PLC创新实验论文

1、xxxxxxxxxxx学院 创新实验论文 论文题目 plc创新实验 指导教师 xxxxxx 姓 名 xxxxxx 学 号 xxxxxxxxxxx 专 业 电子信息工程 目 录一 plc的概述 .3 1.1 plc的发展历程和展望.3 1.2 plc的基本结构.3 1.3 plc的特点与应用领域.5 1.3.1 plc的特点.5 1.3.2 plc的应用领域.6二 plc的工作原理.6 2.1 plc的操作模式.6 2.2 plc的工作原理.7三 plc的硬件.9 3.1 plc的硬件.9 3.1.1 plc的物理结构及分类.9 3.2 cpu模块中的存储器.10 3.3 i/o模块.10 四

2、plc的软件及其编程.124.1 plc的编程语言与程序结构.124.2 存储器数据类型与寻址方式.134.3 位逻辑指令.164.4 plc的梯形图程序的设计.18五 西门子s7-200 系列plc.21 5.1 s7-200的简介.21 5.2 s7-200的特点.22 5.3 s7-200编程元件和指令系统.22六 十字路口交通信号的自动控制设计.27七 小结.33八 参考文献.35九 致谢.36 一 plc的概述1.1 plc的发展历程和展望1969年美国数字设备公司（dec），研制出世界上第一台plc，并在gm汽车生产线上应用成功。1980年美国电气制造商协会（nema）正式将其命名

3、为可编程控制器（programmable controller）,简称pc。国际电工委员会（iec）于1985年的plc标准草案第三稿中，对plc作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”从上述定义可以看出，plc是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其

4、他计算机通信连网等功能。plc已广泛应用于机械，冶金，是有，化工，轻工，纺织，电力，电子，食品及交通等行业。经验表明，百分之八十以上的工业控制都用plc来完成。长期以来，plc处于工业自动化控制的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制应用。其主要愿意是：它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。plc必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击。plc需要解决的问题依然是新技术的应用，系统开放性和价格。在全球工业计算机控制领域，围绕开放与在开放过程控制系统，开放式过程控制软件及开放式数据通信协议，已经发生了巨大的变革，几乎到

5、处都有plc，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软plc控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有软plc组态软件和基础工业pc控制系统的市场份额正在逐步得到增长，这使传统plc供应商在plc技术发展与提高方面做出更加开放的姿态。对于控制软件来讲，这是plc控制器的核心，plc供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对工业用户表现的非常积极。此外，开放式通信网络技术也得到突破和发展，其结果是将plc融入更加开放的工业控制行业，从而使plc面对各种冲击，比以前更为健康。1.2 plc的基本结构 plc主要由cpu模块，输入模块，输出模块，编程器和电源五部分组成（如图1-1）

6、。plc的特殊功能模块用来完成某些特殊任务。图1-1 plc控制系统示意图（1） cpu模块cpu模块主要由微处理器（cpu芯片）和存储组成。在plc控制系中cpu模块相当于人的大脑和心脏，其采用周期性循环扫描、分时操作的工作方式，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出（2） i/o模块输入模块和输出模块简称为i/o模块，它相当于人的眼，耳，手，脚，是联系外部现场设备和cpu模块的桥梁。i/o模块有三个重大作用： 传递信号，电平转换，噪声隔离。i/o模块可以分为三类：模拟量i/o模块，数字量i/o模块，特殊i/o模块输入模块（input）输入模块用来接收和采集输入信号。plc通过输入模

7、块检测被控对象或被控生产过程的各种参数，以这些现场数据作为plc对被控对象进行控制的信息依据。开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号。模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流或电压信号。输出模块（output）输出模块将plc处理结果送给被控设备或工业生产过程，以实现控制。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行机构。（3） 编程器编程器用来生成用户程序，并用它来编辑，检查，修改用户程序，监视用户程序执行情

8、况。编程器可以分为三类专用简易编程器：只能输入指令，不能图形编程，体积小、价廉、功能简单、通用性差专用图形编程器：支持指令及图形编程，功能较强，通用性差，价格贵通用计算机编程：使用专业软件编程，通过通信电缆与plc交换数据，功能强大，通用性强 目前大多数plc都具有智能通信接口和强大的通信功能，使用编程软件可用在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图程序或指令表程序，并可实现不同编程语言之间的转换。程序编译后通过通信电缆下载到plc,或将plc中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，还可以实现远程编程和传送。目前绝大多数plc均可使用便携电脑完成程序的开发、现场监控、调试及维护工作，而不必专门购置

