电气控制与PLC应用技术（S7-1200）课件 2任务2 S7-1200PLC程序设计基础

任务2S7-1200PLC程序设计基础主讲教师：童克波任务引入

PLC程序是设计人员根据控制系统的实际控制要求，通过PLC的编程语言进行编制的，根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），PLC的编程语言有以下5种，分别梯形图（LAD）、指令表（IL）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）及结构化控制语言（SCL）。不同型号的PLC编程软件对以上5种编程语言的支持种类是不同的，本节的任务是学习PLC程序设计基础。任务目标

1.熟悉S7-1200的编程语言。2.掌握PLC的工作原理。3.熟悉S7-1200PLC的数据类型。4.熟悉S7-1200PLC的系统存储区。相关知识1.S7-1200PLC的编程语言S7-1200PLC只有梯形图和功能块图这两种编程语言。1）梯形图

梯形图（LAD）是使用得最多的PLC图形编程语言。

梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令框组成。触点代表逻辑输入条件。线圈通常代表逻辑运算的结果，常用来控制外部的负载和内部的标志位等。指令框用来表示定时器、计数器或者数学运算等指令。

使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图，并将它下载到PLC。

触点和线圈等组成的电路称为程序段，英文名称为Network（网络），TIA博途软件自动为程序段编号。

可以在程序段编号的右边加上程序段的标题，在程序段编号的下面可以为程序段加上注释，点击编辑器工具栏上的

按钮，可以显示或关闭程序段的注释，如图2-20所示。相关知识图2-20梯形图相关知识2）功能块图

功能块图（FBD）使用类似于数字电路的图形编辑符号来表示控制逻辑，有数字电路基础的人很容易理解，国内很少有人使用功能块图语言。

在功能块图中，用类似于与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左边为输入变量，右边为逻辑运算的输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。指令框用来表示一些复杂的功能，例如数学运算等。图2-21所示是图2-20所示梯形图对应的功能块图。相关知识图2-21功能块图相关知识

3）编程语言的切换

在TIA博途编程软件中，打开项目树中PLC的“程序块”文件夹，双击Main[OB1]，打开程序编辑器，在工作区下面的巡视窗口的“属性”选项卡中，选择“常规”，打开语言下拉列表，选择FBD即可。转换过程如图2-22所示。图2-22

编程语言转换相关知识

2.CPU的工作原理S7-1200PLC系列的CPU中运行着操作系统和用户程序。

操作系统处理底层系统级任务，并执行用户程序的调用。操作系统固化在CPU中，用于执行与用户程序无关的CPU功能，以及组织CPU所有任务的执行顺序，操作系统的任务包括：

①启动；

②更新输入和输出过程映像；

③调用用户程序；

④检测中断并调用中断OB；

⑤检测并处理错误；

⑥管理存储区；

⑦与编程设备和其它设备通信。

相关知识

用户程序工作在操作系统平台，完成特定的自动化任务。用户程序是下载到CPU的数据块和程序块，用户程序的任务包括：

①启动初始化工作；

②进行数据处理，I/O数据交换和工艺相关的控制；

③对中断的响应；

④对异常和错误的处理。相关知识

1）CPU的工作模式S7-1200PLCCPU有三种工作模式：停机STOP、启动STARTUP、运行RUN，它们的功能如表2-10所示。表2-10S7-1200PLCCPU工作模式工作模式描述STOP不执行用户程序，可以下载项目，可以强制变量STARTUP执行一次启动OB（如果存在）及其它相关任务，如图2-4所示RUNCPU重复执行程序循环OB，响应中断事件相关知识CPU模块上没有切换工作模式的模式选择开关，只能使用TIA博途编程软件在“在线”菜单中更改操作模式，或工具栏上的“”按钮和“”按钮，来切换STOP或RUN工作模式。在STOP模式下，CPU处理所有通信请求（如果适用）并执行自诊断。CPU不执行用户程序。过程映像也不会自动更新。

（1）STOP模式STOP模式不执行用户程序，所有的输出被禁止或按组态时的设置提供替代值或保持最后的输出值，以保证系统处于安全状态。CPU不执行用户程序和自动刷新过程映像，仅处理通信请求和进行自诊断，可以下载项目。在RUN模式下不能下载项目。相关知识

（2）STARTUP模式

上电后CPU进入STARTUP模式，进行上电诊断和系统初始化，检查到某些错误时，将禁止CPU进入RUN模式，保持在STOP模式。CPU从STOP切换到RUN时，进入启动模式，执行启动OB及其关联的程序，如图2-23所示，CPU在启动过程中执行以下任务：A：将物理输入的状态复制到I存储器；B：将Q输出（映像）存储区初始化为零、上一个值或组态的替换值将PB、PN和AS-i输出设为零；C：将非保持性M存储器和数据块初始化为其初始值，并启用组态的循环中断事件和时钟事件，执行启动OB；D：将所有中断事件存储到要在进入RUN模式后处理的队列中；E：启用Q存储器到物理输出的写入操作。图2-23CPU启动和运行机制相关知识

（3）RUN模式

执行完启动OB后，CPU将进入RUN模式。CPU周而复始地执行一系列任务，任务循环执行一次为一个扫描周期。在每个扫描周期中，CPU都会写入输出、读取输入、执行用户程序、更新通信模块以及响应用户中断事件和通信请求。在扫描期间会定期处理通信请求。

如图2-23所示，CPU在RUN模式时执行以下任务：①将Q存储器写入物理输出；②将物理输入的状态复制到I存储器；③执行程序循环OB；④执行自检诊断；⑤在扫描周期的任何阶段处理中断和通信。相关知识

（5）冷启动与暖启动

下载了用户程序的块和硬件组态后，下一次切换到RUN模式时，CPU执行冷启动。冷启动时复位输入，初始化输出；复位存储器，即清除工作存储器、非保持性存储区和保持性存储区，并将装载存储器的内部复制到工作存储器。存储器复位不会清除诊断缓冲区，也不会清除永久保存的IP地址。

冷启动之后，在下一次下载之前的STOP到RUN模式的切换均为暖启动。暖启动时所有非保持的系统数据和用户数据被初始化，不会清除保持性存储区。

暖启动不对存储器复位，要复位存储器可以打开TIA博途编程软件，在PLC项目中选择“在线与诊断”，将PLC处于在线状态，在“CPU操作面板”上点击的“MRES”按钮来复位存储器。S7-1200PLC不支持在运行时插入或拔出信号板、信号模块和通信模块，但可以插入或拔出SIMATIC存储卡。相关知识2）存储器机制S7-1200PLCCPU提供了用于存储用户程序、数据和组态的存储器。存储器的类型和特性如表2-11所示。

表2-11存储器特性类型描述装载存储器