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西门子PLC培训教程 柳州职业技术学院电子电气工程系 第一章西门子PLC简单概述第二章PLC系统特性及硬件介绍第三章使用STEP7创建一个工程第四章西门子编程语言学习第五章西门子的程序设计第六章利用WinCCflexible软件创建工程系统 西门子PLC培训教程 第1章PLC概述 1 1PLC的产生 1 2PLC的定义和分类 1 3PLC的功能和特点 1 4PLC的结构与工作过程 传统的生产机械自动控制装置 继电器控制系统优点 结构简单 价格低廉 容易操作 缺点 体积庞大 生产周期长 接线复杂 故障率高 可靠性及灵活性差 应用 比较适用于工作模式固定 控制逻辑简单等工业应用场合 1 1PLC的产生 用户迫切需要一种先进的自动控制装置 继电器控制系统 先进自动控制系统 可编程序逻辑控制器的产生美国数字设备公司 DEC 根据这一设想 于1969年研制成功了第一台可编程序控制器 由于当时主要用于顺序控制 只能进行逻辑运算 故称为可编程序逻辑控制器 ProgrammableLogicController PLC 1 2PLC的定义和分类 PLC的定义经历 可编程逻辑控制器 PLC 可编程控制器 PC 通用叫法 可编程序控制器 ProgrammableController PC 是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机 它具有丰富的输入 输出接口 并且具有较强的驱动能力 但由于PC容易和个人计算机 PersonalComputer 混淆 所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写 国际电工委员会 IEC 对可编程控制器的定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境应用而设计的 它采用一类可编程的存储器 用于其内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类型的机械或生产过程 PLC的分类一体化紧凑型PLC 电源 CPU中央处理系统 I O接口都集成在一个机壳内 如西门子S7 200系列 CPU 基本单元 扩展模块 标准模块式结构化PLC 各种模块相互独立 并安装在固定的机架 导轨 上 构成一个完整的PLC应用系统 如 西门子S7 300 S7 400系列 1 3PLC的功能和特点 PLC的功能控制功能 逻辑控制定时控制计数控制顺序控制 PLC的功能数据采集 存储与处理功能 数学运算功能数据处理模拟数据处理 PLC的功能输入 输出接口调理功能 具有A D D A转换功能 通过I O模块完成对模拟量的控制和调节 PLC的功能通信 联网功能 PLC的功能人机界面功能 PLC的功能编程 调试等 使用复杂程度不同的手持 便携和桌面式编程器 工作站和操作屏 进行编程 调试 监视 试验和记录 并通过打印机打印出程序文件 STEP7 ProTool MPIcable 有MPI接口的PG或PC PLC的特点高可靠性丰富的I O接口模块采用模块化结构运行速度快功能完善编程简单 易于使用系统设计 安装 调试方便维修方便 维修工作量小总价格低 1 4PLC的结构和工作过程 PLC的基本结构 PLC的工作过程 PLC的扫描过程 PLC的中断处理过程响应问题 一般微机系统的CPU 在每一条指令执行结束时都要查询有无中断申请 而PLC对中断的响应则是在相关的程序块结束后查询有无中断申请 或者在执行用户程序时查询有无中断申请 如有中断申请 则转入执行中断服务程序 如果用户程序以块式结构组成 则在每块结束或执行块调用时处理中断 第二章西门子PLC系统特性及硬件介绍 第2章S7 300系统特性及硬件介绍 2 1SIMATICS7 300系统结构 2 2S7 300CPU模块 2 3信号模块 SM 2 4电源模块 PS 2 5接口模块 IM 2 6其他模块 IM 2 7SIMATICS7 300的硬件组态 2 1 1中央处理单元 CPU 2 1 2电源单元 PS 2 1 3信号模板 SM 2 1 4接口模板 IM 2 1 5功能模板 FM 2 1 6通讯模板 CP 2 1 7特殊模板 SM374仿真器 2 1S7 300系统组成 导轨 系统背版总线 导轨 机架 S7 300模块 电源模块 选项 后备电池 CPU313以上 24VDC连接器 CPU工作模式选择开关 CPU模块 CPU状态及故障指示灯 MMC存储卡 CPU313以上 MPI多点接口 信号模块的前连接器 前门 信号模块 典型系统结构 S7 300系统结构 2 2S7 300CPU模块 2 2 1S7 300CPU模块的分类 2 2 2S7 300CPU模块操作 2 2 1S7 300CPU模块的分类 紧凑型CPU 6种 标准型CPU 5种 革新型CPU 5种 户外型CPU 3种 故障安全型CPU 3种 特种型CPU 2种 1 紧凑型CPU 1 2 CPU312C 带有集成的数字量输入和输出 并具有与过程相关的功能 比较适用于具有较高要求的小型应用 CPU运行时需要微存储卡 MMC CPU313C 带有集成的数字量和模拟量的输入和输出 并具有与过程相关的功能 能够满足对处理能力和响应时间要求较高的场合 CPU运行时需要微存储卡 