9、专用编程器。 （4） 电源plc使用ac220v电源或24v电源。内部开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。小型plc可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供dc24v电源，驱动plc负载的直流电源一般由用户提供。1.3 plc的特点及应用领域 1.3.1 plc的特点 （1）编程方法简单易学程序结构使用企业中电气技术人员熟悉并易于掌握的梯形图语言。电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，程序控制过程形象直观，使用的指令数量少，易学易懂，易于为熟悉梯形图控制电路的电气技术人员学习和掌握。（2）功能强、性价比高一台小型plc内部有成百上千个可供用户使用的编程元件（如存储器、定

10、时器、计数器等），有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器控制系统相比，具有很高的性价比。plc可以通过通信联网，组成dcs集散控制系统，实现分散控制，集中管理。（3）硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强 plc产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。用户不必自己设计制作硬件装置，只需确定plc的硬件配置和设计外部接线图即可。plc的安装接线方便，一般用接线端子连接外部接线。plc有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。plc的硬件配置确定后，可以通过修改用户程

11、序，方便快速地适应工艺条件的变化。 （4）可靠性高，抗干扰能力强可靠性是自动控制系统稳定工作的重要指标。是用户选择自动控制装置的首要条件。传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。plc用软件代替了继电器系统中容易出现故障的大量触点和接线，外部仅剩下输入和输出相关的少量硬件元件，接线大量减少，因触点接触不良的故障大为减少。（5） 系统的设计，安装，调试工作量少plc用软件功能取代了继电气控制系统中大量的中间继电器，时间继电器，计数器等器件，使控制柜的设计，安装，接线工作量大大减少。plc的梯形图程序一般用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，

12、很容易掌握。 plc用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过plc上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场统调过程中发现问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多（6） 维修工作量小，维修方便plc的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。plc或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据plc上的发光二极管或编程器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速排除故障。（7） 体积小，能耗低复杂的控制系统使用plc后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2-1/10。plc的

13、配线比继电器控制系统的配线少得多，故可以节省大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积缩小，可以节省大量费用。1.3.2 plc的应用领域（1） 数字量逻辑控制这是plc最基本最广泛的应用。其输入输出均为开关量信号，控制过程与继电器控制系统最为接近，控制成本低廉，可靠性极高。可以用于单台设备，也可用于自动生产线，还可用于民用或家庭场合。（2）运动控制使用专用的运动控制模块，实现直线运动、圆周运动等场合的位置、速度等过程控制，广泛应用于各种机械的加工场合。（3）闭环过程控制通过plc的模拟量a/d、d/a模块，可以完成模拟量和数字量之间的相互转换，实现对温度、压力、流量等连续变化的

14、模拟量的pid（比例积分微分）闭环过程控制。广泛应用于塑料加工、锅炉控制等设备控制。（4）数据处理现代plc具有数学运算、数据传输、数据转换、排序、查表等功能，可能实现数据采集、分析和处理，大大增强了plc自动控制系统的功能。（5）通信联网经通讯端口，可以实现plc之间、plc与其它智能设备（如计算机、变频器、数控装置等）之间通信，组成功能强大的“分散控制、集中管理”的分布式自动控制系统（dcs系统），为现代工业自动化生产提供强有力的控制支持。 二 plc的工作原理2.1 plc的操作模式 （1）操作模式有两种基本的工作状态: run / stop（如图1-6）.通过模式开关进行选择运行状态通

15、过面板上的led指示灯显示。 run模式： cpu通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。“run” led亮 stop模式：cpu不执行用户程序，可以用编程软件创建和编辑用户程序，设置plc的硬件功能，并将用户程序和硬件信息下载到plc。（2）.用模式开关改变操作模式cpu模块上的模式开关在stop位置时，将停止用户程序的运行在run位置时，将启动用户程序的运行模式开关在stop或term（terminal，终端）位置时，电源通电后cpu自动进入stop模式在run位置时， 图1-6 电源通电后自动进入run模式（3）用step7-micro/win编程软件改变操作模式 plc - p

