第6章 S7-1200 PLC的编程基础

郑海春2022年1月第六章S7-1200PLC的编程基础提纲电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春2数制、编码和逻辑运算S7-1200的编程语言用户程序结构简介S7-1200PLC的工作模式系统存储区和数据类型数制、编码和逻辑运算电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春3数制1．二进制2．十六进制二进制常数以2#开始，例如2#10111.01对应的十进制数为：2#10111.01=1×24+0×23+1×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2=23.25例如2#10111.01对应的十六进制数为：2#10111.01=2#00010111.0100=16#17.4数制、编码和逻辑运算电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春4数制B#16#、W#16#、DW#16#分别用来表示十六进制字节、字和双字常数，例如W#16#7A14。提示：1B=8bit；1W=2B；1DW=2W。B-Byte，W-Word，DW-DoubleWord。数制、编码和逻辑运算电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春5编码1．原码原码表示法，符号位用数码0表示正号，用数码1表示负号，数值部分按一般二进制形式表示。例如，﹢77原=01001101，﹣77原

=11001101。2．反码和补码正数的原码、反码和补码的表示是相同的，例如，﹢77原=﹢77反=﹢77补=01001101；负数的反码：负数的原码的符号位保持不变，数值位按位取反（0变1，1变0），例如，﹣77反=10110010；负数的补码：负数的反码加1，例如，﹣77补=10110011。数制、编码和逻辑运算电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春6编码3．BCD码实际中，人们习惯用十进制表示数据，而计算机内部是二进制表示，为解决这一问题，人们为计算机设计了BCD（BinaryCodedDecimal）码。BCD码用4位二进制数来表示1位十进制数，即二进制编码十进制数。每一位BCD码的数值范围为2#0000～2#1001，对应于十进制数0～9。BCD码表示带符号数时，最高位二进制数用来表示符号，负数为1，正数为0。一般令负数和正数的最高4位二进制数分别为1111或0000。例如，BCD码2#1111100000101001表示的十进制数是-829。TIAPortal用BCD码来显示日期和时间值，例如，用BCD码2#0010000000100001表示2021（年）这个十进制数。数制、编码和逻辑运算电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春7逻辑运算使用传统的继电器电路或PLC的梯形图可以实现开关量的逻辑运算。梯形图中，触点的串联对应“与”运算，触点的并联对应“或”运算，用常闭触点对应“非”运算。多个触点的串、并联电路可以实现复杂的逻辑运算。S7-1200的编程语言电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春8IEC61131是国际电工委员会（internationalelectrotechnicalcommission，IEC）制定的PLC的国际标准，其中第三部分IEC61131-3是PLC的编程语言标准。IEC61131-3的5种编程语言：（1）指令表(InstructionList，IL)；（2）结构文本(StructuredText,ST)，S7-1200为结构化控制语言(StructuredControlLanguage,SCL)；（3）梯形图(LadderDiagram,LD)，西门子PLC的梯形图简称为LAD；（4）功能块图(FunctionBlockDiagram,FBD)；（5）顺序功能图(SequentialFunctionChart,SFC)。S7-1200使用梯形图LAD、功能块图FBD和结构化控制语言SCL这三种编程语言。S7-1200的编程语言电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春9梯形图S7-1200的编程语言电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春10功能块图S7-1200的编程语言电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春11结构化控制语言TIA博途软件支持结构化控制语言（SCL），SCL语言类似计算机高级语言，如果你有C、Java、C++、Python这种高级语言的学习经历，再学习SCL就会容易很多。在用SCL语言编程时，主要用IF...THEN/CASE/FOR/WHILE语句去构造分支、循环这样的结构。所有程序的编写都是在纯文本的环境下编辑，不像梯形图那么直观。借助SCL，可以简化控制领域复杂的计算、算法、数据管理和数据组织等编程工作。S7-1200的编程语言电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春12结构化控制语言以第5.3.3节的“启-保-停”控制实例为控制需求，采用SCL语言编写程序。注意：只能在“添加新块”对话框中选择SCL编程语言。S7-1200的编程语言电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春13结构化控制语言注意：在函数FC中要注意接口变量的类型，一定要把MOTOR变量定义成InOut类型而不是Output类型，如果定义成Output类型将导致无法实现自保持，因为函数FC没有背景数据块。此例如果采用函数块FB来实现，则MOTOR变量可以定义成Output类型，因为函数块FB有背景数据块。