MMC CPU313C 2PtP 带有集成的数字量输入和输出及一个RS422 485串口 并具有与过程相关的功能 能够满足处理量大 响应时间高的场合 CPU运行时需要微存储卡 MMC 1 紧凑型CPU 2 2 CPU313C 2DP 带有集成的数字量输入和输出 以及PROFIBUSDP主 从接口 并具有与过程相关的功能 可以完成具有特殊功能的任务 可以连接标准I O设备 CPU运行时需要微存储卡MMC CPU314C 2PtP 带有集成的数字量和模拟量I O及一个RS422 485串口 并具有与过程相关的功能 能够满足对处理能力和响应时间要求较高的场合 CPU运行时需要微存储卡MMC CPU314C 2DP 带有集成的数字量和模拟量的输入和输出 以及PROFIBUSDP主 从接口 并具有与过程相关的功能 可以完成具有特殊功能的任务 可以连接单独的I O设备 CPU运行时需要微存储卡MMC 2 标准型CPUCPU313 具有扩展程序存储区的低成本的CPU 比较适用于需要高速处理的小型设备 CPU314 可以进行高速处理以及中等规模的I O配置 用于安装中等规模的程序以及中等指令执行速度的程序 CPU315 具有中到大容量程序存储器 比较适用于大规模的I O配置 CPU315 2DP 具有中到大容量程序存储器和PROFIBUSDP主 接口 比较适用于大规模的I O配置或建立分布式I O系统 CPU316 2DP 具有大容量程序存储器和PROFIBUSDP主 从接 可进行大规模的I O配置 比较适用于具有分布式或集中式I O配置的工厂应用 3 革新型CPU 1 2 CPU312 新型 是一款全集成自动化 TIA 的CPU 比较适用于对处理速度中等要求的小规模应用 CPU运行时需要微存储卡MMC CPU314 新型 对二进制和浮点数运算具有较高的处理性能 比较适用于对程序量中等要求的应用 CPU运行时需要微存储卡MMC CPU315 2DP 新型 具有中 大规模的程序存储容量和数据结构 如果需要可以使用SIMATIC功能工具 对二进制和浮点数运算具有较高的处理性能 具有PROFIBUSDP主 从接口 可用于大规模的I O配置或建立分布式I O结构 CPU运行时需要微存储卡MMC 3 革新型CPU 2 2 CPU317 2DP 具有大容量程序存储器 可用于要求很高的应用 能够满足系列化机床 特殊机床以及车间应用的多任务自动化系统 与集中式I O和分布式I O一起 可用作生产线上的中央控制器 对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力 具有PROFIBUSDP主 从接口 可用于大规模的I O配置 可用于建立分布式I O结构 可选用SIMATIC工程工具 能够在基于组件的自动化中实现分布式智能系统 CPU运行时需要微存储卡MMC CPU318 2DP 具有大容量程序存储器和PROFIBUSDP主 从接口 可进行大规模的I O配置 比较适用于分布式I O结构 4 户外型CPUCPU312IFM 具有紧凑式结构的户外型产品 内部带有集成的数字量I O 具有特殊功能和特殊功能的特殊输入 比较适用于恶劣环境下的小系统 CPU314IFM 具有紧凑式结构的户外型产品 内部带有集成的数字量I O 并具有扩展的特殊功能 具有特殊功能和特殊功能的特殊输入 比较适用于恶劣环境下且对响应时间和特殊功能有较高要求的系统 CPU314 户外型 具有高速处理时间和中等规模I O配置的CPU 比较适用于恶劣环境下 要求中等规模的程序量和中等规模的指令执行时间的系统 5 故障安全型CPU 1 3 CPU315F 基于SIMATICCPUS7 300C 集成有PROFIBUSDP主 从接口 可以组态为一个故障安全型系统 满足安全运行的需要 使用带有PROFIBUS协议的PROFIBUSDP可实现与安全相关的通讯 CPU运行时需要微存储卡MMC 5 故障安全型CPU 2 3 CPU315F 2DP 基于SIMATICCPU315 2DP 集成有一个MPI接口 一个DP MPI接口 可以组态为一个故障安全型自动化系统 满足安全运行的需要 使用带有PROFIsafe协议的PROFIBUSDP可实现与安全无关的通讯 标准模块的集中式和分布式使用 可满足与故障安全无关的应用 CPU运行时需要微存储卡MMC 5 故障安全型CPU 3 3 CPU317F 2DP 具有大容量程序存储器 一个PROFIBUSDP主 从接口 一个DP主 从MPI接口 两个接口可用于集成故障安全模块 可以组态为一个故障安全型自动化系统 可满足安全运行的需要 可以与故障安全型ET200MI O模块进行集中式和分布式连接 与故障安全型ET200SPROFIsafeI O模块可进行分布式连接 标准模块的集中式和分布式使用 可满足与故障安全无关的应用 CPU运行时需要微存储卡MMC 6 特种型CPU 1 2 CPU317T 2DP 除具有CPU317 2DP的全部功能外 增加了智能技术 运动控制功能 能够满足系列化机床 特殊机床以及车间应用的多任务自动化系统 特别适用于同步运动序列 如与虚拟 实际主设备的耦合 减速器同步 凸轮盘或印刷点修正等 增加了本机I O 可实现快速技术功能 如凸轮切换 参考点探测等 增加了PROFBUSDP DRIVE 接口 可用来实现驱动部件的等时连接 与集中式I O和分布式I