第3章PLC组成与工作原理

1、1机电学院机电学院2v什么是什么是PLCPLC？ 是一种是一种工业控制装置工业控制装置 是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为并逐渐发展成为以微处理器为核心以微处理器为核心，将，将自动化技术自动化技术、计算机技术计算机技术、通信技术通信技术融为一体的新型工业控制装置。融为一体的新型工业控制装置。v通用叫法通用叫法: :中文名称为中文名称为可编程控制器可编程控制器；英文名称为英文名称为Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller，简称简称PLCPLC。2

2、.1 2.1 概述概述第二章第二章 PLC技术基础技术基础3继电器控制系统存在的缺点继电器控制系统存在的缺点 ()： 1.继电器控制线路是接线开关电路，实现控制的程序就继电器控制线路是接线开关电路，实现控制的程序就在线路接法的本身，在线路接法的本身，线路一旦确定，难以调整和更改线路一旦确定，难以调整和更改，不能适应当前快速的技术进步和产品更新的要求。不能适应当前快速的技术进步和产品更新的要求。 2.输出响应时间长输出响应时间长，不能适应生产自动化程度不断提高，不能适应生产自动化程度不断提高的要求。的要求。 3.控制要求复杂时，继电器控制系统将变得十分庞大笨控制要求复杂时，继电器控制系统将变得十

3、分庞大笨重重，难以实现。因此随着科学技术的发展，人们在不断，难以实现。因此随着科学技术的发展，人们在不断探求着实现开关量控制的新途径。探求着实现开关量控制的新途径。vPLCPLC？4控制方法上：控制方法上： 工作方式上：工作方式上： 控制速度上：控制速度上： 定时和计数控制上：定时和计数控制上： 可靠性和可维护性上：可靠性和可维护性上： 56一一. .基本结构基本结构 可编程控制器主机的硬件电路由可编程控制器主机的硬件电路由CPUCPU，存储器，基本，存储器，基本I/OI/O接接口电路，外设接口，电源等五大部分。口电路，外设接口，电源等五大部分。7 1CPU模块模块 CPU模块主要由模块主要由

4、CPU芯片和存储器组成。芯片和存储器组成。 PLC的程序分为操作系统和用户程序。的程序分为操作系统和用户程序。 RAM（随机存取存储器）（随机存取存储器）的的工作速度高、价格便宜、改写方便。工作速度高、价格便宜、改写方便。断电后断电后储存储存的信息丢失。的信息丢失。ROM（只读存储器）只能读出，不能写入。（只读存储器）只能读出，不能写入。断电后断电后储存的信息储存的信息不会不会丢失。丢失。 EEPROM（可以电擦除可编程的只读存储器）（可以电擦除可编程的只读存储器）的数据可以读出和改写，断电的数据可以读出和改写，断电后后信息信息不会不会丢失。丢失。写入数据的时间比写入数据的时间比RAM长。长。

5、S7-200用用EEPROM来存储用户来存储用户程序和需要长期保存的重要数据。程序和需要长期保存的重要数据。 2I/O模块模块 I/O模块模块是是输入（输入（Input）模块和输出（）模块和输出（Output）模块）模块的的简称简称。 输入模块用来采集输入信号输入模块用来采集输入信号，输出模块用来控制输出模块用来控制外部的负载和执行器。外部的负载和执行器。 I/O模块还有电平转换与隔离的作用。模块还有电平转换与隔离的作用。 3编程软件编程软件 STEP 7-Micro/WIN 用来用来生成和编辑生成和编辑用户用户程序，程序，和和监控监控用户程序的运行用户程序的运行。 4电源电源 PLC使用使用

6、AC 220V电源或电源或DC 24V电源。小型电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电可以为输入电路和外部的电子传感器提供子传感器提供DC 24V电源。电源。81PLC的扫描工作方式的扫描工作方式 初始化后初始化后PLC循环循环不停地分不停地分5个个阶段处理各种任务阶段处理各种任务。每次循环的时每次循环的时间称为扫描周期。间称为扫描周期。 （1）读取输入）读取输入 外部输入电路接通时外部输入电路接通时, 对应的过程映像输入寄存器为对应的过程映像输入寄存器为ON(1状态状态), 梯梯形图中对应的常开触点闭合，常闭触点断开。反之过程映像输入寄形图中对应的常开触点闭合，常闭触点断开。反之过程映像输

7、入寄存器为存器为OFF(0状态）。状态）。二、二、 PLC的工作原理的工作原理9 （2）执行用户程序）执行用户程序 如果没有跳转指令，如果没有跳转指令，CPU逐条顺序地执行用户程序。执行程序时，对逐条顺序地执行用户程序。执行程序时，对输入输入/输出的读写通常是通过输出的读写通常是通过过程过程映像映像输入输入/输出输出寄存器，而不是实际的寄存器，而不是实际的I/O点点。 （3）处理通信请求）处理通信请求 （4）CPU自诊断自诊断 （5）改写输出）改写输出 梯形图中梯形图中某一输出位某一输出位的线圈的线圈“通电通电”，对应的，对应的过程映像输出寄存器为过程映像输出寄存器为1，对应的硬件继电器的常开

8、触点闭合，外部负载工作。反之外部负载，对应的硬件继电器的常开触点闭合，外部负载工作。反之外部负载断电。断电。 可用中断程序和立即可用中断程序和立即I/O指令提高指令提高PLC的响应速度。的响应速度。101.用户程序的循环扫描过程用户程序的循环扫描过程输入输入刷新阶段刷新阶段-CPU从输入电路的输出端读出各路状态，并将从输入电路的输出端读出各路状态，并将其写入输入映像寄存器；其写入输入映像寄存器；程序执行阶段程序执行阶段 - CPU- CPU从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读 出各继电器的状态，并根据此状态执行用户程序，执行结果再出各继电器的状态，并根据此状