S7-1200的编程语言电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春14结构化控制语言用户程序结构简介电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春15S7-1200PLC的用户程序结构分为OB（组织块），FC（函数），FB（函数块）以及DB（数据块）。其中的OB、FB、FC都包含程序，统称为代码块。用户程序结构的划分有利于实现模块化编程。在块调用中，调用者可以是各种代码块，被调用的块是OB之外的代码块。调用函数块FB时需要为它指定一个背景数据块（InstanceDB）。用户程序结构简介电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春16组织块组织块（organizationblock，OB）是系统程序和用户程序之间的接口，由系统程序调用。组织块OB的调用是由事件触发的，不能在代码块中进行OB的调用。组织块中的程序是用户编写的。常用的组织块主要有以下三种。1．程序循环组织块OB1是程序循环（Programcycle）组织块，也称为主程序，也是唯一的用户程序中必须具备的代码块。系统程序循环调用OB1，因此OB1中的程序是循环执行的。用户程序结构简介电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春17组织块2．启动组织块启动（Startup）组织块，在PLC的工作模式从STOP切换为RUN时仅执行一次。完成后，将开始执行主程序循环OB1。启动组织块主要用来初始化，是可选的。3．中断组织块中断（Interrupt）组织块实现对内部事件或外部事件的快速响应。当出现中断事件，如硬件中断，CPU暂停正在执行的程序块，自动调用一个分配给该事件的中断组织块，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。用户程序结构简介电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春18函数函数（function，FC）是用户编写的没有固定的存储区的代码块，函数执行结束后，其局部变量在内存中分配的空间释放，里面的数据丢失。函数FC可用于完成标准的和可重复使用的操作。函数FC实现程序代码的复用。用户程序结构简介电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春19函数块函数块（functionblock，FB）是用户编写的带有专用存储区的块，该专用存储区称为背景数据块。FB与FC相比，每次调用函数块都必须为之分配背景数据块。每调用一次分配一个背景数据块，用来存放函数块的Input、Output、InOut参数变量及Static静态变量（Temp类型除外）的值和运算结果。一个函数块的背景数据块，也可包含多个函数块的背景数据块（多重背景数据块）。背景数据块是根据FB接口区定义自动生成的。用户程序结构简介电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春20函数块注意：S7-1200的某些指令（例如符合IEC标准的定时器和计数器指令）实际上是函数块FB，在调用它们时需要指定配套的背景数据块。总结：函数与函数块的区别，①函数块FB有背景数据块，函数FC没有背景数据块。②FB和FC均为用户编写的子程序。接口区中均有Input、Output、InOut参数和Temp数据。函数FC没有静态变量（Static），函数块FB有保存在背景数据块中的静态变量。③只能在函数内部访问它接口区中定义的变量。而函数块由于有背景数据块，所以外部代码或HMI可以访问FB的背景数据块中的变量。④如果代码块有执行完后需要保存的数据，应使用函数块，而不是函数。⑤函数块接口区定义的局部变量（不包括Temp）有默认值（初始值），函数的局部变量没有默认值。用户程序结构简介电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春21数据块数据块（datablock，DB）用于存储程序数据，分为全局数据块和背景数据块。与代码块不同，数据块没有指令。全局数据块存储供所有的代码块使用的数据，所有的OB、FB、FC都可以访问它们。背景数据块与函数块FB相关联，注意FB的临时数据（Temp）是不在背景数据块中保存的。提示：无论是全局数据块，还是背景数据块，都是全局变量，可以被所有程序访问。用户程序结构简介电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春22数据块S7-1200PLC的工作模式电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春23三种工作模式介绍S7-1200PLC有三种工作模式：STOP（停止）、STARTUP（启动）、RUN（运行）。CPU面板上的RUN/STOP状态LED用来指示当前的工作模式。S7-1200CPU未提供用于更改工作模式的物理开关，可以通过双击“项目树”中的“在线和诊断”工具，然后单击工具栏上的命令注意：只有CPU处于STOP模式时，才能下载项目。S7-1200PLC的工作模式电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春24冷启动与暖启动下载了用户程序和硬件组态后，由STOP模式切换到RUN模式，CPU执行冷启动。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。冷启动会复位保持性存储器，暖启动不对保持性存储器复位。可以用TIAPortal编程软件“在线工具”->“CPU操作面板”上的“MRES”命令按钮来复位存储器，使CPU回到初始状态。S7-1200PLC的工作模式电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春25CPU“上电后启动”项的设置系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春26S7-1200的系统存储区系统存储区也被称为数据存储区。“S7-1200的系统存储区提供了过程映像输入区（I）、过程映像输出区（Q）、位存储器区（M）、定时器区、计数器区等各种专用存储区，所有代码块可以无限制地访问该存储区，属于全局存储区。