O一起 可用作生产线上的中央控制器 在PROFIBUSDP上 可实现基于组件的自动化分布式智能系统 6 特种型CPU 2 2 CPU317 2PN DP 具有大容量程序存储器 可用于要求很高的应用 能够在PROFInet上实现基于组件的自动化分布式智能系统 借助PROFInet代理 可用于基于部件的自动化 CBA 中的PROFIBUSDP智能设备 借助集成的PROFInetI O控制器 可用在PROFInet上运行分布式I O 能够满足系列化机床 特殊机床以及车间应用的多任务自动化系统 与集中式I O和分布式I O一起 可用作生产线上的中央控制器 可用于大规模的I O配置 建立分布式I O结构 对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力 组合了MPI PROFIBUSDP主 从接口 可选用SIMATIC工程工具 CPU运行时需要微存储卡MMC 2 2 2S7 300CPU模块操作 RUN P 可编程运行模式 在此模式下 CPU不仅可以执行用户程序 在运行的同时 还可以通过编程设备 如装有STEP7的PG 装有STEP7的计算机等 读出 修改 监控用户程序 RUN 运行模式 在此模式下 CPU执行用户程序 还可以通过编程设备读出 监控用户程序 但不能修改用户程序 1 模式选择开关 1 1 STOP 停机模式 在此模式下 CPU不执行用户程序 但可以通过编程设备 如装有STEP7的PG 装有STEP7的计算机等 从CPU中读出或修改用户程序 在此位置可以拔出钥匙 MRES 存储器复位模式 该位置不能保持 当开关在此位置释放时将自动返回到STOP位置 将钥匙从STOP模式切换到MRES模式时 可复位存储器 使CPU回到初始状态 1 模式选择开关 2 2 2 状态及故障显示 1 2 SF 红色 系统出错 故障指示灯 CPU硬件或软件错误时亮 BATF 红色 电池故障指示灯 只有CPU313和314配备 当电池失效或未装入时 指示灯亮 DC5V 绿色 5V电源指示灯 CPU和S7 300总线的5V电源正常时亮 FRCE 黄色 强制作业有效指示灯 至少有一个I O被强制状态时亮 RUN 绿色 运行状态指示灯 CPU处于 RUN 状态时亮 LED在 Startup 状态以2Hz频率闪烁 在 HOLD 状态以0 5Hz频率闪烁 2 状态及故障显示 2 2 STOP 黄色 停止状态指示灯 CPU处于 STOP 或 HOLD 或 Startup 状态时亮 在存储器复位时LED以0 5Hz频率闪烁 在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁 BUSDF BF 红色 总线出错指示灯 只适用于带有DP接口的CPU 出错时亮 SFDP DP接口错误指示灯 只适用于带有DP接口的CPU 当DP接口故障时亮 2 3 1数字量信号模块 2 3 2模拟量信号模块 2 3 3传感器与AI的连接 2 3 4热敏电阻与AI的连接 2 3 5热电偶与AI的连接 2 3 6电压输出型模块的连接 2 3 7电流输出型模块的连接 2 3信号模块 SM 2 3 1数字量信号模块 SM321数字量输入模块 DI SM322数字量输出模块 DO SM323 SM327数字量输入 输出模块 DI DO SM374仿真模块 直流32点数字量输入模块的内部电路及外部端子接线图 1 数字量输入模块 DI 1 2 交流32点数字量输入模块的内部电路及外部端子接线图 1 数字量输入模块 DI 2 2 32点数字量晶体管输出模块的内部电路及外部端子接线图 2 数字量输出模块 DO 1 3 32点数字量晶闸管输出模块的内部电路及外部端子接线图 2 数字量输出模块 DO 2 3 16点数字量继电器输出模块的内部电路及外部端子接线图 2 数字量输出模块 DO 3 3 SM323DI16 DO16 24VDC 0 5A内部电路及外部端子接线图 3 数字量输入 输出模块 DI DO 1 2 SM327DI8 DX8内部电路及外部端子接线图 3 数字量输入 输出模块 DI DO 2 2 2 3 2模拟量信号模块 SM331模拟量输入模块 AI SM332模拟量输出模块 AO SM334模拟量输入 输出模块 AI AO AI8 13位模拟量输入模块 1 模拟量输入模块 AI AO4 12位模拟量输出模块 2 模拟量输出模块 AO SM334AI4 AO2 8 8Bit的模拟量输入 输出模块 3 模拟量输入 输出模块 AI AO 2 3 3传感器与AI的连接 隔离传感器连接带隔离的AI隔离传感器连接不带隔离的AI非隔离的传感器连接带隔离的AI非隔离的传感器连接不带隔离的AI连接电压传感器至带隔离的AI连接2线变送器至带隔离的AI连接从L 供电的2线变送器至带隔离的AI连接4线变送器至带隔离的AI 1 隔离传感器连接带隔离的AI 2 隔离传感器连接不带隔离的AI 3 非隔离的传感器连接带隔离的AI 4 非隔离的传感器连接不带隔离的AI 5 连接电压传感器至带隔离的AI 6 连接2线变送器至带隔离的AI 7 连接从L 供电的2线变送器至带隔离的AI 8 连接4线变送器至带隔离的AI 2 3 4热敏电阻与AI的连接 热敏电阻与隔离AI之间的2线连接热敏电阻与隔离AI之间的3线连接热敏电阻与AI8 RTD之间的3线连接热敏电阻与隔离AI之间的4线连接热敏电阻与AI8 