9、态执行用户程序，执行结果再写入元件映像寄存器中；写入元件映像寄存器中；X0X1c c. . 紧接着的输出刷新阶段紧接着的输出刷新阶段-将输出映像寄存器的状态写入输出将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递输出端子，从而控制外接器件动锁存电路，再经输出电路传递输出端子，从而控制外接器件动作。作。X0Y0Y0Y1读读写写Y0Y1读读写写112.PLC2.PLC的软元件的软元件PLCPLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上；工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应的位上。将运算的结果存放到输出映象区对应的位上。P

10、LCPLC在执行用户程序时所需在执行用户程序时所需“输入继电器输入继电器”、“输出继电器输出继电器”的数据取用于的数据取用于I/OI/O映象区，而不直接与外部映象区，而不直接与外部设备发生关系设备发生关系 。 I/OI/O映象区的大小与系统控制的规模有关映象区的大小与系统控制的规模有关 。输入点总有输。输入点总有输入映象区的某一位与之相对应。入映象区的某一位与之相对应。123.用触点和线圈实现逻辑运算用触点和线圈实现逻辑运算 用逻辑代数中的用逻辑代数中的1和和0来表示数字量控制来表示数字量控制系统中变量系统中变量的的两种相反的工作状态两种相反的工作状态。线圈线圈通电通电、常开触点接通常开触点接

11、通、常闭触点断开常闭触点断开为为1状态，反之为状态，反之为0状态。状态。在波形图中，用高在波形图中，用高、低低电平电平分别分别表示表示1、0状态。状态。“与与”、“或或”、“非非”逻辑运算逻辑运算的输入输出关系的输入输出关系见表见表1-6。13 按下起动按钮按下起动按钮SB1，电流经，电流经SB1的常开触点和的常开触点和SB2的常闭触点流过的常闭触点流过KM的线的线圈。圈。KM的的主主触点闭合触点闭合，电动机开始运行电动机开始运行。KM的辅助常开触点同时接通。的辅助常开触点同时接通。 放开起动按钮，放开起动按钮，SB1的常开触点断开，电流经的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和的辅助常开触

12、点和SB2的的常闭触点流过常闭触点流过KM的线圈。的线圈。KM常开常开触点触点的的功能称为功能称为“自锁自锁”或或“自保持自保持”。 图图1-12中的继电器电路称为起动中的继电器电路称为起动-保持保持-停止电路，简称为起保停电路。逻停止电路，简称为起保停电路。逻辑代数式表示为辑代数式表示为14 逻辑代数式逻辑代数式 中的加号表示逻辑中的加号表示逻辑“或或”，乘号，乘号（或或*号）表示逻辑号）表示逻辑“与与”。上划线表示逻辑。上划线表示逻辑“非非”。逻辑运算的规则为先逻辑运算的规则为先“与与”后后“或或”。括号优先，先执行括号优先，先执行括号括号中的中的“或或”运算运算。 15LDI0.1OQ0

13、.0ANI0.2=Q0.0 2 . 0IQ0.0)(I0.1 Q0.0PLC的工作过程举例的工作过程举例 在读取输入阶段，在读取输入阶段，SB1和和SB2的常开触点的接通的常开触点的接通/断开状态断开状态被被读入相应的过读入相应的过程映像输入寄存器。程映像输入寄存器。16 执行第一条指令时，从过程映像输入寄存器执行第一条指令时，从过程映像输入寄存器I0.1中取出二进制数，并存入中取出二进制数，并存入堆栈的栈顶。堆栈的栈顶。 执行第二条指令时，从过程映像输出寄存器执行第二条指令时，从过程映像输出寄存器Q0.0中取出二进制数，并与栈中取出二进制数，并与栈顶中的二进制数相顶中的二进制数相“或或”，运

14、算结果存入栈顶。，运算结果存入栈顶。 执行第三条指令时，因为是常闭触点，取出过程映像输入寄存器执行第三条指令时，因为是常闭触点，取出过程映像输入寄存器I0.2中的中的二进制数后，将它取反二进制数后，将它取反，与前面的运算结果相与前面的运算结果相“与与”后后，存入栈顶。，存入栈顶。 执行第四条指令时，将栈顶中的二进制数传送到执行第四条指令时，将栈顶中的二进制数传送到Q0.0的过程映像输出寄存的过程映像输出寄存器。器。 在修改输出阶段，在修改输出阶段，CPU将各过程映像输出寄存器中的二进制数传送给输出将各过程映像输出寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果模块并锁存起来，如果Q0.0中存放

15、的是二进制数中存放的是二进制数1，外接的，外接的KM线圈将通电，线圈将通电，反之将断电。反之将断电。17181920PLCPLC与继电接触控制系统的比较与继电接触控制系统的比较继电接触控制全部用硬器件、硬触点和继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬硬”线连接，为全硬件控制；线连接，为全硬件控制；PLCPLC内部大部分采用内部大部分采用“软软”电器、电器、“软软”接点和接点和“软软”线连接，为软控线连接，为软控制。制。继电接触控制系统体积大；继电接触控制系统体积大；PLCPLC系统结构紧凑，体积小。系统结构紧凑，体积小。继电接触控制全为机械式触点，动作慢；继电接触控制全为机械式触点，动作慢；PL