此外，系统存储区还包括数据块（DB）、临时（局部）数据区（L）。提示：因TIA博途不允许无符号名称的变量出现，所以即使用户没有为变量定义符号名称，TIA博途也会自动为其分配符号名称，默认从“Tag_1”开始分配。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春27S7-1200的系统存储区1．过程映像输入区（I）过程映像输入I是CPU用于接收外部输入信号的，比如按钮、开关、行程开关等。CPU会在扫描开始时从输入模块上读取外部输入信号的状态，并将这些状态记录到过程映像输入区中，当程序执行的时候从这个过程映像输入区读取对应的状态进行运算。如果我们给地址或变量后面加上“：P”这个符号的话，就可以立即访问外设输入。它的数值是直接从与其连接的现场设备接收数值，而不是过程映像输入区。使用地址标识符“I”访问过程映像输入区，可以按位I、字节IB、字IW或双字ID进行访问。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春28S7-1200的系统存储区2．过程映像输出区（Q）过程映像输出Q是将程序执行的运算结果输出驱动外部负载的，比如指示灯、接触器、继电器、电磁阀等。如果需要把运算结果直接写入到物理输出点，需要在地址或变量名称后面加上“：P”这个符号。使用地址标识符“Q”访问过程映像输出区，在程序中表示方法与输入信号类似。注意：在使用输出Q的时候需要注意避免双线圈的情况。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春29S7-1200的系统存储区3．位存储区（M）位存储区（M）又称内部辅助继电器，用于实现中间逻辑，存储中间状态或其他控制信息。位存储区的访问方法与访问输入、输出映像区的方法类似。M区中掉电保持区的大小可以在“PLC变量”->“保持性存储器”中设置。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春30S7-1200的系统存储区3．位存储区（M）注意：因为系统存储器和时钟存储器不是保留的存储器，用户程序或通信可能改写这些存储单元，破坏其中的数据。指定了系统存储器和时钟存储器字节后，这两个字节不能再作其他用途，否则将会使用户程序运行出错，甚至造成设备损坏或人身伤害。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春31S7-1200的系统存储区4．临时（局部）数据区（L）临时存储器与M存储器类似，主要区别是M存储器在“全局”范围内有效，数据可以全局性地用于用户程序中的所有元素，任何OB、FC或FB都可以访问M存储器中的数据。而临时存储器在“局部”范围内有效，只有创建或声明了临时存储单元的OB、FC或FB才可以访问临时存储器中的数据。例如：当OB调用FC时，FC无法访问对其进行调用的OB的临时存储器。注意：只能通过符号寻址的方式访问临时存储器。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春32S7-1200的系统存储区5．数据块（DB）数据块（DB）有全局数据块DB和背景数据块DB两种类型。用户程序中的任何代码块OB、FB或FC都可以访问全局数据块DB中的数据。每次添加一个新的全局数据块DB时，其默认类型为优化的块访问DB。可以取消勾选复选框“优化的块访问”，修改DB的类型为非优化的块访问DB。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春33S7-1200的系统存储区5．数据块（DB）提示：勾选“优化的块访问”后，只能用符号地址访问生成的块中定义的变量，不能使用绝对地址访问。这种访问方式可以提高存储器的利用率。未勾选“优化的块访问”，能用符号地址和绝对地址访问数据块中的变量，数据块中才会显示“偏移量”。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春34S7-1200的系统存储区5．数据块（DB）每个FB（函数块）都有一个对应的背景数据块，一个FB（函数块）也可以使用不同的背景数据块。背景数据块的优化属性是由其所属的FB（函数块）决定的，如果该FB（函数块）为优化的块访问，则其背景DB就是优化的块访问，否则就是非优化的块访问。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春35S7-1200的基本数据类型在TIAPortal中设计程序时，用于建立变量的区域有：变量表、DB块、FB块、FC块、OB块的接口区。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春36S7-1200的基本数据类型1．位和位序列位数据的数据类型为Bool（布尔）型，在编程软件中，Bool变量的值1和0用TRUE（真）和FALSE（假）来表示。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。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春37S7-1200的基本数据类型1．位和位序列图6-15字节、字、双字的寻址系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春38S7-1200的基本数据类型2．整数所有整数的符号中均有Int。符号中带S的为8位整数（短整数），带D的为32位双整数，不带S和D的为16位整数。带U的为无符号整数，不带U的为有符号整数。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春39S7-1200的基本数据类型3．浮点数举例：浮点数ｘ的二进制存储格式为(41360000)16，求其32位浮点数的十进制值。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春40S7-1200的基本数据类型举例：浮点数ｘ的二进制存储格式为(41360000)16，求其32位浮点数的十进制值。解答：十六进制数展开，可得32位二进制数01000001001101100000000000000000