16、lc之间建立起通信连接后，若模式开关在run或term位置, 可用编程软件中的命令改变cpu的工作模式。（4）在程序中改变操作模式 在程序中插入stop指令，可以使cpu由run模式进入stop模式。2.2 plc的工作原理 plc通电后，需要对硬件和软件进行初始化为使plc的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不只是执行一次，而是反复不断地重复执行，直到plc停机或切换到stop状态。这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。plc在run工作模式下，采用周期性循环扫描、分时操作的工作方式，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出（见图1-1）。除了执行用户程序之外，在每次

17、循环过程中，plc还要完成内部处理、通信服务等工作。plc的扫描工作过程plc的扫描工作过程run模式一个扫描工作周期可分为五个阶段（如图1-7），在stop工作模式一个扫描工作周期可分为四个阶段（如图1-8）。图1-7 run模式扫描过程 图1-8 stop 模式扫描过程（1） 读取输入（输入采样） plc把所有输入电路的接通/断开（on/off）状态读入输入映像寄存器中寄存起来，作为下一阶段程序执行时的条件。进入程序执行阶段后，输入采样过程即已结束，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。（2） 执行用户程序 plc的

18、用户程序由若干条指令组成，在用户程序存储器中顺序排列。在run模式下，若无跳转指令，plc将逐条顺序扫描执行用户程序。执行程序指令时，所需要的输入状态或其它编程元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，并根据指令要求执行相应的逻辑运算。程序执行结果写入到元件映像寄存器中，这就是说，对于每个编程元件来说，元件映像寄存器中寄存的内容，会随程序执行的进程而变化。执行程序时对输入/输出的存取对象为元件映像寄存器，而非实际的i/o点，一方面可加快读写速度，另一方面可保证各i/o点状态固定不变，程序执行完后再通过输出过程映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。（3） 通信处理 在通信处理请

19、求阶段，plc处理从通信接口和智能模块接收到的信息，与计算机和智能设备交换数据，协调工作。（4） cpu自诊断测试 在自诊断测试处理阶段，plc检查cpu模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。（5） 改写输出（输出刷新） 程序执行完后进入输出刷新阶段。此时将元件映像寄存器中所有的输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再通过输出模块去驱动输出设备（负载），这就是plc的实际输出。（6） 中断程序的处理 如果程序中使用了中断，中断事件发生时，cpu停止执行正常的扫描工作方式，立即执行中断程序。中断功能可以提高plc对某些事件的响应速度。（7） 立即i/o处理 在程序执行

20、过程中使用立即i/o指令可以直接存取i/o点。用立即i/o指令读入输入点的值时，相应的输入映像寄存器的值未被更新。用立即i/o指令来改写输出点时，相应的输出映像寄存器的值被更新。（8） 扫描周期 plc在run工作模式下，执行一次完整的扫描工作操作所需的时间称为扫描工作周期。（见图1-7）扫描时间取决于扫描速度和用户程序的长短，其典型值为1-100ms。它由扫描工作过程中的五个工作阶段分时操作过程组成。当plc的cpu模块确定后，扫描速度就确定下来了。除用户程序执行时间外，其它四个工作过程所花时间即基本确定了。用户程序执行时间则与用户程序的指令数量有关，用户程序越长，指令数量越多，plc的扫描

21、工作周期越长。西门子s7-200系列plc使用的cpu扫描速度较快，其指令的平均执行时间为0.22us日本三菱f1系列小型plc,指令的平均执行时间为12us（9） 输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指plc的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。数字量输入模块的rc滤波器用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生的抖动引起的不良影响。滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10ms左右。输出模块的滞后时间与模块的类型

22、有关：继电器输出电路的滞后时间一般在10ms左右场效应晶体管输出电路的滞后时间为数us至100多us双向可控硅输出负载接通时滞后约1ms，导通到断开的最大滞后时间为10ms由于plc在一个扫描工作周期的各个阶段采用分时操作的工作方式，引起的滞后时间最长可达两三个扫描周期 三 plc的硬件3.1 plc的硬件 3.1.1 plc的物理结构及分类 plc按硬件结构可分为：整体式plc，模块式plc plc按i/o点数可分为：超小型plc（i/o点数64点以内），小型plc（i/o点数在65-128以内），中型plc（i/o点数在129-512以内），大型plc（i/o点数在513-896以内），超