16、CPLC内部全为内部全为“软接点软接点”，动，动作快。作快。继电接触控制功能改变，需拆线，接线乃至更换元器件，比较麻烦；继电接触控制功能改变，需拆线，接线乃至更换元器件，比较麻烦；PLCPLC控制功能改变，一般仅修改程序即可，及其方便。控制功能改变，一般仅修改程序即可，及其方便。PLCPLC控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。PLCPLC控制的自检和监控功能比继电接触控制的强。控制的自检和监控功能比继电接触控制的强。PLCPLC的使用范围比继电接触控制的广泛。的使用范围比继电接触控制的广泛。PLCPLC可靠性比继电接触控制的高

17、。可靠性比继电接触控制的高。21输入、输出延迟响应输入、输出延迟响应 输入电路滤波时间，它由输入电路滤波时间，它由RC滤波电路的时间常数决定。滤波电路的时间常数决定。改变时间常数可调整输入延迟时间。改变时间常数可调整输入延迟时间。 输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。继电器输出方式的滞后时间为继电器输出方式的滞后时间为10ms左右；双向晶闸管输出左右；双向晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后，切断负载时滞后时间小于时间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于；晶体管输出方式的滞

18、后时间小于1ms。 PLC循环扫描的工作方式循环扫描的工作方式22输入输出延迟时间输入输出延迟时间最短响应时间最短响应时间CPU读输入读输入输入输入/输出输出刷新时间刷新时间最短响应时间最短响应时间=输入延迟时间输入延迟时间+一个扫描周期一个扫描周期+输出延迟时间输出延迟时间23CPU读输入读输入输入输入/输出输出刷新时间刷新时间最长响应时间最长响应时间=输入延迟时间输入延迟时间+两个扫描时间两个扫描时间+输出延迟时间输出延迟时间24PLC输入输出响应时间输入输出响应时间说明说明:输入信号在第一个扫描周期的输入采样阶段之后才出现，故在第一个扫输入信号在第一个扫描周期的输入采样阶段之后才出现，故

19、在第一个扫描周期内，各映像寄存器的均为描周期内，各映像寄存器的均为“0”状态，使状态，使Y0、Y1、Y2输出端的状态为输出端的状态为OFF（“0”）状态）状态Q0.0M2.0I0.2Q0.0Q0.0M2.1输入信号输入信号I0.2I0.2Q0.0M2.1M2.0输入采样输入采样 程序执行程序执行 输出处理输出处理出现信号出现信号第一周期第一周期输入采样输入采样 程序执行程序执行 输出处理输出处理第二周期第二周期说明说明:在第二个扫描周期的输入采样阶段，输入继电器在第二个扫描周期的输入采样阶段，输入继电器X0的状态为的状态为ON（“1”）状态，程序执行阶段，状态，程序执行阶段，Y1、Y2依次接通

20、，故依次接通，故Y1、Y2输出端的状态为输出端的状态为ON（“1”）状态。）状态。输入采样输入采样 程序执行程序执行 输出处理输出处理第三周期第三周期说明说明:在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于的接通使接通，在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于的接通使接通，可见从外部输入触点接通到驱动的负载接通，程序执行阶段，响应可见从外部输入触点接通到驱动的负载接通，程序执行阶段，响应延迟达两个多扫描周期延迟达两个多扫描周期252.2 S7-200系列系列PLC S7-200、S7-1200和和S7-200 SMART是西门子的小型是西门子的小型PLC。S7-300/S7-400和和S7-1500是模块式

21、大中型是模块式大中型PLC。WinAC是在是在PC上实现上实现PLC功能的功能的“软软PLC”。 S7-200的特点的特点 1功能强，有高速计数、高速输出、功能强，有高速计数、高速输出、PID参数自整定、位置控制、称重、参数自整定、位置控制、称重、配方、数据记录等功能。配方、数据记录等功能。 2先进的程序结构先进的程序结构 3灵活方便的存储器结构，大多数存储区灵活方便的存储器结构，大多数存储区可以按位（可以按位（bit）、字节、字）、字节、字和双字读写。和双字读写。 4功能强大、使用方便的编程软件功能强大、使用方便的编程软件 5简化复杂编程任务的向导功能简化复杂编程任务的向导功能 6强大的通信

22、功能强大的通信功能 7品种丰富的配套人机界面，品种丰富的配套人机界面， Smart 700 IE的价格便宜的价格便宜 8有竞争力的价格有竞争力的价格 9完善的网上技术支持完善的网上技术支持26272.2.1CPU模块模块有有CPU 221/222/224/224XP/224XPsi/226，最多扩展，最多扩展7个扩展模块、个扩展模块、256点数点数字量字量I/O或或45路模拟量路模拟量I/O，最多，最多24KB程序存储空间和程序存储空间和10KB用户数据存储空间。用户数据存储空间。CPU 221无扩展功能。无扩展功能。256点定时器、点定时器、256点计数器；集成点计数器；集成6个有个有13种

23、工作模式的高速计数器，以及种工作模式的高速计数器，以及两点高速脉冲发生器两点高速脉冲发生器/脉冲宽度调制器。脉冲宽度调制器。1个或个或2个模拟电位器，个模拟电位器，1个或个或2个个RS-485接口，有实时时钟。接口，有实时时钟。4点输入中断，点输入中断，2个个1255ms的定时中断。的定时中断。CPU 224XP集成了集成了2AI、1AO，2个个RS-485通信口，高速输入通信口，高速输入200kHz、高速、高速输出输出100kHz。 可使用可使用PPI、MPI、PROFIBUS、Modbus、USS、S7通信协议，和自由端通信协议，和自由端口通信方式。口通信方式。28CPUCPU模块模块分类