指数e＝E－127＝10000010－01111111＝00000011=(3)10

包含隐藏整数位1的尾数1.M＝1.01101100000000000000000＝1.011011

于是有，

ｘ＝(－1)S×1.M×2e＝＋(1.011011)×23＝＋1011.011＝(11.375)10系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春41S7-1200的基本数据类型4．日期和时间系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春42S7-1200的基本数据类型4．日期和时间系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春43S7-1200的基本数据类型4．日期和时间系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春44S7-1200的基本数据类型4．日期和时间应用：1）设定每天晚上7点开灯，早上7点30分关灯；2）设定2030-01-01-12:00:00执行某个操作。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春45S7-1200的基本数据类型5．字符系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春46S7-1200的基本数据类型5．字符例，在PLC中创建一个DB块，并将属性设置为标准DB块（非优化的块访问），在DB1块中创建如下的字符串和字符，并赋予起始值。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春47S7-1200的基本数据类型5．字符系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春48S7-1200的基本数据类型5．字符例，在PLC中创建一个DB块，并将属性设置为标准DB块（非优化的块访问），在DB1块中创建如下的汉字字符串和汉字字符，并赋予起始值。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春49S7-1200的基本数据类型5．字符系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春50S7-1200的其他数据类型1．用户自定义数据类型（UDT）系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春51S7-1200的其他数据类型1．用户自定义数据类型（UDT）系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春52S7-1200的其他数据类型1．用户自定义数据类型（UDT）提示：Struct类型相对于UDT类型有一些缺点，建议需使用Struct类型时，可以使用UDT类型代替。UDT是Struct类型的升级替代，功能基本完全兼容Struct类型。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春53S7-1200的其他数据类型2．数组数据类型（Array）Array类型是由数目固定且数据类型相同的元素组成的数据结构。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春54S7-1200的其他数据类型2．数组数据类型（Array）提示：通讯中传递的数组数据经常是预先不知道数组长度的，这时可以使用变长数组的定义，例如Array[*]ofInt为Int类型的可变长度的数组。梯形图中通过“基本指令”->“移动操作”->“ARRAY[*]”下面的“LOWER_BOUND”和“UPPER_BOUND”指令可以获取变长数组的下标和上标。这里需要注意变长数组只能在函数FC的接口区中定义，不能在FB的接口区中定义。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春55S7-1200的其他数据类型3．参数数据类型（Variant）Variant类型是一个参数数据类型。Variant类型的形参是一个可以指向不同数据类型变量的指针，对应实参不能是常数。它可以指向基本数据类型，也可以指向复杂数据类型、UDT等。调用某个块时，可以将该块的Variant参数连接任何数据类型的变量。除了传递变量的指针外，还会传递变量的类型信息。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春56S7-1200的其他数据类型3．参数数据类型（Variant）Variant指向的实参，可以是符号寻址，也可以是绝对地址寻址，还可以是形如P#DB1.DBX0.0BYTE10这种指针形式的寻址。P#DB1.DBX0.0BYTE10的解释：指向从DB1.DBX0.0开始的10个字节，并且DB1必须是非优化的DB块，并包含有10字节长度的变量。P#指针举例，P#I0.0Bool8，P#Q0.0Word20，P#M100.0Int50系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春57S7-1200的其他数据类型4．系统数据类型（SDT）系统数据类型由系统提供具有预定义的结构，结构由固定数目的具有各种数据类型的元素构成，不能更改该结构。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春58使用AT覆盖变量S7-1200要访问声明变量内的数据区域，可以通过附加声明来覆盖所声明的变量。这样可以选择对已声明变量使用不同数据类型进行寻址，例如，可以使用BOOL的ARRAY对WORD数据类型变量的各个位寻址。系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春59使用AT覆盖变量系统存储区和数据类型电气控制与S7-1200应用技术教程郑海春60使用AT覆盖变量