23、大型plc（i/o点数在896点以上） （1） 整体式plc 又叫一体化plc，它的cpu模块和i/o模块、电源模块等装在一个箱体内，结构非常紧凑，它的体积小，价格低，主要用于小型或微型plc（如图1-11）。整体式plc又分为基本单元和扩展单元两种。基本单元：它有cpu模块和i/o模块、电源模块，是一台完整的plc，可以单独使用。 扩展单 元：内部只有i/o模块和电源，主要 用于扩展基本单元上的i/o点数，不能单独使用。 基本单元和扩展单元之间用扁平电缆连接。 整体式plc提供多种不同i/o点数的基本单元和扩展单元供用户选用 扩展单元的使用 基本单元和扩展单元之间用扁平电缆连接。有的plc有

24、全输入型和全输出型的扩展单元。选用不同i/o点数的基本单元和扩展单元，可以组成不同i/o点数的plc控制系统，满足用户不同要求。（2） 模块式plc 由框架和模块用搭积木的方式组成系统，模块插在模块插座上，后者焊在框架的总线连接板上，主要用于大中型plc和部分小型plc。cpu模块、开关量i/o模块、电源模块、模拟量i/o模块和其它特殊的功能模块等在结构上相互独立，用户可根据具体的应用要求，选用合适的模 块，安装在固定的机架上或导轨上，构成一个完整的plc控制系统。plc厂家备有不同槽数的框架供用户选用，如果一个框架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展框架，各框架之间用i/o扩展电缆连

25、接。不同档次的cpu模块、品种繁多的i/o模块和特殊功能模块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。 3.2 cpu模块中的存储器 存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使plc具有基本的智能，能够完成plc设计者规定的各种工作，系统程序由plc生产厂家设计并固化在rom（只读存储器）中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使plc能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字节为单位。 plc的微处理器主要有：通用微处理器，单片微处理器，位片式微处理器。（1）通用微处理器：小型plc一般使用8位微处理器，如早期的8080、8086、8

26、088等。大中型plc则多使用处理速度更快、功能更强的16位或32位微处理器。通用微处理器通用性强，价格便宜。用微机的通信软件容易构成plc的通信网络，易于与其它计算机设备进行联网通信。（2）单片微处理器：即单片机，它将存储器芯片、rom、ram、接口电路、时钟电路、甚至a/d、d/a电路集成为一体，在一个很小的芯片上自成为一个小的微处理系统。其特点是集成度高，体积小，价格低，可扩充性好。广泛用于小型plc和plc的智能i/o模块。 （3）位片式微处理器 多为双极型电路，一般以4位为一片，数片级联组成任意字长的微处理器，可构成并行处理系统，运算速度快，多用于大中型plc（如西门子的s5-150

27、型plc）。 存储器 ：用于存放系统程序、用户程序及工作数据 按其器件类型可分为以下几类 （1）ram：随机存储器，存储用户程序和临时数据，易失性，断电信息丢失。存储用户程序时，需后备电池（2）rom：只读存储器，非易失性，断电保持，存储系统程序（3）e2prom：可电擦除可编程只读存储器，非易失性，断电保持，写入时间比ram慢，多用来存储用户程序和需长时间保存的重要数据eprom：可擦除可编程只读存储器，非易失性，断电保持，需用专用设备写入，比ram速度慢。信号擦除需用紫外灯照射数小时，使用不方便，趋于淘汰3.3 i/o模块 i/o模块是联系外部现场和cpu模块的桥梁，plc通过i/o模块与

28、工业生产过程现场相联系开关量i/o模块的通断状态用发光二极管显示plc与外部接线的连接一般采用接线端子，默写模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需要断开端子板上的外部连线，就可以迅速的更换模块。 i/o模块的外部接线方式有三种分别为：汇点式，分组式，分隔式。（如图1-15）（1）汇点式：各i/o电路共用一个公共接地端，各输入点或输出点共一个电源。该接线方式适用于输入端或输出端供电完全相同的场合。 （2）分组式：将i/o点分为若干组，每组的i/o电路有一个公共点，它们共用一个电源。各组之间是分隔开来的，可以分别使用不同的电源。常用于输出模块多种供电的场合。（3）分隔式：各i/o点之间相互隔离，每个

