器，可以单机运行，也可以输入/输出扩展模块。它结构小巧，可靠性高，运行速度快，继承和发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，配有功能丰富的扩展模块，性能价格比非常高，它在各行各有有业中应用得到迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。一、 S7200系列PLC系统基本构成SIMATIC S7200硬件系统的配置方式采用整体式加积木式、即主机中包含一定数量的I/O输入输出，同时还可以扩展各种功能模块。一个完整的PLC系统如图21所示。（1） 基本单元 基本单元（Basic Unit）有时又称做CPU模

32、块，也有的称之为主机或本机。它包括CPU、存储器、基本输入输出点和电源等，是PLC的主要部分。它实际就是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。（2） 扩展单元 主机I/O数量不能满足控制控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是由多种因素共同决定的。（3） 特殊功能模块 当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可与SIMATIC S7200主机相联，以完成某种特殊的控制任务而特制的一种装置。（4） 相关设备 相关设备是为充分和方便地利用SIMATIC S7200系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人机

33、操作界面和网络设备等。（5） 工业软件 工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。二、 存储系统S7200系列PLC的存储系统由RAM和EEPROM两种类型存储器构成。CPU模块内部配备一定容量的RAM和EEPROM，同时，CPU模块支持可选的EEPROM存储器卡。存储系统如图22所示。1、 存储器及使用 S7200的程序从广义上看，由三部分构成：用户程序、数据块和参数块。用户程序是必选部分，数据块和参数块是可选部分。参数块主要是指CPU的组态数据，数据块主要是用户程序执行过程中所用到的和生成的数据。对存储系统的使

34、用主要包括以下几个方面：（1）上装和下装用户程序 上装和下装用户程序指的是用STEPMicro/Win 32编程软件进行编程时，PLC主机和计算机之间的程序、数据和参数间的传送。上装用户程序：是将PLC中的程序和数据通过通讯设备上装到计算机中，并进行程序检查和修改。下装用户程序：是将编制好的程序、数据和CPU组态参数通过通讯设备下装到PLC中并进行运行调试。下装用户程序时，用户程序、数据和组态配置参数存于主机的存储器RAM中，为了永久保存，主机会自动地把这些内容装入EEPROM以永久保存。 （2）定义存储器保持范围 当系统运行时会出现电源掉电的意外情况，为了使掉电时系统运行的一些重要参数不丢失

35、，可以在设置CPU参数时定义可选且可保持的存储区。用户可以定义的存储保持的存储区有：变量存储器V、通用辅助继电器M、计数器C和定时器T（只有TONR）。2、用程序永久保存数据 用户可以用程序将存储在RAM中的字节、字或双字数据备份到EEPROM存储器。这项功能可以用于保存变量存储器区任意位置的数据。 保存操作规程会使所写的数据覆盖先前EEPROM的操作会将扫描周期延长至1520ms。由于EEPROM这种存操作的次数有限，所以应尽量减少存操作的次数。只有在特殊情况发生时，才可以执行这种操作。三、 输入/输出的扩展1、 输入/输出设备连接的方法输入/输出设备的连接包括I/O扩展模块和功能扩展模块。

36、（1） I/O扩展模块输入和输出点是系统与被控制对象的连接点。用户可以使用主机I/O和扩展I/O。S7200系列CPU提供一定数量的主机数量I/O点，但在主机点数不够的情况下，就必须使用扩展模块的I/O点。（2） 功能扩展模块当需要完成某些特殊功能的控制任务时，SIMATIC S7200主机可以扩展特殊功能模块。如要求完成回路控制时，可以扩展模拟量的输入/输出模块。除硬件连接之外，还必须掌握两点，最大I/O配置的计算和输入/输出组态。典型的输入/输出模块和特殊功能模块有：S7200PLC系列目前总共可以提供几类数字量输入/输出扩展模块： 输入扩展模块EM221具有8点DC输入，光隔离。输出扩展

37、模块EM222有两种：8点直流24VDC输出，8点继电器输出。输入/输出混合扩展模块EM223有六种：分别为4点、8点、16点输入/4点、8点、16点输出的各种组合。模拟量输入/输出扩展模块： 模拟量输入扩展模块EM231具有4路模拟量输入；模拟量输出扩展模块EM232具有2路模拟量输出；模拟量输入/输出扩展模块EM235具有4路模拟量输入和1路模拟量输出。功能模块有热电阻、热电偶模块和通讯接口类模块等。2、 最大I/O配置的预算各CPU的 主机I/O点数和可连接的最多扩展模块见表21。其中CPU224和CPU226可扩展的模块中，最多只能有2个智能模块，如EM227 PROFIBUSDP。最

