西门子PLC编程基础学习教案

1、会计学1第一页，共44页。3.1 PLC的基本的基本(jbn)结构结构 从结构形式上从结构形式上PLC可分为整体式和模块式两大类。不论可分为整体式和模块式两大类。不论(bln)哪种类型的哪种类型的PLC，其基本结构都是相同的。，其基本结构都是相同的。 CPU输入接口输出接口存储器电源外围接口编程设备第1页/共43页第二页，共44页。CPU 存储器存储器 输入输出电路输入输出电路(dinl) 编程装置编程装置电源电源外围接口外围接口 第2页/共43页第三页，共44页。3.2 PLC工作工作(gngzu)原理原理 PLC采用循环执行用户程序的方式，称为循环扫描采用循环执行用户程序的方式，称为循环扫

2、描(somio)工作方式。工作方式。 一个循环扫描一个循环扫描(somio)过程周期可分为输入采样、程过程周期可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。序执行、输出刷新三个阶段。 第3页/共43页第四页，共44页。启动组织块启动组织块上电后执行一次上电后执行一次循环监视时间开始循环监视时间开始读取输入信号状态，并存储在输入映像区读取输入信号状态，并存储在输入映像区执行执行OB1程序程序包括中断程序包括中断程序将输出映像区状态写到实际输出设备将输出映像区状态写到实际输出设备一个循环扫描周期一个循环扫描周期第4页/共43页第五页，共44页。执行OB1中的程序 (循环(xnhun)执行)事件 (日

3、期时间中断、硬件中断等) 调用其他 OB，FB，FC输出模块A I 0.1A I 0.2= Q8.0块OB 1循环监视时间(shjin)的开始启动(qdng)块 (OB 100)上电后执行一次从模块读信号状态，并保存到过程映象区 (PII)把过程映象输出表(PIQ) 写到输出模块CPU 循环循环输入模块第5页/共43页第六页，共44页。字节 0字节 1字节 2: CPU 存储器区字节(z ji) 0字节(z ji) 1字节(z ji) 2: PIIPIQ 用户程序 CPU 存储器区 : := : : : :11第6页/共43页第七页，共44页。第7页/共43页第八页，共44页。第8页/共43页

4、第九页，共44页。第9页/共43页第十页，共44页。第10页/共43页第十一页，共44页。第11页/共43页第十二页，共44页。3.3 存储器及其寻址存储器及其寻址 S7 CPU的存储区包括三个基本区域，即装载的存储区包括三个基本区域，即装载(zhungzi)存储器，工作存储器存储器，工作存储器RAM和系统存储器和系统存储器RAM。装载存储器装载存储器动态装载存储器动态装载存储器RAM可保持装载存储器可保持装载存储器EEPROM工作存储器工作存储器RAM 用户程序，如逻辑块、数据块用户程序，如逻辑块、数据块系统存储器系统存储器RAM过程映像过程映像I/表表位存储器、定时器、计数器位存储器、定时

5、器、计数器局域数据堆栈、块堆栈局域数据堆栈、块堆栈中断堆栈、中断缓冲区中断堆栈、中断缓冲区第12页/共43页第十三页，共44页。系统系统(xtng)存储区的地址区存储区的地址区地址区地址区说明说明输入过程输入过程映像映像I输入映像区每一位对应一个数字量输入点，在每个扫描周期的开始，输入映像区每一位对应一个数字量输入点，在每个扫描周期的开始，CPU对对输入点进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器中。输入点进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器中。CPU在接下来的本周在接下来的本周期各阶段不再改变输入过程映像寄存器中的值，直到下一个扫描周期的输入期各阶段不再改变输入过程映像寄存器中的值，直到下一个

6、扫描周期的输入处理阶段进行更新处理阶段进行更新输出过程输出过程映像映像Q输出映像区的每一位对应一个数字量输出点，在扫描周期的末尾，输出映像区的每一位对应一个数字量输出点，在扫描周期的末尾，CPU将输将输出映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载出映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载位存储区位存储区M用来保存控制继电器的中间操作状态或其他控制信息用来保存控制继电器的中间操作状态或其他控制信息定时器定时器T定时器相当于继电器系统中的时间继电器，用定时器地址定时器相当于继电器系统中的时间继电器，用定时器地址(T和定时器号，如和定时器号，如T5)来存取当前值和定时器状态位，