24、分类（1） CPUCPU模块模块按输出形式可分为：按输出形式可分为：继电器输出继电器输出、晶体管输出晶体管输出及及晶闸管输出晶闸管输出 形式。形式。 继电器输出的继电器输出的PLC其输出点可控制交流或直流负载，其输出点可控制交流或直流负载， 晶体管输出的晶体管输出的PLC其输出点只能控制直流负载，其输出点只能控制直流负载， 晶闸管输出的晶闸管输出的PLC其输出点只能控制交流负载。其输出点只能控制交流负载。（2）按）按CPUCPU模块模块输入端所接电源的不同可分为：输入端所接电源的不同可分为：交流输入交流输入和和直流输入直流输入。 不同输入形式、输出形式的不同输入形式、输出形式的PLC的接线略有

25、所不同，但原理是相似的。的接线略有所不同，但原理是相似的。 型号为型号为CPU226AC/DC/继电器继电器是工作电源为交流、直流数字输入、输电是工作电源为交流、直流数字输入、输电器输出的器输出的PLC； 如如CPU224DC/DC/DC是工作电源为直流（是工作电源为直流（24V）、直流数字输入、直流）、直流数字输入、直流输出的输出的PLC。29CPU226AC/DC/继电器接线图继电器接线图 30PLCPLC的操作模式的操作模式 RUN RUN模式执行用户程序，模式执行用户程序，“RUN” LEDRUN” LED亮。亮。STOPSTOP模式不执行用户程序，模式不执行用户程序，可以下载程序。可

26、以下载程序。 模式开关在模式开关在RUNRUN位置时，上电后自动进入位置时，上电后自动进入RUNRUN模式。模式。 PC PC和和PLCPLC之间建立起通信连接后，若模式开关在之间建立起通信连接后，若模式开关在RUNRUN或或TERMTERM位置位置, , 可可用编程软件中的命令改变用编程软件中的命令改变CPUCPU的操作模式。的操作模式。31数字量输入与数字量输出数字量输入与数字量输出1数字量输入电路数字量输入电路图图1-3中的中的1M是同一组输入点各内部输入电路的公共点。输入电流为数毫安。是同一组输入点各内部输入电路的公共点。输入电流为数毫安。外接触点接通时，发光二极管亮，光敏三极管饱和导

27、通；外接触点接通时，发光二极管亮，光敏三极管饱和导通；反之反之发光二极管发光二极管熄灭，光敏三极管截止，信号经内部电路传送给熄灭，光敏三极管截止，信号经内部电路传送给CPU模块。模块。32漏型输入的输入电流流进输入模块，源型输入的输入电流从模块流出。漏型输入的输入电流流进输入模块，源型输入的输入电流从模块流出。332数字量输出电路数字量输出电路继电器继电器输出电路输出电路可以驱动直流负载可以驱动直流负载和和交流负载交流负载，承受瞬时过电压和过电承受瞬时过电压和过电流的能力较强，动作速度慢，动作次数有限制。流的能力较强，动作速度慢，动作次数有限制。场效应管输出电路场效应管输出电路只能只能驱动直流

28、负载驱动直流负载。反应速度快、寿命长，过载能力反应速度快、寿命长，过载能力稍差。稍差。CPU 224XPsi具有具有MOSFET漏型输出，电流从输出端子流入。其他场效漏型输出，电流从输出端子流入。其他场效应晶体管型输出的应晶体管型输出的CPU都是都是MOSFET源型输出，电流从输出端子流出。源型输出，电流从输出端子流出。34352.2.2扩展模块扩展模块1数字量扩展模块数字量扩展模块数字量数字量I/O：8DI、16DI、4DO、8DO模块；模块；4/4、8/8、16/16、32/32点的点的DI/DO模块。模块。输入有输入有DC 24V 和和AC 230V 两种，输出有两种，输出有DC 24V

29、 和继电器型两种。和继电器型两种。36 2PLC对模拟量的处理对模拟量的处理 模拟量输入模块将模拟量输入模块将模拟量转换模拟量转换为为数字量。模拟量输出模块将数字量。模拟量输出模块将PLC中的数中的数字量转换为模拟量电压或电流字量转换为模拟量电压或电流。 有有12位的位的4AI、8AI、2AO、4AO、4AI/1AO模块（见表模块（见表1-5 ）；）；15位位4路、路、8路热电偶模块，路热电偶模块，2路、路、4路热电阻模块。路热电阻模块。 3模拟量输入模块模拟量输入模块 用模块上的用模块上的DIP开关设置量程。开关设置量程。转换转换后的后的12位位数据被数据被尽可能地往高位移动，尽可能地往高位

30、移动，单极性全量程输入范围对应的数字量输出为单极性全量程输入范围对应的数字量输出为032000。双极性全量程输入。双极性全量程输入范围对应的数字量输出为范围对应的数字量输出为32000+32000。电压输入时输入阻抗。电压输入时输入阻抗2M ，电流输入时输入阻抗为电流输入时输入阻抗为250 。 37 5模拟量输模拟量输出出模块模块 满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为12位和位和11位。电压输出时负位。电压输出时负载阻抗最小载阻抗最小5 k ；电流输出时负载阻抗最大；电流输出时负载阻抗最大500 。 4将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量将模拟