38、大I/O配置的预算还受以下几个因素的限制：映像寄存器的数量、CPU为扩展模块所能提供的最大电流和每种扩展模块消耗的电流。同时在一个控制系统中所有扩展模块消耗的电流不能超过CPU所能提供的电流。各CPU所能提供的最大直流5V电流如表21所列。表21 主机及扩展模块I/O指标型 号主机输出类型主机输入点数主机输出点数可扩展模块数最大扩展电流CPU 221DC/继电器64无0 mACPU 222DC/继电器862340 mACPU 224DC/继电器14107660 mACPU 226DC/继电器241671000 mA3、模块输入/输出电路以EM223模块为例，介绍PLC输入/输出电路的原理及连接

39、方式。EM223混合输入输出模块，该模块有4个输入端，4个输出端。（1） 输出接口电路该模块的输出为继电器型，外部电源及负载与PLC内部是充分隔离的，内外绝缘要求为1500VAC一分钟，继电器的响应时间为10ms，在530VDC/150VAC电压下的最大负载电流为2A/点。但要注意，驱动电感性负载时，要降低额定值使用，以免烧坏触点，尤其是直流感性负载；要并联浪涌吸收器，以延长触点的寿命。但并联浪涌吸收器后，整个开关延时会加长。该模块输出端中有一个公共点，当输出点较多时，会有多个输出公共端，一般4个或8个输出端公用一个公共端，由于公共端是相互隔离的，因此不同组的负载可以有不同的驱动电源。对晶体管

40、型输出，在环境温度40C0以下时，最大负载电流为0.7A/点；若环境温度上升则，应该减低负载的电流。使用晶体管输出的好处是其响应速度快，约为25us（断）。（2） 输入接口电路 PLC所有的输入都与内部电路之间有光电隔离电路。第三章 S7200系列PLC基本功能指令及应用第一节 功能指令的分类及用途 基本指令基于继电器、定时器、计数器类软元件，主要用于逻辑处理。作为工业控制计算机，可编程控制器仅有基本指令是远远不够的。现代工业控制的许多场合需要数据处理，因而PLC制造商逐步在PLC中引入了功能指令（Functional Instruction）或称为应用程序（Applied Instructi

41、on），用于数据的传送、运算、变换、程序控制及通讯等功能，这使得可编程控制器成了真正意义上的计算机。特别是近年来，功能指令有向综合性方向迈进了一大步，出现了许多用一条指令即能实现以往需大段程序才能完成的某种任务的指令，如PID功能、表功能、高计数器、脉冲输出指令等。这类指令实际上就是一个个功能完整的子程序从而大大提高了PLC的实用价值和应用普及率。PLC功能指令依据其功能大致可分为数据处理、程序控制类、特种功能类及外部设备类等类型。其中各种运算的实现。程序控制类含子程序、中断、跳转及循环及步进顺控等指令，用于程序结构及流程的控制。特种功能类含时钟、高速计数、脉冲输出、表功能、PID处理等指令，

42、用于实现某些专用功能。外部设备指令含输入输出口设备指令及通讯指令及通讯指令等，用于主机内外设备间的数据交换。第二节 功能指令的表达形式及使用要素 和基本指令类似，功能指令具有梯形图及指令表达形式。由于功能指令的内涵主要是指令要完成什么功能，而不含表达梯形图符号间相互关系的成分，功能指令的梯形图符号多为功能框。又由于数据处理远比逻辑处理复杂，功能指令涉及的机内器件种类及数据量都比较多。表31是来源于S7200可编程控制器系统手册中加、减法运算指令的说明。现以此为例介绍功能指令的表达方式及使用要素。 （1）功能框及指令的标题 梯形图中功能指令多用功能框表达。功能框顶部标有该指令的标题。如上表中的“

43、ADD-I”及“SUB-I”分别表示整数加法及整数减法指令。标题一般由两个部分组成，前部为指令的助记符，多为英语缩写词，如加法指令中“ADDITION”简写为“ADD”；后部为参与运算的数据类型，如上表标题中的“I”，表示为整数。另还常见“DI”为双整数，“R”表示实数，“B”表示字节，“W”为字，“DW”为双字等。 （2）语句表达格式 语句表达式一般也分为两部分，第一部分表示指令的功能，第二部分为参加运算的数据地址或数据，也有无数据的功能指令语句。第一部分即助记符，一般和功能框中指令标题相同，但也可能不同，如以上整数加法指令中使用“+I”表示整数加法。 （3）操作数类型及长度 操作数是功能指