13位之间的2线连接热敏电阻与AI8 13位之间的3线连接热敏电阻与AI8 13位之间的4线连接 1 热敏电阻与隔离AI之间的2线连接 2 热敏电阻与隔离AI之间的3线连接 3 热敏电阻与AI8 RTD之间的3线连接 4 热敏电阻与隔离AI之间的4线连接 5 热敏电阻与AI8 13位之间的2线连接 6 热敏电阻与AI8 13位之间的3线连接 7 热敏电阻与AI8 13位之间的4线连接 2 3 5热电偶与AI的连接 使用内部补偿的热电偶连接带隔离的AI通过补偿盒将热电偶连接到带隔离的AI通过参考结将热电偶连接到AI8xTC使用热敏电阻连接带外部补偿的热电偶 1 使用内部补偿的热电偶连接带隔离的AI 2 通过补偿盒将热电偶连接到带隔离的AI 2 3 6电压输出型模块的连接 电压输出型隔离模块的4线制连接电压输出型非隔离模块的2线制连接 1 电压输出型隔离模块的4线制连接 2 电压输出型非隔离模块的2线制连接 2 3 7电流输出型模块的连接 电流输出型隔离模块的2线制连接电流输出型非隔离模块的2线制连接 1 电流输出型隔离模块的2线制连接 2 电流输出型非隔离模块的2线制连接 PS305户外型电源模块采用直流供电 输出为24V直流 PS307标准电源模块PS307 2A PS307 5A PS307 10A 2 4电源模块 PS 双机架接口模块IM365IM365发送模块IM365接收模块 多机架接口模块IM360 用于发送数据IM361 用于接收数据 2 5接口模块 IM 通信处理器模块 CP CP340 用于点对点连接的通讯模板CP341 用于点对点连接的通讯模板CP343 1 用于连接工业以太网的通讯模板CP343 2 用于AS接口的通讯模板CP342 5 用于PROFIBUSDP的通讯模板CP343 5 用于连接PROFIBUSFMS的通讯模板 2 6其他模块 IM 特殊功能模块 FM FM350 1 FM350 2计数器模板FM351用于快速 慢速驱动的定位模板FM353用于步进电机的定位模板FM354用于侍服电机的定位模板FM357 2定位和连续通道控制模板SM338超声波位置探测模板SM338SSI位置探测模板FM352电子凸轮控制器FM352 5高速布尔运算处理器FM355PID模板FM355 2温度PID控制模板 2 7SIMATICS7 300的硬件组态 S7 300机架安装形式单机架组态多机架组态S7 300数字量模块地址的确定S7 300模拟量模块地址的确定S7 300数字量模块位地址的确定 1 S7 300机架安装形式 2 单机架组态 3 多机架组态 4 S7 300数字量模块地址的确定 5 S7 300模拟量模块地址的确定 6 S7 300数字量模块位地址的确定 第三章使用STEP7创建工程 第3章使用STEP7创建工程 3 1STEP7软件安装 3 2SIMATIC管理器 3 3STEP7快速入门 3 4下载和调试程序 3 1STEP7软件安装 3 1 1STEP7操作系统需求 3 1 2STEP7硬件需求 3 1 3STEP7的安装 3 1 1STEP7操作系统需求 或 PG740 能运行Windows2000或WindowsXP的PG或PC机 CPU主频至少为600MHz 内存至少为256MB 硬盘剩余空间在600MB以上 具备CD ROM驱动器和软盘驱动器 显示器支持32位 1024 768分辨率 具有PC适配器 CP5611或MPI接口卡 3 1 2STEP7硬件需求 选择安装语言及安装程序 3 1 3STEP7的安装 1 8 自定义安装方式 3 1 3STEP7的安装 2 8 提示安装授权 3 1 3STEP7的安装 3 8 PG PC接口设置 存储卡参数设置 3 1 3STEP7的安装 4 8 授权管理 安装完成后 在Windows的开始菜单中找到 SIMATIC LicenseManagement AutomationLicenseManager 启动AutomationLicenseManager 3 1 3STEP7的安装 5 8 已经安装的STEP7软件 3 1 3STEP7的安装 6 8 已经授权的STEP7软件 3 1 3STEP7的安装 7 8 STEP7硬件目录更新设置 3 1 3STEP7的安装 8 8 3 2SIMATIC管理器 启动SIMATIC管理器SIMATIC管理器界面STEP7项目结构SIMATIC管理器自定义选项设置PG PC接口设置 1 启动SIMATIC管理器 启动SIMATIC管理器 2 SIMATIC管理器界面 3 STEP7项目结构 第1层 项目项目代表了自动化解决方案中的所有数据和程序的整体 它位于对象体系的最上层 第2层 子网 站SIMATIC300 400站用于存放硬件组态和模块参数等信息 站是组态硬件的起点 第3层和其他层 与上一层对象类型有关 4 SIMATIC管理器自定义选项设置 1 2 设置常规选项 4 SIMATIC管理器自定义选项设置 2 2 设置语言 设置选项 启动设置界面 5 PG PC接口设置 1 3 设置接口属性 5 PG PC接口设置 2 3 5 PG PC接口设置 3 3 安装 卸载接口 3 3STEP7快速入门 3 3 1设计流程 3 3 2简单设计示例 3 3 1设计流程 3 3 2简单设计示例 电动机起停控制 PLC端子接线图使用向导创建STEP7项目手动创建STEP7项目插入S7 