31、量输入模块的输出值转换为实际的物理量 【例例1-2】量程为量程为010MPa的压力变送器的输出信号为的压力变送器的输出信号为DC 420mA，模拟，模拟量输入模块将量输入模块将020mA转换为转换为032000的数字量，设转换后得到的数字为的数字量，设转换后得到的数字为N，试求以试求以kPa为单位的压力值。为单位的压力值。 解：解：420mA的模拟量对应于数字量的模拟量对应于数字量640032000，压力的计算公式为，压力的计算公式为382.2.3 I/O地址分配与外部接线地址分配与外部接线 1I/O地址分配地址分配 I/O模块分为数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出模块分为数字量输

32、入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出4类。类。 分配给数字量分配给数字量I/O模块的地址以字节为单位模块的地址以字节为单位。扩展模块扩展模块I/O点的字节地址由点的字节地址由I/O的类型和模块在同类的类型和模块在同类I/O模块链中的位置来决定。模块链中的位置来决定。 某个模块的数字量某个模块的数字量I/O点如果不是点如果不是8的整倍数，最后一个字节中未用的位不的整倍数，最后一个字节中未用的位不会分配给会分配给I/O链中的后续模块。链中的后续模块。 模拟量扩展模块以模拟量扩展模块以2点（点（4字节）递增的方式来分配地址字节）递增的方式来分配地址。39402.3 S7-200 编程编程基础基础

33、2.3.1 PLCPLC的编程语言程序结构的编程语言程序结构 1.编程语言编程语言(IEC 61131-3标准标准)： A. 顺序功能图顺序功能图(Sequential Function Chart)，第第5章将详细介绍章将详细介绍。 B. 梯形图梯形图(Ladder Diagram，LAD) 梯形图程序被划分为若干个网络梯形图程序被划分为若干个网络，一个网络只能有一块独立电路。触点一个网络只能有一块独立电路。触点接通时有接通时有“能流能流”(Power Flow)流过线圈。流过线圈。“能流能流”只能从左向右流动。只能从左向右流动。梯形图和语句表用得最多。梯形图和语句表用得最多。 梯形图是梯形

34、图是PLCPLC用户编程时最常用的一种图形编程方法，是表示用户编程时最常用的一种图形编程方法，是表示I/OI/O点之点之间逻辑关系的一种图。它实质上是变相的继电器控制逻辑图，形式和规范间逻辑关系的一种图。它实质上是变相的继电器控制逻辑图，形式和规范非常相似，其目的是为了让工厂技术人员不必懂计算机，就可使用非常相似，其目的是为了让工厂技术人员不必懂计算机，就可使用( (设计、设计、阅读阅读) )它。它。41梯形图的要素（图形符号）梯形图的要素（图形符号）4个个1母线母线有左母线、右母线之分。它们是两条竖直线，从程序的第一行开始到有左母线、右母线之分。它们是两条竖直线，从程序的第一行开始到最后一行

35、结束。它们相当于电路中的电源线。有些类型的最后一行结束。它们相当于电路中的电源线。有些类型的PLC的梯形的梯形图不画右母线。图不画右母线。2触点触点它们是各类继电器、定时器、计数器的内部触点。它们是各类继电器、定时器、计数器的内部触点。3线圈线圈线圈是线圈是PLC用户程序能够控制的继电器的线圈。用户程序能够控制的继电器的线圈。注意：以上三个要素对应着注意：以上三个要素对应着PLC的基本指令。的基本指令。4功能指令符功能指令符应用指令、程序执行控制类指令和其他不写出整条指令就不能把意思应用指令、程序执行控制类指令和其他不写出整条指令就不能把意思表达清楚的指令，在梯形图上也要把整条指令写出来，一般

36、把这样指表达清楚的指令，在梯形图上也要把整条指令写出来，一般把这样指令写在梯形图上的一个方括号或一个横条形框内。如：定时器、计数令写在梯形图上的一个方括号或一个横条形框内。如：定时器、计数器等。器等。所有对象连接在一起并与其它对象没有连接的组所有对象连接在一起并与其它对象没有连接的组 (除电源母线以外除电源母线以外) 称称为网络或梯级为网络或梯级.42 C. 指令表指令表(Instruction List)，西门子叫语句表（，西门子叫语句表（STL) 语句表程序由指令组成，适合程序设计经验丰富的程序员使用。语句表程序由指令组成，适合程序设计经验丰富的程序员使用。 D. 功能块图功能块图(Fun

37、ction Block Diagram，FBD) 是是类似于数字逻辑电路的编程语言类似于数字逻辑电路的编程语言，国内很少使用。，国内很少使用。 E. 结构文本结构文本(Structured Text) 为为IEC 61131-3标准创建的一种专用的高级编程语言。标准创建的一种专用的高级编程语言。 F编程语言的相互转换和选用编程语言的相互转换和选用 在编程软件中，可以选用梯形图、功能块图和语句表。在编程软件中，可以选用梯形图、功能块图和语句表。 梯形图中输入信号（触点）与输出信号（线圈）之间的逻辑关系一目了梯形图中输入信号（触点）与输出信号（线圈）之间的逻辑关系一目了然，易于理解。设计复杂的数字

38、量控制程序时建议使用梯形图语言。然，易于理解。设计复杂的数字量控制程序时建议使用梯形图语言。 语句表程序输入方便快捷，还可以为每一条语句加上注释，便于复杂程序语句表程序输入方便快捷，还可以为每一条语句加上注释，便于复杂程序的阅读。的阅读。 43 G. SIMATIC指令集与指令集与IEC 61131-3指令集指令集 用用“选项选项”对话框切换，一般使用对话框切换，一般使用SIMATIC指令集指令集。2. S7-200的程序结构的程序结构 1主程序主程序OB1：每次扫描都要执行主程序。每个项目都必须有且只能有一：每次扫描都要执行主程序。每个项目都必须有且只能有一个主程序。个主程序。主程序可以调用