44、令涉及或生产的数据。功能框及语句中用“IN”及“OUT”表示的即为操作数。操作数又可分为源操作数、目标操作数及其他操作数。源操作数是指令执行后不改变其内容的操作数。目标操作数是指令执行后将改变其内容的操作数。从梯形图符号来说，功能框左边的操作数通常是源操作数，功能框右边的操作数为目标操作数，如加指令梯形图符号中“IN1”“IN2”为源操作数，“OUT”为目标操作数。有时源操作数及目标操作数也可使用同一存储单元。操作数中还有辅助操作数，常用来对源操作数和目标操作数做出补充说明。 （4）指令执行条件及执行形式 功能框中以“EN”表示的输入为指令执行的条件。在梯形图中，“EN”连接的为编程软件触点的

45、组合。从能流的角度出发，当触点组合满足能流达到功能框的条件时，该功能框所表示的指令就得以执行。值得提及的是，当功能框EN前的执行条件成立时，该指令在每个扫描周期都会被执行一次，这种执行方式称为连续执行。而在很多场合希望某些功能框只执行一次，即只在一个扫描周期中有效，这时可以用脉冲作为执行条件，这种执行方式称脉冲执行。有些功能指令用连续执行和脉冲执行结果都一样，但有些指令两种执行方式结果会大不一样，如数据交换指令，原本是指两个数据单元中的数据交换位置，如多次换位，就有可能换位和不换位是一样的了。因此，在编程时必须给功能框设定合适的执行条件。 （5）指令功能及ENO状态 每条指令都有自身的功能，使

46、用前须认真了解。某些功能指令框右侧设有EON使能输出，它是LAD及FBD功能框的布尔输出，如使能输入EN有能流并且指令被正常执行，EON输出将会能流传递给下一个元素。如果指令执行出错，ENO则为0。 （6）指令执行结果对特殊标志位的影响 为了方便用户更好地了解机内运行的情况，并为控制及故障自诊断提供方便，PLC中设立了许多特殊标志位，如溢出位、负值位等。具体情况可在指令说明中查询。 （7）指令的机型适用范围 S7200系列机型的功能指令往往并不是本系列机型中任一款都适用的，不同的CPU型号可适用的功能指令范围不尽相同，可以查有关手册了解。第三节S7200系列PLC基本功能指令 功能指令种类繁多

47、，虽然其助记符与汇编语言相似，略具计算机知识的人不难记忆，但详细了解并记住其功能不是一件容易的事。一般也不必准确记忆其详尽用法，大致了解了S7200有哪些功能指令后，到实际用时可在查相关手册。 以下介绍S7200系列PLC的部分功能指令。一、传送类指令传送含单个数据传送及一次性传送多个连续字块的传送，每种又可依传送数据的类型分为字节、字、双字或者实数等几种情况。传送指令用于机内数据的流转与生成，可用于存储单元的清零、程序初始化等场合。1、字节、字、双字、实数传送指令字节传送指令（MOVB）、字传送指令（MOVW）、双字传送指令（MOVD）和实数传送指令（MOVR）在不改变原值的情况下将IN中的

48、值传送到OUT。表32给出了以上指令的表达形式及操作数。使ENO=0的 错误条件：0006（间接寻址）2、字节立即传送指令字节立即传送指令含字节立即读指令（BIR）及字节立即写（BIW）指令，允许在物理I/O和存储器之间立即传送一个字节数据。字节立即读指令（BIR）读物理输入IN，并存入OUT，不刷新过程映像寄存器。字节立即写指令（BIW）从存储器IN读取数据，写入物理输出，同时刷新相应的过程映像区。表33为字节立即传送指令的表达形式及操作数。使ENO=0的错误条件：0006（间接寻址）、不能访问扩展模块。3、块传送指令字节块（BMB）的传送、字块（BMW）的传送和双字块的传送（BMD）指令传

49、送指定数量的数据到一个新的存储区，数据的起始地址为IN，数据的长度为N个字节、字或双字，新块的起始地址为OUT。N的范围从1至255。表34为块传送指令的表达形式及操作数。使ENO=0的错误条件：0006（间接寻址）、0091（操作数超出范围）。二、比较指令 比较指令含数值比较指令及字符串比较指令，数值比较指令用于比较两个数值，字符串比较指令用于比较两个字符串的ASCII码字符。比较指令在程序中主要用于建立控制节点，本节仅说明数值比较指令。 数值比较指令IN1=IN2，IN1=IN2，IN1IN2,IN1IN2 等6种情况。被比较的数据可以是字节、整数、双字及实数。其中，字节比较是无符号的，整

50、数、双字、实数的比较是有符号的。 比较指令以触点形式出现在梯形图及指令表中，因而有“LD”、“A”、“O”三种基本形式。 对于LAD，当比较结果为真时，指令使能点接通；对于STL，比较结果为真时，将栈顶值置1。比较指令为上下限控制及事件的比较判断提供了极大的方便。表35为数值比较指令的表达形式及操作数。三、识字运算类指令 数字运算指令是运算功能的主要指令，含四则运算指令、数学功能指令及递增、递减指令。四则运算含整数、双整数、实数四则运算，一般来说，源操作数与目标操作数具有一致性，但也有整数运算产生双整数的指令。数学功能指令指三角函数、对数及指数、平方根等指令。运算类指令与存储器及标志位的关系密