300工作站硬件组态编辑符号表程序编辑窗口在OB1中编辑LAD程序在OB1中编辑STL程序在OB1中编辑FBD程序 传统继电器控制电路 1 PLC端子接线 PLC端子接线图 2 使用项目向导创建STEP7项目 1 4 项目向导1 4 项目向导2 4 2 使用项目向导创建STEP7项目 2 4 2 使用项目向导创建STEP7项目 3 4 项目向导3 4 2 使用项目向导创建STEP7项目 4 4 完成项目创建 项目名 My Prj1 3 手动创建STEP7项目 1 2 新建项目窗口 3 手动创建STEP7项目 2 2 所创建的项目 项目名 My Prj2 4 插入S7 300工作站 在My Prj2项目内插入S7 300工作站 SIMATIC300 1 5 硬件组态 1 6 硬件组态窗口 5 硬件组态 2 6 插入0号导轨 0 UR 5 硬件组态 3 6 插入各种S7 300模块 5 硬件组态 4 6 设置CPU属性 5 硬件组态 5 6 设置数字量模块属性 5 硬件组态 6 6 编译硬件组态 完成后的窗口 系统自动创建程序文件夹 包含一个循环组织块OB1 6 编辑符号表 1 2 方法1 从LAD STL FBD编辑器打开符号表 6 编辑符号表 2 2 方法2 从SIMATIC管理器打开符号表 7 程序编辑窗口 8 在OB1中编辑LAD程序 1 2 设置组织块 OB 属性为LAD方式 8 在OB1中编辑LAD程序 2 2 编写梯形图 LAD 程序 9 在OB1中编辑STL程序 编写语句表 STL 程序 10 在OB1中编辑FBD程序 编写功能块图 FBD 程序 3 4下载和调试程序 为了测试前面我们所完成的PLC设计项目 必须将程序和模块信息下载到PLC的CPU模块 要实现编程设备与PLC之间的数据传送 首先应正确安装PLC硬件模块 然后用编程电缆 如USB MPI电缆 PROFIBUS总线电缆 将PLC与PG PC连接起来 并打开PS307电源开关 下载程序及模块信息 1 下载程序及模块信息 1 2 具体步骤如下 启动SIMATICManager 并打开My prj2项目 单击仿真工具按钮 启动S7 PLCSIM仿真程序 将CPU工作模式开关切换到STOP模式 在项目窗口内选中要下载的工作站 执行菜单命令 PLC Download 或单击鼠标右键执行快捷菜单命令 PLC Download 将整个S7 300站下载到PLC 1 下载程序及模块信息 2 2 启动仿真工具S7 PLCSIM 第4章S7 300编程语言学习 第4章S7 300编程语言学习 4 1STEP7编程语言 4 2数据类型 4 3S7 300指令基础 4 4位逻辑指令 4 5定时器与计数器指令 4 6数字指令 4 7控制指令 4 1STEP7编程语言 STEP7是S7 300 400系列PLC应用设计软件包 所支持的PLC编程语言非常丰富 该软件的标准版支持STL 语句表 LAD 梯形图 及FBD 功能块图 3种基本编程语言 并且在STEP7中可以相互转换 专业版附加对GRAPH 顺序功能图 SCL 结构化控制语言 HiGraph 图形编程语言 CFC 连续功能图 等编程语言的支持 不同的编程语言可供不同知识背景的人员采用 STL 语句表 STL 语句表 是一种类似于计算机汇编语言的一种文本编程语言 由多条语句组成一个程序段 语句表可供习惯汇编语言的用户使用 在运行时间和要求的存储空间方面最优 在设计通信 数学运算等高级应用程序时建议使用语句表 LAD 梯形图 LAD 梯形图 是一种图形语言 比较形象直观 容易掌握 用得最多 堪称用户第一编程语言 梯形图与继电器控制电路图的表达方式极为相似 适合于熟悉继电器控制电路的用户使用 特别适用于数字量逻辑控制 FBD 功能块图 FBD 功能块图 使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑 一些复杂的功能用指令框表示 FBD比较适合于有数字电路基础的编程人员使用 GRAPH 顺序控制 GRAPH类似于解决问题的流程图 适用于顺序控制的编程 利用S7 GRAPH编程语言 可以清楚快速地组织和编写S7PLC系统的顺序控制程序 它根据功能将控制任务分解为若干步 其顺序用图形方式显示出来并且可形成图形和文本方式的文件 HiGraph 图形编程语言 S7 Higraph允许用状态图描述生产过程 将自动控制下的机器或系统分成若干个功能单元 并为每个单元生成状态图 然后利用信息通讯将功能单元组合在一起形成完整的系统 SCL 结构化控制语言 S7 SCL StructuredControlLanguage 结构控制语言 是一种类似于PASCAL的高级文本编辑语言 用于S7 300 400和C7的编程 可以简化数学计算 数据管理和组织工作 S7 SCL具有PLC公开的基本标准认证 符合IEC1131 3 结构化文本 标准 4 2数据类型 数据类型决定数据的属性 在STEP7中 数据类型分为三大类 4 2 1基本数据类型 4 2 2复杂数据类型 4 2 3参数类型 4 2 1基本数据类型 4 2 2复杂数据类型 数组 ARRAY 结构 STRUCT 字符串 STRING 日期和时间 DATE AND TIME 用户定义的数据类型 UDT 功能块类型 FB SFB 1 数组 ARRAY 数组是由一组同一类型的数据组合在一起而形成的复杂数据类型 