39、子程序主程序可以调用子程序。 2子程序：子程序：同一个子程序同一个子程序可以被多次调用，可以被多次调用，使用子程序使用子程序可简化程序代码、可简化程序代码、减少扫描时间。减少扫描时间。 3中断程序：在中断事件发生时由中断程序：在中断事件发生时由PLC的操作系统调用的操作系统调用中断程序中断程序。442.3.2 数据类型数据类型 S7-200 S7-200系列系列PLCPLC数据类型有布尔型、整型和实型。常用的单位有位、字数据类型有布尔型、整型和实型。常用的单位有位、字节、字和双字等节、字和双字等。一、一、 数制数制 1二进制数二进制数 （1）用）用1位二进制数表示数字量位二进制数表示数字量 二

40、进制数的二进制数的1位位只能为只能为0和和1。用用1 1位二进制数位二进制数来表示开关量的两种不同的状来表示开关量的两种不同的状态，态，线圈通电线圈通电、常开触点接通常开触点接通、常闭触点断开常闭触点断开为为1状态（状态（ON），反之为），反之为0状状态（态（OFF）。二进制位的）。二进制位的数据类型为数据类型为BOOL（布尔）型。（布尔）型。 （2）多位二进制数）多位二进制数 多位二进制数用来表示大于多位二进制数用来表示大于1的数字。从右往左的第的数字。从右往左的第n位（最低位为第位（最低位为第0位）位）的权值为的权值为2n。2#0000 0100 1000 0110对应的十进制数为对应的十

41、进制数为115822221271045 （3）有符号数的表示方法）有符号数的表示方法 用二进制补码来表示有符号数，最高位为符号位，最高位为用二进制补码来表示有符号数，最高位为符号位，最高位为0时为正数，反时为正数，反之为负数。正数的补码是它本身，最大的之为负数。正数的补码是它本身，最大的16位二进制正数为位二进制正数为2#0111 1111 1111 1111（32767）。）。 将正数的补码逐位取反（将正数的补码逐位取反（0变为变为1，1变为变为0）后加）后加 1，得到绝对值与它相同的，得到绝对值与它相同的负数的补码。例如将负数的补码。例如将1158的补码的补码2#0000 0100 100

42、0 0110逐位取反后加逐位取反后加1，得到，得到1158的补码的补码1111 1011 0111 1010。 2十六进制数十六进制数 十六进制数用于简化二进制数的表示方法，十六进制数用于简化二进制数的表示方法，16个数为个数为09和和AF（1015），），4位二进制数对应于位二进制数对应于1位十六进制数，例如位十六进制数，例如2#1010 1110 0111 0101可以转换为可以转换为16#AE75（或（或AE75H）。 十六进制数十六进制数“逢逢1616进进1”1”，第，第n位的权值为位的权值为16n。16#2F对应的十进制数为对应的十进制数为2 16115 16047。 3BCD码（码

43、（Binary Coded Decimal）是各位按二进制编码的十进制数，）是各位按二进制编码的十进制数，“逢逢1010进进1”1”。用用4位二进制数来表示位二进制数来表示1位十进制数，每一位只能是位十进制数，每一位只能是2#00002#1001。 用用16#表示表示BCD码码，4位位BCD码对应于码对应于16位二进制数，允许范围为位二进制数，允许范围为16#9999 16# 0000。46 BCD码用于码用于PLC的输入和输出。的输入和输出。 拨码开关用来设置多位十进制参数值，拨码开关用来设置多位十进制参数值，PLC用输入点读取的多位拨码开关用输入点读取的多位拨码开关的输出值就是的输出值就是

44、BCD码码，图图3-5的拨码开关输出的的拨码开关输出的BCD码为码为16#829。 电梯的楼层数转换为电梯的楼层数转换为BCD码后，码后，分分别别送给译码驱动芯片送给译码驱动芯片4547。47二、二、 数据长度数据长度 1位位 二进制二进制位（位（bit）的数据类型为）的数据类型为BOOL（布尔）。（布尔）。 I3.2 中的中的I表示输入，表示输入，3是字节地址，是字节地址，2是字节中的位地址是字节中的位地址（0 7）。）。 2字节字节 一个字节（一个字节（Byte）由）由8个位数据组成，个位数据组成，IB3由由I3.0I3.7这这8位组成。位组成。 3字和双字字和双字 相邻的两个字节组成一个

45、字（相邻的两个字节组成一个字（Word），相邻的两个字或），相邻的两个字或4个字节组成一个双字（个字节组成一个双字（Double Word）。以起始字节的地址）。以起始字节的地址作为字和双字的地址。起始字节为最高位的字节。作为字和双字的地址。起始字节为最高位的字节。 字节、字和双字都是无符号数，它们的数值用字节、字和双字都是无符号数，它们的数值用16#表示。表示。用用VB100的地址编号作为的地址编号作为VW100和和VD100的地址编号。的地址编号。 组成字和双字的组成字和双字的编号最小的字节编号最小的字节VB100为为VW100和和VD100的最高位字节的最高位字节。 I、Q、V、M、S、