7、带位操作数的指令存取定时器状态位，带来存取当前值和定时器状态位，带位操作数的指令存取定时器状态位，带字操作的指令存取当前值字操作的指令存取当前值计数器计数器C用计数器地址用计数器地址(C和计数器号，如和计数器号，如C20)来存取当前值和计数器状态位，带位操来存取当前值和计数器状态位，带位操作数的指令存取计数器状态位，带字操作的指令存取当前值作数的指令存取计数器状态位，带字操作的指令存取当前值局部数据局部数据L可以作为暂时存储器或给子程序传递参数，局部变量只在本单元有效可以作为暂时存储器或给子程序传递参数，局部变量只在本单元有效数据块数据块DB在程序执行的过程中存放中间结果，或用来保存与工序或任

8、务有关的其它数在程序执行的过程中存放中间结果，或用来保存与工序或任务有关的其它数据据第13页/共43页第十四页，共44页。CPU中的寄存器中的寄存器 （1）累加器（）累加器（ACCUx）32位累加器是用于处理字节、字或双字的寄存器。位累加器是用于处理字节、字或双字的寄存器。S7-300有两个累加器有两个累加器ACCU1和和ACCU2，S7-400有有4个累加器个累加器ACCU1ACCU4。（2）地址）地址(dzh)寄存器寄存器2个地址个地址(dzh)寄存器作为指针用于寄存器间接寻址。寄存器作为指针用于寄存器间接寻址。（3）数据块寄存器）数据块寄存器DB和和DI寄存器分别用来保存打开的共享数据块

9、和背景寄存器分别用来保存打开的共享数据块和背景数据块的编号。数据块的编号。（4）诊断缓冲区）诊断缓冲区（5）状态字寄存器）状态字寄存器状态字是一个状态字是一个16位的寄存器，用于存储位的寄存器，用于存储CPU执行指令执行指令的状态的状态 第14页/共43页第十五页，共44页。设计设计(shj)的地址区的地址区访问访问(fngwn)区域区域缩写缩写加在一起的最大区域加在一起的最大区域过程映象过程映象 I/Q输入输入 /输出位输出位I / Q输入输入 /输出字节输出字节 I / QB0 - 65,535输入输入 /输出字输出字IW / QW0 - 65,534输入输入 /输出双字输出双字ID /

10、QD0 - 65,532存储器标志存储器标志存储器位存储器位M存储器字节存储器字节MB0 - 255存储器字存储器字MW0 - 254存储器双字存储器双字MD0 - 252I/Q 外部输入外部输入/输出输出I/Q 字节字节, 外设外设PIB / PQB0 - 65,535I/Q 字字, 外设外设PIW/PQW0 - 65,534I/Q 双字双字, 外设外设PID/PQD0 - 65,532定时器定时器定时器定时器 (T)T0 - 255计数器计数器计数器计数器 (C)C0 - 255数据块数据块数据块数据块 (DB)DB1 - 65,532数据块数据块用用OPN DB打开打开位位, 字节字节,

11、 字字, 双字双字DBX,DBBDBW,DBD0 - 65,532用用OPN DI打开打开位位, 字节字节, 字字, 双字双字DIX,DIBDIW,DID0 - 65,532第15页/共43页第十六页，共44页。数据数据(shj)在存储器中存取的方式在存储器中存取的方式二进制数的二进制数的1位位(bit)只有只有0和和1两种不同的取值，可用来两种不同的取值，可用来表示开关量表示开关量(或称数字量或称数字量)的两种不同的状态，如触点的的两种不同的状态，如触点的断开和接通，线圈的通电和断电断开和接通，线圈的通电和断电(dun din)等。如果该等。如果该位为位为1，则表示梯形图中对应的编程元件的线

12、圈，则表示梯形图中对应的编程元件的线圈“通电通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，反之相反。位数，其常开触点接通，常闭触点断开，反之相反。位数据的数据类型为据的数据类型为BOOL(布尔布尔)型。型。(1)位、字节位、字节(z ji)、字和、字和双字双字I5I0I1I2I3I47 6 5 4 3 2 1 0MSBLSB第16页/共43页第十七页，共44页。MB200LSB0MSB7MB200LSB低有效字节低有效字节0MSB15 高有效字节高有效字节MB201MB200LSB最低有效字节最低有效字节0MSB31 最高有效字节最高有效字节MB201MB202MB203两个字节组成两个字节组成1个字