29、i/o点都可以使用单独的电源。常见于i/o点数极少的输出模块的多种供电负载的输出接口接线。输入模块 plc输入模块用来接收和采集生产现场的各种输入信号输入电路中有rc滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号plc开关量输入模块按工作电压分为直流输入模块和交流输入模块 s7-200 plc的输入滤波电路的延迟时间可以用编程软件中的系统块设定 图1-16开关量交流输入 plc开关量交流输入方式工作（见图1-16）电压较高，抗干扰能力和工作稳定性较强，适合于在有油雾、粉尘等恶劣环境下使用 plc开关量直流输入电路（见图1-17）延迟时间较短可以直接与接近开关、光电开关等电子输

30、入装置连接输出模块 输出模块将plc处理结果送给被控对象，以实现控制。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行机构s7-200的cpu模块的数字量输出电路功率器件有驱动直流负载的场效应管（图1-18）和小型继电器（1）继电器输出模块： 继电器同时起传递信号、电平转换和噪声隔离的作用特点：使用电压范围广，通用性强，可同时驱动直流负载和交流负载，导通压降小，承受瞬时过压和过流能力较强，但动作速度较慢。由于有机械触点，开关动作次数的限制，寿命有一定限制。如系统输出量变化不是 很频繁，建议优先选用继电器型输出模块 。 （

31、2）晶体管或场效应管输出模块 ：cpu模块输出信号送给内部电路中的输出锁存器，再经光电耦合器送给场效应晶体管，后者饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通和断开。稳压管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压，以保护场效应晶体管，电路工作频率可达20-100khz。等效开关是电子开关，模块的反应速度较快，可靠性较高，使用寿命较长，但过载能力稍差。只能驱动直流负载（3）双向可控硅输出模块：使用光电可控硅实现输出信号的传输和噪声隔离并联在双向可控硅两端的rc吸收电路和压敏电阻，用来抑制可控硅关断过电压和外部的浪涌电压双向交流电子开关，反应速度较快，可靠性较高只能驱动交流负载 四 plc的软件及其编程4.1

32、 plc的编程语言与程序结构 与个人计算机相比，plc的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。各个厂家的plc的编程语言和指令系统的功能和表达方式也各不相同，因此各厂家的plc互不兼容。 为了方便plc的开发和使用，iec（国际电工委员会）制定了plc的全球标准(iec61131)。该标准包含了如下五个组成部分：通用信息、设备与测试要求、编程语言、用户指南和通信。其中的第三部分（iec61131-3）是plc的编程语言标准，也是至今为止唯一的工业控制系统的编程语言标准。目前已有越来越多的plc生产厂家提供了符合iec 61131-3标准的产品。 iec 61131-3标准的5种编程语言（

33、如图1-21）：(1) 顺序功能图(sequential function chart)；(2) 梯形图(ladder diagram)；(3) 功能块图(function block diagram)；(4) 指令表(instruction list)；(5) 结构文本(structured text)。标准中有两种图形语言梯形图和功能块图；标准中有两种文字语言指令表和结构文本。 （1）顺序功能图（图1-22）：是一种位于其它编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。它提供了一种组织程序的图形方法，步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元素。有三种基本结构：顺序结构（单系列）、选择系列和

34、并行系列。 对目前大多数plc来说，顺序功能图还仅仅作为组织编程的工具使用，尚需用其它编程语言（如梯形图）将它转化为plc的可执行程序。因此，通常只是将顺序功能图作为plc的辅助编程工具，而不是一种独立的编程语言。（2）梯形图程序：梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。是使用得最多的plc图形编程语言。梯形图与工厂的继电器控制系统的电路图相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的技术人员掌握，特别适合于开关量逻辑控制（3） 功能块图：是一种类似于数字逻辑电路的一种编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。该编程语言使用类似于与门、或门的方框来 表示逻辑运

35、算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量。（4） 指令表程序： 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的。一条指令由一个操作码和一个操作数组成，操作数由标识符和参数组成。操作码定义要执行的功能，它告诉cpu该执行什么操作；操作数为执行该操作所需要的信息，它告诉cpu用什么去做。一般情况下，指令的操作数在plc的存贮器中。（5） 结构文本：是为国际标准iec 61131-3标准创建的一种专用的高级语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写程序非常简洁和紧凑。 （6）编程语言的相互转换和选用：在s7-200的编程软件中，用户可以选用梯形图、指令表和功能块