46、SM、L均可以按位、字节、字和双字均可以按位、字节、字和双字来存取。来存取。 4849 416位整数位整数INT和和32位双整数位双整数DINT都是有符号数。最高位为符号位。都是有符号数。最高位为符号位。 532位浮点数（位浮点数（REAL，实数）可以表示为，实数）可以表示为1.m 2E，标准格式的浮点数，标准格式的浮点数的的最高位为符号位，最高位为符号位，指数指数e = E +127为为8位正整数。位正整数。第第022位位是是尾数的小数尾数的小数部分部分m，第第2330位位是指数是指数部分部分e 。 在编程软件中，用小数表示浮点数。浮点数的精度相当于在编程软件中，用小数表示浮点数。浮点数的精

47、度相当于7位十进制数。位十进制数。 6ASCII码字符：美国信息交换标准代码。用单引号表示，例如码字符：美国信息交换标准代码。用单引号表示，例如AB12 。 7字符串的数据类型为字符串的数据类型为STRING，由若干个，由若干个ASCII码字符组成，第一个字码字符组成，第一个字节是字符串的长度（节是字符串的长度（0254），后面的每个字符占一个字节。字符串用双引），后面的每个字符占一个字节。字符串用双引号表示，例如号表示，例如”LINE2”。50常数的表示形式常数的表示形式512. 3.3 CPU的存储区的存储区 1过程映像输入寄存器（过程映像输入寄存器（I）：外部输入电路接通时对应的过程映像

48、输入）：外部输入电路接通时对应的过程映像输入寄存器为寄存器为ON（1状态），反之为状态），反之为OFF（0状态）。状态）。 2过程映像输出寄存器（过程映像输出寄存器（Q）：梯形图中）：梯形图中Q0.0的线圈的线圈“通电通电”时时，输出，输出模块中对应的硬件继电器的常开触点闭合。模块中对应的硬件继电器的常开触点闭合。 3变量存储区（变量存储区（V）：用来存放中间结果和有关数据。）：用来存放中间结果和有关数据。 4位存储区（位存储区（M）：）：类似于继电器控制系统的中间继电器类似于继电器控制系统的中间继电器，32个字节。个字节。 5定时器存储区（定时器存储区（T）：定时器、计数器的当前值为）：定时

49、器、计数器的当前值为16位有符号整数，位有符号整数，定时器位用来描述定时器的延时动作的触点的状态。定时器位用来描述定时器的延时动作的触点的状态。 6计数器存储区（计数器存储区（C）：计数器用来累计其计数脉冲上升沿的次数。计）：计数器用来累计其计数脉冲上升沿的次数。计数器位用来描述计数器的触点的状态。数器位用来描述计数器的触点的状态。 7高速计数器（高速计数器（HC）：用来累计比）：用来累计比CPU的扫描速率更快的事件。当前值的扫描速率更快的事件。当前值为为32位有符号整数。位有符号整数。 8累加器（累加器（AC0AC3）：）：32位，可以按字节、字和双字来访问累加器位，可以按字节、字和双字来访

50、问累加器中的数据。按字节、字只能访问累加器的低中的数据。按字节、字只能访问累加器的低8位或低位或低16位。位。 52 9特殊存储器（特殊存储器（SM） 特殊存储器特殊存储器用于用于CPU与用户与用户程序程序之间交换信息之间交换信息。 SM0.0一直为一直为ON； SM0.1仅在执行用户程序的第一个扫描周期为仅在执行用户程序的第一个扫描周期为ON。 SM0.4和和SM0.5分别提供周期为分别提供周期为1分钟和分钟和1秒的时钟脉冲。秒的时钟脉冲。 SM1.0、SM1.1和和SM1.2分别为零标志、溢出标志和负数标志。分别为零标志、溢出标志和负数标志。 10局部存储区域（局部存储区域（L）：各）：各

51、POU都有自己的都有自己的64字节的局部存储器，仅字节的局部存储器，仅仅在它被创建的仅在它被创建的POU中有效。作为暂时存储器，或给子程序传递参数。中有效。作为暂时存储器，或给子程序传递参数。 变量存储器（变量存储器（V）是全局存储器，可以被所有的）是全局存储器，可以被所有的POU访问。访问。 11模拟量输入模拟量输入(AI)：AI模块将模拟量转换为一个字的数字量。模块将模拟量转换为一个字的数字量。AI地址地址应从偶数字节开始（例如应从偶数字节开始（例如AIW2），为只读数据。），为只读数据。 12模拟量输出模拟量输出(AQ)：AQ模块将一个字的数字值按比例转换为电流或模块将一个字的数字值按比

52、例转换为电流或电压。电压。AQ地址应从偶数字节开始（例如地址应从偶数字节开始（例如AQW2），用户不能读取。），用户不能读取。 13顺序控制继电器（顺序控制继电器（S）：用于顺序控制编程（见）：用于顺序控制编程（见5.5节节），），32字节。字节。 14常数的表示方法举例常数的表示方法举例 十进制整数：十进制整数：20047；十六进制数：；十六进制数：16#3A8D；二进制数：；二进制数：2#1001 1011；浮点数：浮点数：50.0；ASCII码：码：AB12；字符串：；字符串：”LINE2”。 I、Q、V、M、S、SM和和L存储器区均可以按位、字节、字和双字来访存储器区均可以按位、字节、

53、字和双字来访问。532. 3.4 寻址方式寻址方式1、直接寻址、直接寻址将信息存储在存储器中，存储单元按字节进行编址，无论寻址的是何种数将信息存储在存储器中，存储单元按字节进行编址，无论寻址的是何种数据类型，通常应直接指出元件名称及其所在存储区域内的字节地址，并且据类型，通常应直接指出元件名称及其所在存储区域内的字节地址，并且每个单元都有唯一的地址，这种寻址方式称为直接寻址。直接寻址指定了每个单元都有唯一的地址，这种寻址方式称为直接寻址。直接寻址指定了存储器的区域、长度和位置。存储器的区域、长度和位置。 5455（1）按位寻址的格式为）按位寻址的格式为Ax.y：I0.0、Q0.0、M0.0、S