数组的维数最大可以到6维 数组中的元素可以是基本数据类型或者复杂数据类型中的任一数据类型 Array类型除外 即数组类型不可以嵌套 数组中每一维的下标取值范围是 32768 32767 要求下标的下限必须小于下标的上限 2 结构 STRUCT 结构是由一组不同类型 结构的元素可以是基本的或复杂的数据类型 的数据组合在一起而形成的复杂数据类型 结构通常用来定义一组相关的数据 例如电机的一组数据可以按如下方式定义 3 字符串 STRING 字符串是最多有254个字符 CHAR 的一维数组 最大长度为256个字节 其中前两个字节用来存储字符串的长度信息 字符串常量用单引号括起来 例如 4 日期和时间 DATE AND TIME 用于存储年 月 日 时 分 秒 毫秒和星期 占用8个字节 用BCD格式保存 星期天的代码为1 1 6的代码为2 7 例如 5 用户定义的数据类型 UDT 用户定义数据类型表示自定义的结构 存放在UDT块中 UDT1 UDT65535 在另一个数据类型中作为一个数据类型 模板 当输入数据块时 如果需要输入几个相同的结构 利用UDT可以节省输入时间 6 功能块类型 FB SFB 这种数据类型仅可以在FB的静态变量区定义 用于实现多背景DB 4 2 3参数数据类型 参数类型是一种用于逻辑块 FB FC 之间传递参数的数据类型 主要有以下几种 1 TIMER 定时器 和COUNTER 计数器 2 BLOCK 块 指定一个块用作输入和输出 实参应为同类型的块 3 POINTER 指针 6字节指针类型 用来传递DB的块号和数据地址 3 ANY 10字节指针类型 用来传递DB块号 数据地址 数据数量以及数据类型 4 3S7 300指令基础 指令是程序的最小独立单位 用户程序是由若干条顺序排列的指令构成 指令一般由操作码和操作数组成 其中的操作码代表指令所要完成的具体操作 功能 操作数则是该指令操作或运算的对象 4 3 1PLC用户存储区的分类及功能 4 3 2指令操作数 4 3 3寻址方式 4 3 4状态字 4 3 1PLC用户存储区的分类及功能 1 2 4 3 1PLC用户存储区的分类及功能 2 2 4 3 2指令操作数 指令操作数 又称编程元件 一般在用户存储区中 操作数由操作标识符和参数组成 操作标识符由主标识符和辅助标识符组成 主标识符用来指定操作数所使用的存储区类型 辅助标识符则用来指定操作数的单位 如 位 字节 字 双字等 主标识符有 I 输入过程映像寄存器 Q 输出过程映像寄存器 M 位存储器 PI 外部输入寄存器 PQ 外部输出寄存器 T 定时器 C 计数器 DB 数据块寄存器 和L 本地数据寄存器 辅助标识符有 X 位 B 字节 W 字或2B D 2DW或4B 4 3 3寻址方式 所谓寻址方式就是指令执行时获取操作数的方式 可以直接或间接方式给出操作数 S7 300有4种寻址方式 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 1 立即寻址 立即寻址是对常数或常量的寻址方式 其特点是操作数直接表示在指令中 或以惟一形式隐含在指令中 下面各条指令操作数均采用了立即寻址方式 其中 后面的内容为指令的注释部分 对指令没有任何影响 2 存储器直接寻址 存储器直接寻址 简称直接寻址 该寻址方式在指令中直接给出操作数的存储单元地址 存储单元地址可用符号地址 如SB1 KM等 或绝对地址 如I0 0 Q4 1等 下面各条指令操作数均采用了直接寻址方式 3 存储器间接寻址 1 3 存储器间接寻址 简称间接寻址 该寻址方式在指令中以存储器的形式给出操作数所在存储器单元的地址 也就是说该存储器的内容是操作数所在存储器单元的地址 该存储器一般称为地址指针 在指令中需写在方括号 内 地址指针可以是字或双字 对于地址范围小于65535的存储器可以用字指针 对于其他存储器则要使用双字指针 4 存储器间接寻址 2 3 例4 3 1 存储器间接寻址的单字格式的指针寻址 4 存储器间接寻址 3 3 存储器间接寻址的双字指针的格式如图所示 例4 3 2 存储器间接寻址的双字格式的指针寻址 5 寄存器间接寻址 1 4 寄存器间接寻址 简称寄存器寻址 该寻址方式在指令中通过地址寄存器和偏移量间接获取操作数 其中的地址寄存器及偏移量必须写在方括号 内 在S7 300中有两个地址寄存器AR1和AR2 用地址寄存器的内容加上偏移量形成地址指针 并指向操作数所在的存储器单元 地址寄存器的地址指针有两种格式 其长度均为双字 指针格式如图所示 5 寄存器间接寻址 2 4 第一种地址指针格式适用于在确定的存储区内寻址 即区内寄存器间接寻址 例4 3 3 区内寄存器间接寻址 5 寄存器间接寻址 3 4 第二种地址指针格式适用于区域间寄存器间接寻址 例4 3 4 区域间寄存器间接寻址 5 寄存器间接寻址 4 4 第一种地址指针格式包括被寻址数据所在存储单元地址的字节编号和位编号 至于对哪个存储区寻址 则必须在指令中明确给出 这种格式适用于在确定的存储区内寻址 即区内寄存器间接寻址 第二种地址指针格式包含了数据所在存储区的说明位 存储区域标识位 可通过改变标识位实现跨区域寻址 区域标识由位26 24确定 这种指针格式适用于区域间寄存器间接寻址 4 4位逻辑指令 位逻辑指令处理的对象为二进制位信号 位逻辑指令扫描信号状态 1 和 0 位 