36、图来编程，编程软件可以自动切换用户程序使用的编程语言。 梯形图程序与继电器电路图的表达方式极为相似，梯形图中输入信号与输出信号之间的逻辑关系一目了然，易于理解，程序可读性强。而指令表程序逻辑关系难于一眼看出，程序可读性差。在设计复杂程序时建议使用梯形图编程。但指令表输入方便快捷，还可以为每一条指令加上注释，便于复杂程序的阅读。在设计通信、数学运算等高级应用程序是时可以采用。 梯形图中一个网络只能有一个独立电路。语句表中，几块独立电路对应的语句可以放在一个网络中，但是这种网络不能转换为梯形图。梯形图程序一定能转换为指令表。 4.2 存储器数据类型与寻址方式cpu的存储区（1）输入过程映像寄存器i

37、（输入继电器）输入过程映像寄存器是plc接收外部输入的开关量信号的窗口。在每个扫描周期的开始，plc的cpu模块对物理输入端进行采样，通过光电耦合器，将外部信号的状态读入并存入输入映像寄存器中。外部输入电路接通时对应的映像寄存器为on（1状态），反之为off（0状态）。输入端可以外接常开触点或常闭触点，也可以接多个触点组成的串、并联电路。在用户编制的梯形图程序中，可以多次使用输入位的常开触点或常闭触点。输入继电器的状态唯一取决于现场输入信号的状态，不可能受用户程序的控制，因此在梯形图中绝对不能出现输入继电器的线圈。 （2）输出过程映像寄存器q（输出继电器）在扫描周期的最后，cpu将输出过程映像

38、寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。在上图的梯形图中，如果q0.0的线圈“通电”，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的常开触点闭合，使接在q0.0输出端的外部负载通电，反之则外部负载断电。输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点，但是在梯形图程序中，每一个输出位常开触点和常闭触点都可以多次使用。（3）变量存储区v变量（varible）存储器用来在程序执行过程中存放中间结果，或者用来保存与工序或任务有关的其它数据。 （4）位存储区m位存储器（m0.0m31.7）类似于继电器控制系统中的中间继电器，用来存储中间操作状态或其它控制信息，也可以按字节、字或双字来存取（5）定时器存储区

39、t定时器相当于继电器控制系统中的时间继电器。s7-200中有三种定时精度的定时器：1ms、10ms和100ms。 定时器的当前值寄存器是16位有符号整数，用于存储定时器累计时间基准增量值（132767）。定时器位用来描述定时器的延时动作的触点状态，定时器位为1时，梯形图中对应的定时器常开触点闭合，常闭触点断开；为0时则触点状态相反。 接通延时定时器的当前值大于等于设定值时，定时器被置为1状态。定时器线圈断电时，定时器被复位为0。 用定时器地址（如t5）存取当前值和定时器位，带位操作数的指令存取定时器位，带字操作数的指令存取当前值（即时定时时间）。 （6）计数器存储区c计数器用来对输入脉冲信号的

40、上升沿进行计数。 s7-200中提供了加计数、减计数和加减计数器。 计数器当前值为16位有符号整数，用来存放计数脉冲（132767） 图1-25 当加计数器的当前值大于等于设定值时，计数器位被置为1状态。用计数器地址（如c20）存取当前值和计数器位，位操作数指令存取计数器位，字操作数的指令存取当前值（即时计数脉冲数）。（7）高速计数器hc用来累计比cpu的扫描速率更快的输入脉冲，计数过程由专门的控制电路来进行，与扫描过程无关。其当前值为32位有符号整数，当前值为只读数据。 （8）累加器ac累加器用来向子程序传递参数，或从子程序返回参数，以及用来存放计算的中间结果。 s7-200 plc提供了4

41、个32位累加器（ac0ac3），可以按字节、字和双字来存取。 按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位，按双字存取全部的32位，存取的数据长度由所用的指令来决定。 如：movw ac2，vw100 ac2按字（w）存取（9）特殊存储器sm特殊存储器（sm）用于cpu与用户之间交换信息。（10）局部存储器l s7-200有64个字节的局部(local)存储器，其中有60个可作为暂时存储器，或给子程序传递参数。 主程序、子程序和中断程序简称为pou(program origanization unit,程序组织单元)，各pou都有自己的局部变量表，局部变量表仅在它被创建的pou中有效。 变量存储