13、个字(Word)，两，两个字组成个字组成1个双字个双字(Double Word) 。一般用二进制补码表。一般用二进制补码表示有符号示有符号(fho)数，其最高位数，其最高位为符号为符号(fho)位，最高位为位，最高位为0时时为正数，为为正数，为1时为负数，最大的时为负数，最大的16位正数为位正数为7FFFH，H表示十六表示十六进制数。进制数。8位二进制数组成位二进制数组成1个字节个字节(z ji)(Byte)，其中的第，其中的第0位为最位为最低位低位(LSB)、第、第7位为最高位位为最高位(MSB)。MW200MD200MW200MW202第17页/共43页第十八页，共44页。字节字节(z j

14、i)、字和双字的取值范围见表、字和双字的取值范围见表数据的位数数据的位数无符号数无符号数有符号整数有符号整数十进制十进制十六进制十六进制十进制十进制十六进制十六进制B B（字节），（字节），8 8位位值值025502550FF0FF-128127-128127807F807FW W（字），（字），1616位位值值0655350655350FFFF0FFFF- -3276832767327683276780007FFFF80007FFFFD D（双字），（双字），3232位值位值04294967204294967295950FFFFFFF0FFFFFFFF F214748364821474836

15、482147483647214748364780000000800000007FFFFFFF7FFFFFFF第18页/共43页第十九页，共44页。 位存储单元的地址由字节位存储单元的地址由字节(z ji)地址和位地址组成，如地址和位地址组成，如，其中的区域标识符，其中的区域标识符“I”表示输入表示输入(Input)，字节，字节(z ji)地址地址为为3，位地址为，位地址为2。这种存取方式称为。这种存取方式称为“字节字节(z ji).位位”寻址寻址方式。方式。（2）数据）数据(shj)的存的存取方式取方式 输入字节输入字节IB3(B是是Byte的缩写的缩写)由这由这8位组成。位组成。相邻的两个字

16、节组成一个字，相邻的两个字节组成一个字，MW200表示表示(biosh)由由MB200和和MB201组成的组成的1个字，个字，MW200中的中的M为区域标识符，为区域标识符，W表示表示(biosh)字字(Word)，200为起始字节的地址。为起始字节的地址。MD200表示表示(biosh)由由MB200MB203组成的双字，组成的双字，M为区域为区域标示符，标示符，D表示表示(biosh)存取双字存取双字(Double Word)，200为起始字节的地址。为起始字节的地址。第19页/共43页第二十页，共44页。区域区域区域功能区域功能访问区域单访问区域单位位标识标识符符最大地最大地址范围址范围

17、输入过程映输入过程映像存储区（像存储区（I）在循环扫描开始在循环扫描开始时，从过程中读时，从过程中读取输入信号至过取输入信号至过程映像存储区程映像存储区输入位输入位输入字节输入字节输入字输入字输入双字输入双字IIBIWID065 535.7065 535065 534065 532输出过程映输出过程映像存储区（像存储区（Q）在循环扫描期间在循环扫描期间，将过程映像存，将过程映像存储区中的输出值储区中的输出值传至输出模块传至输出模块输出位输出位输出字节输出字节输出字输出字输出双字输出双字QQBQWQD065 535.7065 535065 534065 532位存储区（位存储区（M）此存储区用于

18、存此存储区用于存储控制逻辑的中储控制逻辑的中间状态间状态存储器位存储器位存储器字节存储器字节存储器字存储器字存储器双字存储器双字 MMBMWMD0255.7025502540252存储存储(cn ch)(cn ch)区及功能区及功能见下表：见下表： 第20页/共43页第二十一页，共44页。外部输入（外部输入（PI）外部输出外部输出（PQ）用户可通过此用户可通过此区域直接访问区域直接访问输入和输出模输入和输出模块块外部输入字外部输入字节节外部输入字外部输入字外部输入双外部输入双字字外部输出字外部输出字节节外部输出字外部输出字外部输出双字外部输出双字PIBPIWPIDPQBPQWPQD065 53