51、切，使用时需注意。 （一）四则运算指令 1、整数四则运算 整数四则运算指令使两个16位整数运算后产生一个16位结果（OUT）。整数除法不保留余数。 在LAD中：IN1+IN2=OUT，IN1-IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT 在STL中：IN1+OUT =OUT，OUT -IN2=OUT，IN1*OUT =OUT，OUT /IN2=OUT 表36为整数四则运算指令的表达式形式及操作数。 使ENO=0的错误条件是：SM1.1（溢出）、SM1.3（ 被0除）、0006（间接寻址）。受影响的SM标志位：SM1.0（结果为零）、SM1.1（溢出）、SM1.2（负）、SM1

52、.3（被0除）。 图31给出了整数运算的例子。图31 整数运算指令程序举例 2、双整数四则运算指令 双整数的四则运算指令使两个32位整数运算后产生一个32位结果（OUT）。双整数除法不保留余数。 在LAD中：IN1+IN2=OUT，IN1-IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT 在STL中：IN1+OUT=OUT，OUT-IN1=OUT，IN1*IN2=OUT，OUT/IN2=OUT 表37为双整数四则运算指令的表达形式及操作数。 使ENO=0的错误条件是：SM1.1（溢出）、SM1.3（被0除）、0006（间接寻址）。受影响的SM标志位：SM1.0（结果为零）、SM1

53、.2（负）、SM1.3（被0除）。 3、实数四则运算指令 实数的四则运算指令使指令两个32位实数运算后产生一个32位实数结果（OUT）。 在LAD中：IN1+IN2=OUT，IN1-IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT 在STL中：IN1+OUT=OUT，OUT-IN1=OUT，IN1*IN2=OUT，OUT/IN2=OUT表38为实数四则运算指令的表达形式及操作数 使ENO=0的错误条件是：SM1.1（溢出）、SM1.3（被0除）、0006（间接寻址）。受影响的SM标志位：SM1.0（结果为零）、SM1.1（溢出）、SM1.2（负）、SM1.3（被0除）。 图32给

54、出了实数运算程序举例。 4、整数乘法产生双整数和带余数的整数除法指令 整数乘法产生双整数指令（MUL），将两个16位整数相乘，得到32位结果（OUT）。 在LAD中，IN1*IN2=OUT，在STL中，IN1*OUT=OUT。 带余数的整数除法（DIV），将两个16位整数相除，得到32位结果。其中16位为余数（高16位字节），另外16位为商（低16位字节）。 在LAD中，IN1/IN2=OUT，在STL中，OUT/IN1=OUT。 表39为整数乘法产生双整数和带余数的整数除法指令的表达形式及操作数。 使ENO=0的错误条件是：SM1.1（溢出）、SM1.3（被0除）、0006（间接寻址）。受影

55、响的SM标志位：SM1.0（结果为零）、SM1.1（溢出）、SM1.2（结果为负）、SM1.3（被0除）。 （二）数学功能指令 正弦（SIN）、余弦（COS）和正切（TAN）指令计算角度值IN的三角函数值，并将结果存放在OUT中。自然指数指令（EXP）计算输入值IN为指数的自然指数值，并将结果存放在OUT中。平方根指令（SQRT）计算实数IN的平方根，结果存放在OUT中。 在LAD及STL中，SIN（IN）=OUT，COS（IN）=OUT，TAN（IN）=OUT，LN（IN）=OUT，EXP（IN）=OUT，SQRT（IN）=OUT。 表310为数学功能指令的表达形式及操作数。 使ENO=0的

56、错误条件是：SM1.1（溢出）、0006（间接寻址）。受影响的SM标志位：SM1.0（结果为零）、SM1.1（溢出）、SM1.2（结果为负）。 （三）递增和递减指令 字节、字、双字递增或递减指令把输入字节（IN）加1或减1，并把结果存放到输出单元（OUT）。字节增减指令是无符号的，字增减指令是有符号的（16#7FFF 16#8000），双字增减指令是有符号的（16#7FFFFFFF16#80000000）。在LAD中：IN+1=OUT，IN-1=OUT；在STL中：OUT+1=OUT，OUT-1=OUT。表311为递增和递减指令的表达形式及操作数。 使ENO=0的错误条件是：SM1.1（溢出）、0006（间接寻址）。受影响的SM标志位：SM1.0（结果为零）、SM1.1（溢出）