42、器v是全局变量，可以被所有pou存取（11）模拟量输入ais7-200将模拟量输入（如温度、压力、或电流、电压）用a/d模块转换为一个字长（16位）的数字量，存入模拟量输入区域(ai)中。可以用区域标识符（ai）、数据长度（w）及字节的起始地址来存取这些值。 （12）模拟量输出 aqs7-200将一个字长的数值用d/a模块按比例转换为电压或电流的模拟量，用区域标识符(aq)、数据长度（w）及字节的起始地址来表示存储模拟量输出的地址。因为模拟量输出为一个字长，因此从偶数字节地址开始，为只读数据，用户不能读取模拟量输出值。（13）顺序控制继电器s 顺序控制继电器（scr）用于顺序控制编程用，与顺序

43、控制继电器指令配合使用，用来表示顺序控制系统的工步步序。可以按位、字节、字和双字来存取。（14）常数的表示方法与范围常数值可以是字节、字或双字，cpu以二进制方式存储常数，常数也可以用十进制、十六进制、ascii码或浮点数形式来表示。（15）实数（浮点数）图1-26实数（real）又称为浮点数，在编程软件中，用小数表示浮点数，为32位字长（双字）单精度数。数据格式：1.m2e， 尾数m和指数e均为二进制数，e可以是正数或负数。实数的最高位（第31位）为符号位，0正1负。 浮点数的表示范围：1.17549510-383.4028231038 在编程软件中输入立即数时，带小数点的数被认为是浮点数，

44、没有小数点的数被认为是整数。 （16）字符串的格式ascii码（美国信息交换标准码）是一种字符编码格式，用一个字节中不同的二进制数代表不同的字符。 字符串由若干个ascii码字符组成，每个字符占一个字节。字符串的第一个字节定义了字符串的长度（0254），即字符的个数。 直接寻址与间接寻址 在s7-200中，通过地址访问数据，地址是访问数据的依据，访问数据的过程称为“寻址”。几乎所有的指令和功能都于各种形式的寻址有关。（1） 直接寻址 指令所要的操作数存放在内存中，在指令中直接给出该操作数的有效地址，这种寻址方式为直接寻址方式。 直接寻址指定了存储器的区域、长度和位置，如vb200。 可以用字节

45、（b）、字（w）或双字（dw）方式存取v、i、q、m、s和sm存储区。 例如： vb100表示以字节方式存取； vw100表示存取vb100、vb101组成的字； vd100表示存取vb100vb103组成的双字。 数字量逻辑控制系统一般只使用直接寻址。（2） 建立间接寻址的指针 寄存器间接寻址方式的操作数在存储器中，在指令中先给出该操作数所在地址的指针，再通过该指针访问操作数所在存储器，从而获得需要的操作数。 s7- 200 cpu允许使用指针对v、i、q、m、s、ai、aq、t（仅当前值）和c（仅当前值）存储区域进行间接寻址。 间接寻址不能用于位（bit）地址、hc或l存储区。 使用间接寻

46、址之前，应创建一个指向该位置的指针。指针为双字值，用来存放另一个存储器地址，只能用v、l或累加器作指针。 建立指针必须用双字传送指令（movd）将需要间接寻址的存储器地址送到指针中，例如：movd &vb200,ac1 &vb200表示vb200的地址，而不是vb200中的值。（3） 指针存取数据 用指针存取数据时，操作数前加“*”号，表示该操作数为一个指针。（4） 修改指针连续存取指针所指的数据时，因为指针式32位的数据，应使用双字指令来修改指针值，修改是记住需要调整的存储器地址字节数：存取字节时，指针值加1；存取字时指针值加2；存取双字时，指针值加4。4.3 位逻辑指令指令是程序的最小独立

47、单位，用户程序由若干条顺序排列的指令构成的。一条指令由一个操作码和一个操作数组成，操作数由标识符和参数组成。操作码定义要执行的功能，它告诉cpu该执行什么操作；操作数为执行该操作所需要的信息，它告诉cpu用什么去做。一般情况下，指令的操作数在plc的存贮器中。触点指令（1） 标准触点指令常开触点的连接指令有常开触点对应的存储地址位为1状态时，该软继电器线圈得电，该触点闭合。ld：用于梯形图电路的起始常开触点的连接，即将该存储位状态值载入栈顶；a： 用于单个常开触点与其它触点的串联连接，即读出该存储器状态与栈顶值相与，其结果存入栈。o： 用于单个常开触点与其它触点的并联连接，即读出该存储器状态后