并根据布尔逻辑对它们进行组合 所产生的结果 1 或 0 称为逻辑运算结果 存储在状态字的 RLO 中 4 4 1触点与线圈 4 4 2基本逻辑指令 4 4 3置位和复位指令 4 4 4RS和SR触发器 4 4 5跳变沿检测指令 4 4 1触点与线圈 在LAD 梯形图 程序中 通常使用类似继电器控制电路中的触点符号及线圈符号来表示PLC的位元件 被扫描的操作数 用绝对地址或符号地址表示 则标注在触点符号的上方 如图所示 1 常开触点 对于常开触点 动合触点 则对 1 扫描相应操作数 在PLC中规定 若操作数是 1 则常开触点 动作 即认为是 闭合 的 若操作数是 0 则常开触点 复位 即触点仍处于打开的状态 常开触点所使用的操作数是 I Q M L D T C 2 常闭触点 常闭触点 动断触点 则对 0 扫描相应操作数 在PLC中规定 若操作数是 1 则常闭触点 动作 即触点 断开 若操作数是 0 则常闭触点 复位 即触点仍保持闭合 常闭触点所使用的操作数是 I Q M L D T C 3 输出线圈 赋值指令 输出线圈与继电器控制电路中的线圈一样 如果有电流 信号流 流过线圈 RLO 1 则被驱动的操作数置 1 如果没有电流流过线圈 RLO 0 则被驱动的操作数复位 置 0 输出线圈只能出现在梯形图逻辑串的最右边 输出线圈等同于STL程序中的赋值指令 用等于号 表示 所使用的操作数可以是 Q M L D 4 中间输出 在梯形图设计时 如果一个逻辑串很长不便于编辑时 可以将逻辑串分成几个段 前一段的逻辑运算结果 RLO 可作为中间输出 存储在位存储器 I Q M L或D 中 该存储位可以当作一个触点出现在其他逻辑串中 中间输出只能放在梯形图逻辑串的中间 而不能出现在最左端或最右端 与下面程序等效 4 4 2基本逻辑指令 基本逻辑指令包括 与 指令 与非 指令 或 指令 或非 指令 异或 指令 异或非 指令逻辑块的操作信号流取反指令 1 逻辑 与 指令 逻辑 与 指令使用的操作数可以是 I Q M L D T C 有2种指令形式 STL和FBD 用LAD也可以实现逻辑 与 运算 2 逻辑 与非 指令 逻辑 与非 指令使用的操作数可以是 I Q M L D T C 有2种指令形式 STL和FBD 用LAD也可以实现逻辑 与非 运算 3 逻辑 或 指令 逻辑 或 指令使用的操作数可以是 I Q M L D T C 有2种指令形式 STL和FBD 用LAD也可以实现逻辑 或 运算 4 逻辑 或非 指令 逻辑 或非 指令使用的操作数可以是 I Q M L D T C 有2种指令形式 STL和FBD 用LAD也可以实现逻辑 或非 运算 5 逻辑 异或 指令 6 逻辑 异或非 指令 7 逻辑块的操作 8 信号流取反指令 信号流取反指令的作用就是对逻辑串的RLO值进行取反 指令格式及示例见表4 13 当输入位I0 0和I0 1同时动作时 Q4 0信号状态为 0 否则 Q4 0信号状态为 1 4 4 3置位和复位指令 置位 S 和复位 R 指令根据RLO的值来决定操作数的信号状态是否改变 对于置位指令 一旦RLO为 1 则操作数的状态置 1 即使RLO又变为 0 输出仍保持为 1 若RLO为 0 则操作数的信号状态保持不变 对于复位操作 一旦RLO为 1 则操作数的状态置 0 即使RLO又变为 0 输出仍保持为 0 若RLO为 0 则操作数的信号状态保持不变 这一特性又被称为静态的置位和复位 相应地 赋值指令被称为动态赋值 4 4 4RS和SR触发器 RS触发器为 置位优先 型触发器 当R和S驱动信号同时为 1 时 触发器最终为置位状态 SR触发器为 复位优先 型触发器 当R和S驱动信号同时为 1 时 触发器最终为复位状态 RS触发器和SR触发器的 位地址 置位 S 复 S 及输出 Q 所使用的操作数可以是 I Q M L D 1 RS触发器 2 SR触发器 3 RS触发器和SR触发器的工作时序 示例梯形图程序 工作时序 4 4 5跳变沿检测指令 STEP7中有2类跳变沿检测指令 一种是对RLO的跳变沿检测的指令 另一种是对触点的跳变沿直接检测的梯形图方块指令 RLO上升沿检测指令RLO下降沿检测指令触点信号上升沿检测指令触点信号下降沿检测指令 例4 4 2 边沿检测指令的应用 1 RLO上升沿检测指令 2 RLO下降沿检测指令 3 RLO边沿检测指令的工作时序 工作时序 示例程序 4 触点信号上升沿检测指令 5 触点信号下降沿检测指令 6 触点信号边沿检测指令的工作时序 工作时序 示例程序 4 5定时器与计数器指令 4 5 1定时器指令 4 5 2计数器指令 4 5 3CPU时钟存储器 4 5 1定时器指令 S PULSE 脉冲S5定时器 S PEXT 扩展脉冲S5定时器 S ODT 接通延时S5定时器 S ODTS 保持型接通延时S5定时器 S OFFDT 断电延时S5定时器 1 S PULSE 脉冲S5定时器 1 3 脉冲定时器的梯形图及功能块图指令 1 S PULSE 脉冲S5定时器 2 3 脉冲定时器的线圈指令 1 S PULSE 脉冲S5定时器 3 3 工作时序 示例程序 例4 5 1 脉冲定时器应用 优先抢答器设计 例4 5 1 设计说明 参赛者要抢答主持人所提问题时 需抢先按下桌上的按钮 指示灯亮后需待主持人按下 复位 键R后才熄灯 对初中班学生照顾 只要按下SB11和SB12中任一个按钮灯HL1都亮 对高三班学生限制 