3.2 PLC的工作原理与用户程序结构课件讲解

第3章

S7-1200程序设计基础

3.2PLC的工作原理

与用户程序结构

主讲人：邓春兰安徽交通职业技术学院PLC的工作原理与用户程序结构1.逻辑运算22PLC原理与结构逻辑运算用户程序结构PLC的工作过程

用逻辑代数中的1和0来表示数字量控制系统中变量的两种相反的工作状态。线圈通电、常开触点接通、常闭触点断开为1状态，反之为0状态。在波形图中，用高、低电平分别表示1、0状态。图的“与”“或”“非”逻辑运算关系见表1。

PLC的工作原理与用户程序结构33表1逻辑运算关系表PLC的工作原理与用户程序结构44

按下起动按钮SB1，电流经SB1的常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈。KM的主触点闭合，电动机开始运行。KM的辅助常开触点同时接通。

放开起动按钮，SB1的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈。KM常开触点的功能称为“自锁”或“自保持”。图1继电器控制电路PLC的工作原理与用户程序结构

电动机运行时按下停止按钮SB2，KM的线圈失电，电动机停止运行，同时KM的辅助常开触点断开。热继电器FR用于过载保护。图3.6中的继电器电路称为起动-保持-停止电路，简称为起保停电路。

逻辑代数式

中的加号表示逻辑“或”，乘号或*号表示逻辑“与”，上划线表示逻辑“非”。逻辑运算的规则为先“与”后“或”。括号优先，先执行括号中的“或”运算。PLC的工作原理与用户程序结构2.用户程序结构简介66模块化函数数据块组织块函数块53421结构简介PLC的工作原理与用户程序结构77（1）模块化简介

模块化编程将复杂的自动化任务划分为对应于生产过程的技术功能的子任务，每个子任务对应于一个称为“块”的子程序，通过块与块之间的相互调用来组织程序。这样的程序易于修改、查错和调试。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。

OB、FB、FC统称为代码块，被调用的代码块可以嵌套调用别的代码块。从程序循环OB或启动OB开始，嵌套深度为16；从中断OB开始，嵌套深度为6。PLC的工作原理与用户程序结构88（2）组织块

组织块OB是操作系统与用户程序的接口，由操作系统调用。表2用户程序中的块PLC的工作原理与用户程序结构99

a、程序循环组织块OB1是用户程序中的主程序，在每一次循环中，操作系统程序调用一次OB1。允许有多个程序循环OB。

b、启动组织块

CPU的工作模式从STOP切换到RUN时，执行一次启动组织块，来初始化程序循环OB中的某些变量。可以有多个启动OB，默认的为OB100。

c、中断组织块中断处理用来实现对特殊内部事件或外部事件的快速响应。如果出现中断事件，CPU暂停正在执行的程序块，自动调用一个分配给该事件的组织块（即中断程序）来处理中断事件。执行完中断组织块后，返回被中断的程序的断点处继续执行原来的程序。PLC的工作原理与用户程序结构1010（3）函数

函数FC（Function）是用户编写的子程序。函数没有固定的存储区，函数执行结束后，其临时变量中的数据就丢失了。（4）函数块

函数块FB（FunctionBlock）是用户编写的子程序。调用函数块时，需要指定背景数据块，后者是函数块专用的存储区。FB的输入、输出参数和局部静态变量保存在背景数据块中。FB的典型应用是执行不能在一个扫描周期完成的操作。（5）数据块

数据块DB是用于存放执行代码块时所需的数据的数据区。1）全局数据块存储供所有的代码块使用的数据。2）背景数据块存储的数据供特定的FB使用。PLC的工作原理与用户程序结构3.PLC工作过程1111

PLC的操作系统使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要求的特定功能。

134PLC工作过程CPU的工作模式工作模式的切换冷启动与暖启动52操作系统与用户程序RUN模式CPU的操作（1）操作系统与用户程序PLC的工作原理与用户程序结构1212（2）CPU的工作模式

CPU有3种工作模式：RUN、STOP与STARTUP。可以用编程软件改变CPU的工作模式。CPU内部的存储器中的过程映像输入区和过程映像输出区，用于存放输入信号和输出信号的状态。在启动阶段A~F，复位过程映像输入区，初始化输出区，执行启动OB，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，将外设输入状态复制到过程映像输入区，过程映像输出区（Q区）的值写到外设输出。将中断事件保存到队列，以便在RUN模式进行处理。RUN模式CPU反复地分阶段处理各种不同的任务。阶段①将过程映像输出区的值写到输出模块。阶段②将输入模块处的输入传送到过程映像输入区。阶段③执行一个或多个程序循环OB，首先执行主程序OB1。阶段④处理通信请求和进行自诊断。图2启动与过程示意图PLC的工作原理与用户程序结构1313（3）工作模式的切换

只能用STEP7在线工具中的CPU操作员面板，或工具栏上的按钮，来切换STOP或RUN工作模式。可以在用户程序中用STP指令使CPU进入STOP模式。（4）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容复制到工作存储器。冷启动后，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。可以用在线和诊断视图的“MRES”按钮来复位存储器。PLC的工作原理与用户程序结构1414（5）RUN模式CPU的操作（1）写外设输出操作系统将过程映像输出中的值写到输出模块并锁存起来。梯形图中某输出位的线圈“通电”时，对应的过程映像输出位中的二进制数为1。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。可以用指令立即改写外设输出点的值，同时将刷新过程映像输出。（2）读外设输入

CPU读取输入模块的输入，并传送到过程映像输入区。外接的输入电路闭合时，对应的过程映像输入位中的二进制数为1，梯形图中对应的输入点的常开触点接通，常闭触点断开。可以用指令立即读取数字量或模拟量的外设输入点的值，但是不会刷新过程映像输入。