19、5065 534065 532065 535065 534065 532定时器（定时器（T）访问此区域可访问此区域可以得到定时剩以得到定时剩余时间余时间定时器（定时器（T）T0255计数器（计数器（C）访问此区域可访问此区域可以得到当前计以得到当前计数值数值计数器（计数器（C）C0255第21页/共43页第二十二页，共44页。数据块数据块(DB)用用“OPEN DB”打开数据块，打开数据块，用用“OPEN DI”打打开背景数据块开背景数据块数据位数据位数据字节数据字节数据字数据字数据双字数据双字DB(I)XDB(I)BDB(I)WDB(I)D065535.7065 535065 534065

20、532本地数据（本地数据（L）此区域存放逻此区域存放逻辑块中的临时辑块中的临时数据，当逻辑数据，当逻辑块结束时，数块结束时，数据丢失据丢失临时本地数据位临时本地数据位临时本地数据字节临时本地数据字节临时本地数据字临时本地数据字临时本地数据双字临时本地数据双字LLBLWLD065535.7065 535065 534065 532第22页/共43页第二十三页，共44页。3.4 数据格式与数据类型数据格式与数据类型 数制数制 二进制数二进制数十六进制十六进制(sh li jn zh)数数BCD码码 第23页/共43页第二十四页，共44页。基本数据(shj)类型(到32 位)复杂数据类型(lixng

21、)(长于32位)用户定义数据类型(长于 32 位) 位数据类型位数据类型 (BOOL, BYTE, WORD, DWORD, CHAR) 数学数据类型数学数据类型 (INT, DINT, REAL) 定时器类型定时器类型 (S5TIME, TIME, DATE, TIME_OF_DAY) 时间时间 (DATE_AND_TIME) 矩阵矩阵 (ARRAY) 结构结构 (STRUCT) 字符串字符串 (STRING)数据类型数据类型 UDT (用户定义数据类型)第24页/共43页第二十五页，共44页。BOOL1True 或 False （1 或0）BYTE8B#16#A9WORD16W#16#12

22、AFDWORD32DW#16#ADAC1EF5CHAR8 w S5TIME16S5T#5s_200msINT16123DINT32L#65539REAL321.2 或E-12TIME32T#2D_1H_3M_45S_12MSDATE16D#1993-01-20关键字关键字长度长度(chngd) (位位) 该类型该类型(lixng)的常数举例的常数举例第25页/共43页第二十六页，共44页。关键字关键字长度长度(chngd) (位位) 举例举例DATE_AND_TIME64DT#97-09-24-12:14:55.0STRING8 * (字符个数字符个数+2 ) This is a string

23、 (最多最多254个字符的字符串个字符的字符串) SIEMENS ARRAY用户定义用户定义 测量值：测量值： ARRAY1.20(相同数据类型的元素组相同数据类型的元素组) INT STRUCT 用户定义用户定义 Motor: STRUCT(不同不同(b tn)数据类型的元素组数据类型的元素组) Speed : INTCurrent: REALEND_STRUCTUDTUDT as block UDT as array element(用户定义数据类型用户定义数据类型 =用户定义用户定义 基本或复杂数据类型组成的基本或复杂数据类型组成的 STRUCT Drive: ARRAY1.4模板）模板

24、）Speed : INT UDT1 Current: REAL END_STRUCT 第26页/共43页第二十七页，共44页。故障(gzhng)FBFBFBFCSFCSFBFB 带背景数据块阴影: OB组织块组织块循环(xnhun)定时过程OB = 组织块FB = 功能块FC = 功能SFB = 系统功能块SFC = 系统功能 操作系统3.5 程序结构程序结构第27页/共43页第二十八页，共44页。 块类型块类型 特性特性 组织块 - 操作系统和用户程序的接口 (OB) - 各层次的优先级 (1 26)- 局部数据堆栈中的特殊启动信息 功能块 (FB) - 带参数 / 数据保持- 不带参数 /

25、 数据保持 - 不带参数 / 数据不保持 功能 (FC) - 只传递一个返回值 (调用时必须分配参数) - 数据不保持 - 可带参数 数据块 (DB)- 结构化，局部存储 (背景 DB)- 结构化，全局数据存储 (在整个程序中均有效)第28页/共43页第二十九页，共44页。用户块包括用户块包括(boku)(boku)组织块、功能块、功能和数组织块、功能块、功能和数据块。据块。组织组织(zzh)(zzh)块块（OBOB） 组织(zzh)块是操作系统和用户程序之间的接口。组织(zzh)块只能由操作系统来启动。各种组织(zzh)块由不同的事件启动，且具有不同的优先级，而循环执行的主程序则在组织(zz