只有SB31和SB32都按下时灯HL3才亮 若在主持人按下 开始 按钮S后10s内有抢答按钮压下 则电磁铁YC得电 使彩球摇动 以示竞赛者得到一次幸运的机会 如果定时到仍未有抢答 则禁止继续抢答 端子接线图 例4 5 1 I O地址分配表 例4 5 1 控制程序 建立允许抢答和禁止抢答标志 例4 5 1 设置抢答定时器 例4 5 1 初中组抢答控制 例4 5 1 高一组抢答控制 高三组抢答控制 2 S PEXT 扩展脉冲S5定时器 1 3 扩据脉冲S5定时器LAD及FBD指令 2 S PEXT 扩展脉冲S5定时器 2 3 扩据脉冲S5定时器线圈指令 2 S PEXT 扩展脉冲S5定时器 3 3 示例程序 工作波形 例4 5 2 扩展脉冲定时器应用 电动机延时自动关闭控制 控制要求 按动起动按钮S1 I0 0 电动机M Q4 0 立即起动 延时5分钟以后自动关闭 起动后按动停止按钮S2 I0 1 电动机立即停机 例4 5 2 控制程序 LAD 控制程序 STL 3 S ODT 接通延时S5定时器 1 3 接通延时S5定时器LAD及FBD指令 3 S ODT 接通延时S5定时器 2 3 接通延时S5定时器线圈指令 3 S ODT 接通延时S5定时器 3 3 示例程序 工作波形 例4 5 3 接通延时定时器和脉冲定时器应用 用定时器构成一脉冲发生器 当满足一定条件时 能够输出一定频率和一定占空比的脉冲信号 工艺要求 当按钮S1 I0 0 按下时 输出指示灯H1 Q4 0 以灭2s 亮1s规律交替进行 例4 5 3 控制程序 使用接通延时定时器 控制程序 使用脉冲定时器 4 S ODTS 保持型接通延时S5定时器 1 3 保持型接通延时S5定时器LAD及FBD指令 4 S ODTS 保持型接通延时S5定时器 2 3 保持型接通延时S5定时器线圈指令 4 S ODTS 保持型接通延时S5定时器 3 3 示例程序 工作波形 5 S OFFDT 断电延时S5定时器 1 3 断电延时S5定时器LAD及FBD指令 5 S OFFDT 断电延时S5定时器 2 3 断电延时S5定时器线圈指令 5 S OFFDT 断电延时S5定时器 3 3 示例程序 工作波形 4 5 2计数器指令 S7 300的计数器都是16位的 因此每个计数器占用该区域2个字节空间 用来存储计数值 不同的CPU模板 用于计数器的存储区域也不同 最多允许使用64 512个计数器 计数器的地址编号 C0 C511 S CUD 加 减计数器 S CU 加计数器 S CD 减计数器 计数器线圈指令 1 S CUD 加 减计数器 块图指令 2 S CU 加计数器 块图指令 3 S CD 减计数器 块图指令 4 计数器的线圈指令 除了前面介绍的块图形式的计数器指令以外 S7 300系统还为用户准备了LAD环境下的线圈形式的计数器 这些指令有计数器初值预置指令SC 加计数器指令CU和减计数器指令CD 加计数器线圈指令应用示例 初值预置SC指令若与CU指令配合可实现S CU指令的功能 减计数器线圈指令应用示例 SC指令若与CD指令配合可实现S CD指令的功能 加 减计数器线圈指令应用示例 SC指令若与CU和CD配合可实现S CUD的功能 4 5 3访问CPU的时钟存储器 要使用该功能 在硬件配置时需要设置CPU的属性 其中有一个选项为ClockMemory 选中选择框就可激活该功能 设置CPU的时钟存储器 在MemoryByte区域输入想为该项功能设置的MB的地址 如需要使用MB10 则直接输入10 ClockMemory的功能是对所定义的MB的各个位周期性地改变其二进制的值 占空比为1 1 ClockMemory的各位的周期及频率见表 例4 5 5 时钟存储器与计数器的应用 当定时器不够用时 可以将计数器扩展为定时器 图中分别给出了用减计数器扩展定时器的控制程序 程序中使用了CPU的时钟存储器 设置MB10为时钟存储器 由表4 39可知M10 0的变化周期为0 1s 4 6数字指令 4 6 1装入与传送指令 4 6 2转换指令 4 6 3比较指令 4 6 4算数运算指令 4 6 5字逻辑运算指令 4 6 6移位指令 4 6 7数字指令综合应用 4 6 1装入和传送指令 装入指令 L 和传送指令 T 可以对输入或输出模块与存储区之间的信息交换进行编程 对累加器1的装入指令对累加器1的传送指令状态字与累加器1之间的装入和传送指令与地址寄存器有关的装入和传送指令LC 定时器 计数器装载指令 MOVE指令 1 对累加器1的装入指令 2 对累加器1的传送指令 T指令可以将累加器1的内容复制到被寻址的操作数 所复制的字节数取决于目标地址的类型 字节 字或双字 指令格式如下 T操作数其中的操作数可以为直接I O区 存储类型为PQ 数据存储区或过程映像输出表的相应地址 存储类型为Q 3 状态字与累加器1之间的装入和传送指令 LSTW 将状态字装入累加器1 将状态字装入累加器1中 指令的执行与状态位无关 而且对状态字没有任何影响 指令格式如下 LSTWTSTW 将累加器1的内容传送到状态字 使用TSTW指令可以将累加器1的位0 8传送到状态字的相应位 指令的执行与状态位无关 指令格式如下 TSTW 4 与地址寄存器有关的装入和传送指令 1 4 LAR1 将操作数的内容装入地址寄存器AR1 4 与地址寄存器有关的装入和传送指令 2 4 LAR2 将操作数的内容装入地址寄存