48、与栈顶值相或，其结果存入栈顶。常闭触点的连接指令有：常闭触点对应的存储地址位为0状态时，该软继电器线圈失电，该触点闭合。ldn：用于梯形图电路的起始常闭触点的连接，即该存储位取反后载入栈顶；an：用于单个常闭触点与其它触点的串联连接；即读出该存储器状态后取反，再与栈顶值相与，得到的结果存入栈顶；on：用于单个常闭触点与其它触点的并联连接；即读出该存储器状态后取反，再与栈顶值相或，得到的结果存入栈顶.（2） 栈装载与指令触点的串并联指令只能将单个触点与别的触点或电路串并联，要想实现电路块的串并联，则需要用ald和old来实现。old指令用逻辑“或”操作对堆栈第一层和第二层的数据相“或”，即将两个

49、串联电路块并联，并将运算结果s2=s0+s1存入堆栈的顶部，第3-9层中的数据依次向上移动一位。ald指令用逻辑“与”操作对堆栈第1层和第2层的数据相“与”，即将两个电路块串联，并将运算结果s4=s2*s3存入堆栈的顶部，第3-9层中的数据依次向上移动一位（3）其他堆栈指令逻辑入栈（logic push,lps）指令复制栈顶的值并将其压入堆栈的下一层，栈中原来的数据依次向下一层推移，栈底值被推出丢失。逻辑读栈（logic read,lrd）指令将堆栈中的第二层的数据复制到栈顶。第2-9层的数据不变，但是原栈顶值消失。逻辑出栈（logic pop,lpp）指令使栈中各层的数据向上移动一层，第二层

50、的数据称为堆栈的栈顶值，栈顶原来的数据从栈内消失。转载堆栈（load stack,n=1-8，lds n）指令复制堆栈内第n层的值到栈顶。栈中原来的数据依次向下一层推移，栈底值被推出丢失。（4）立即触点（1-34）立即（immediate）触点指令只能用于输入量i，执行立即触点指令时，立即读入物理输入点的值，根据该值决定触点的接通/断开状态，但是并不更新该物理输入点的输入过程映像寄存器。在语句表中，分别用ldi、ai、oi来表示开始、串联和并联的常开立即出点。用ldni、ani、oni来表示开始、串联和并联的常闭立即触点。触点符号中间的“i”和“/i”用来表示立即常开触点和立即常闭触点。下表列

51、出了立即触点的各种指令。输出指令和其它指令（1）输出指令（） 输出指令与线圈对应，当驱动线圈的逻辑电路接通时，线圈流过“ 能流”，对应的映像寄存器（即软继电器）为1,反之则为0。执行输出指令时，使用栈顶值驱动输出指令指定的线圈。输出类指令应放在梯形图程序的最右边。（2）立即输出指令执行立即输出指令时，将栈顶值立即写入指定的物理输出位和对应的输出过程映像寄存器。该指令只能用于输出位（q）。（3）置位与复位指令s（set）置位指令 s bit，n (n=1255)r（reset）复位指令 r bit，n (n=1255) 执行s/r指令时，从指定的位地址开始的n个连续的位地址都被置位或复位。 s/

52、r指令有记忆和保持功能。若用于对定时器和计数器复位，则将清除定时器和计数器的当前值，它们的为状态变为0。 (4) 立即置位与立即复位指令 si(set immediate)立即置位指令 si bit，n (n=1255)ri(reset immediate)立即复位指令 ri bit，n (n=1255) 执行si/ri指令时，从指定的位地址开始的n个连续的位地址将立即被置位或复位。该指令只能用于输出量（q），新值被同时写入对应的物理输出点和输出映像寄存器。（5） rs触发器（图1-34） rs触发器基本功能与r/s指令相同。置位优先（sr）触发器：当置位信号s1和复位信号r同时为1时，输出信号out为1；复位优先（rs）触发器：当置位信号s和复位信号r1同时为1时，输出信号out为0。 （6） 其他指令1.取反指令2.跳变触点指令3.空操作指令4.4 plc的梯形图程序的设计4.4.1 梯形图的经验设计法在plc发展初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图程序，记载已经有了的典型梯形图的基础上，根据被控对象对控制的要求，不断的修