26、h)块OB1中。 注意：各种块（除组织块外）的数目和代码的长度是与CPU不相关的，而组织块的数目则与CPU的操作系统相关。 第29页/共43页第三十页，共44页。功能块（功能块（FBFB） 功能块是通过数据块参数而调用的。它们有一功能块是通过数据块参数而调用的。它们有一个放在数据块中的变量存储区，而数据块是与其功个放在数据块中的变量存储区，而数据块是与其功能块相关联的，称为背景数据块。能块相关联的，称为背景数据块。特点：每一个功能块可以特点：每一个功能块可以(ky)(ky)有不同的数据块有不同的数据块。这些数据块虽然具有相同的数据结构，但具体数。这些数据块虽然具有相同的数据结构，但具体数值可以

27、值可以(ky)(ky)不同。不同。功能功能(gngnng)(gngnng)（FCFC） 功能没有指定的数据块，因而功能没有指定的数据块，因而(yn r)(yn r)不能存储信不能存储信息。功能常常用于编制重复发生且复杂的自动化过程息。功能常常用于编制重复发生且复杂的自动化过程。数据块（数据块（DBDB）数据块中包含程序所使用的数据数据块中包含程序所使用的数据。 第30页/共43页第三十一页，共44页。块类型块类型 特点特点 系统功能系统功能- 存储在存储在CPU的操作系统中的操作系统中(SFC)- 用户可以调用此功能用户可以调用此功能 （不需要存储器）（不需要存储器）系统功能块系统功能块- 存

28、储在存储在CPU的操作系统中的操作系统中 (SFB)- 用户可以调用此功能用户可以调用此功能 （需要存储器）（需要存储器）系统数据系统数据(shj)块块- 用于组态数据用于组态数据(shj)和参数的数据和参数的数据(shj)块块 (SDB) 第31页/共43页第三十二页，共44页。数据字节 0 数据字节 81918 位CPU314中块的大小(dxio)是8K字节 数据块提供的最大存储空间依赖于CPU的型号07第32页/共43页第三十三页，共44页。调用调用(dioyng)程序块程序块被调用被调用(dioyng)的块的块(OB, FB, FC)(FB, FC, SFB, SFC)程序执行程序执行

29、调用另一个块的指令块结束第33页/共43页第三十四页，共44页。线性化线性化模块化模块化结构化结构化线性化编程：所有的指令(zhlng)都在一个块 （OB1） 内。模块化编程：每个设备(shbi)的控制指令都在各自的块内。 OB1按顺序调用每个块。结构化编程：不同的块调用可重复利用的代码。OB1 (或其他块) 调用这些块并传递相应的参数。OB1OB1OB1配方 A配方 B混合器排空泵排空3.6 编程方法编程方法第34页/共43页第三十五页，共44页。OB1Network 1Network 2Network 3电机电机(dinj)控制控制信息信息(xnx)取得取得(qd)操作的小时数操作的小时数

30、第35页/共43页第三十六页，共44页。电机控制电机控制信息信息取得操作小时数取得操作小时数OB 1FC 1FC 2FC 3第36页/共43页第三十七页，共44页。主程序 子块程序(chngx)处理程序(chngx)处理g调用另一个(y )块的指令块结束 OBFC/FB第37页/共43页第三十八页，共44页。OB 1电机电机 1FC 1电机电机 2FC 1电机电机 3FC 1第38页/共43页第三十九页，共44页。3.7 编程语言编程语言 IEC（国际电工委员会）（国际电工委员会）5种编程语言的表达方式，种编程语言的表达方式，即顺序功能图（即顺序功能图（SFC，Sequential Function chart），梯形图（），梯形图（LAD，Ladder Diagram），功能块图），功能块图（FBD，Function Block Diagram），指令表（），指令表（Instruction List）和结构）和结构(jigu)文本（文本（ST，Structured Text）。）。第39页/共43页第四十页，共44页。STEP 7标准软件包配置了梯形图标准软件包配置了梯形图LAD、语句、语句(yj)表（表（即即IEC1131-3中的指令表）中的指令表）STL和功能块图和功能块图FBD三种基三种基本编程语言，本编程语言，STEP 7