54、M0.0、S0.0、V0.0、L0.0等。等。（2）存储区内另有一些元件是具有一定功能的硬件，由于元件数量）存储区内另有一些元件是具有一定功能的硬件，由于元件数量很少，所以不用指出元件所在存储区域的字节，而是直接指出其编号。很少，所以不用指出元件所在存储区域的字节，而是直接指出其编号。其寻址格式为：其寻址格式为：Ax，如，如T0、C0、HC0、AC0等。等。（3）数据寻址格式为：）数据寻址格式为：ATx，如，如IB0、IW0、ID0、QB0、QW0、QD0、MB0、MW0、MD0、SMB0、SMW0、SMD0、SB0、SW0、SD0、VB0、VW0、VD0、LB0、LW0、LD0、AIW0、A

55、QW0等。等。562 间接寻址间接寻址 间接寻址方式是指数据存放在寄存器或存储器中，在指令中只出间接寻址方式是指数据存放在寄存器或存储器中，在指令中只出现所需数据所在单元的内存地址的地址，存储单元地址的地址又称为现所需数据所在单元的内存地址的地址，存储单元地址的地址又称为地址指针。地址指针。 用间接寻址方式存取数据的工作方式有用间接寻址方式存取数据的工作方式有3种：种：建立指针建立指针、间接存间接存取取和和修改指针修改指针。57（1）建立指针）建立指针 建立指针必须用双字传送指令（建立指针必须用双字传送指令（MOVD），将存储器所要访问的），将存储器所要访问的单元的地址装入用来作为指针的存储器

56、单元或寄存器，装入的是地址而单元的地址装入用来作为指针的存储器单元或寄存器，装入的是地址而不是数据本身，格式如下：不是数据本身，格式如下： 例：例：MOVD&VB200, VD302 MOVD&MB10, AC2 MOVD&C2, LD14 其中其中“&”为地址符号，它与单元编号结合使用表示所对应单元的为地址符号，它与单元编号结合使用表示所对应单元的32位物理地址。位物理地址。VB200只是一个直接地址的编号，并非其物理地址。指只是一个直接地址的编号，并非其物理地址。指令中的第二个地址数据长度必须是双字长，如令中的第二个地址数据长度必须是双字长，如VD、LD、A

57、C等。等。注意：建立指针用注意：建立指针用MOVD指令。指令。58（2）间接存取）间接存取 指令中在操作数的前面加指令中在操作数的前面加“ * ”表示该操作数为一个指针。表示该操作数为一个指针。 下面两条指令是建立指针和间接存取的应用方法：下面两条指令是建立指针和间接存取的应用方法：MOVD&VB200，AC0MOVW*AC0，AC159（3）修改指针）修改指针 下面的指令可以修改指针的用法：下面的指令可以修改指针的用法：MOVD&VB200，AC0 /建立指针建立指针INCDAC0 /修改指针，加修改指针，加1 INCDAC0 /修改指针，再加修改指针，再加1MOVW*AC0

58、，AC1 /读指针读指针60 间接寻址给出一个被称为地址指针的存储单元的地址，间接寻址给出一个被称为地址指针的存储单元的地址，32位地址指针里位地址指针里存放的是真正的操作数的地址。只能用存放的是真正的操作数的地址。只能用V、L或累加器作指针。或累加器作指针。 间接寻址可用于访问间接寻址可用于访问 I、Q、V、M、S、AI、AQ、SM，以及，以及T和和C的当的当前值。不能访问单个位（前值。不能访问单个位（bit）地址、）地址、HC、L存储区和累加器。存储区和累加器。 指令指令“MOVD &VB200, AC1”将将VB200的地址的地址&VB200传送给传送给AC1。 指令指令

59、“MOVW *AC1, AC0”将指针将指针AC1所指的所指的VW200中的数据中的数据（ *AC1）传送给）传送给AC0。61 用指针访问相邻的下一个用指针访问相邻的下一个字节字节时，指针值加时，指针值加1；访问字时，指针值加；访问字时，指针值加2；访；访问双字时，指针值加问双字时，指针值加4。 【例例3-1】 用于非线性校正的表格存放在用于非线性校正的表格存放在VW100开始的开始的10个字中，表格的偏个字中，表格的偏移量（表格中字的序号，第移量（表格中字的序号，第1个字的序号为个字的序号为0）在）在VD20中，在中，在I0.0的上升沿，的上升沿，用间接寻址将表格中相对于偏移量的数据值传送

60、到用间接寻址将表格中相对于偏移量的数据值传送到VW24中去。用中去。用AC1作地址作地址指针。下面是语句表程序。指针。下面是语句表程序。LD I0.0EU/在在I0.0的上升沿的上升沿MOVD &VB100, AC1/表格的起始地址送表格的起始地址送AC1+D VD20, AC1+D VD20, AC1/起始地址加偏移量起始地址加偏移量MOVW *AC1, VW24/读取表格中的数据读取表格中的数据 一个字由两个字节组成，地址相邻的两个字的地址增量为一个字由两个字节组成，地址相邻的两个字的地址增量为2（两个字节），（两个字节），所以用了两条双整数加法指令。所以用了两条双整数加法指令。62一、软件界面介绍一、软件界面介绍二、通讯设置二、通讯设置三、步骤