西门子PLC硬件与STEP7

内容系统配置与地址分配指令系统程序结构与相应逻辑块网络简介应用举例1.2系统配置※S7系列PLC采用的是模块化的结构形式，用户可选择不同型号和不同数量的模块，并把这些模块安装在一个或多个机架上。※除了CPU模块、电源模块、通信接口模块之外，它规定每一个机架最多可以安装8个I/O信号模块。※一个PLC系统的最大配置能力（包括I/O点数、机架数等）与CPU的型号直接相关总线连接器电源模块CPU模块通信模块I/O模块DIN导轨模块DIN导轨2.2.1硬件结构配置

※PLC模块的安装是有顺序要求的，每个机架从左到右划分为11个逻辑槽号※电源模块安装在最左边的1#槽，2#槽安装CPU模块，3#槽安装通信接口模块，4～11#槽可自由分配I/O信号模块、功能模块或扩展通信模块。※需要注意的是，槽号是相对的，机架上并不存在物理上的槽位限制。电源模块CPU模块通信模块I/O模块1234567891011逻辑槽号3机架的连接信号、功能模块信号、功能模块1345678910111345678910112扩展机架（ER）中央机架（CR）接口模块：IM360(IM365)CPU槽位号接口模块：IM361(IM365)4.2.2硬件地址配置

系统的I/O模块分为：模拟量和数字量二种类型，每个模块包含若干个通道。模块上任何通道均配置独立的地址，应用程序则根据地址实现对他们的操作。每个通道的地址占用一位(bit)，数字量模块最大为32通道，模块地址占4字节I0.0,I2.2等;但是此值经常被符号替代,start,stop,…等§数字量I/O模块每个模拟量地址为一个字地址(2byte)，模拟量模块最大为8通道，模拟地址占16byte.§模拟量I/O模块5I/O地址的生成I/O地址的生成在硬件配置时，系统提供缺省地址(推荐使用)手动更改(部分CPU提供这种功能)6DI/DO模块缺省地址配置IM3600.0～3.74.0～7.78.0～11.712.0～15.716.0～19.720.0～23.724.0～27.728.0～31.7CRIM36132.0～35.736.0～39.7…………60.0～63.7IM36164.0～67.7…………92.0～95.7IM36196.0～99.7…………124.0～127.7ER3ER2ER145678910117AI/AO模块缺省地址配置

IM360256～271272～287288～303304～319320～335336～351352～367368～383CRIM361384～399400～415…………496～511IM361512～527…………624～639IM361640～655…………752～767ER3ER2ER145678910118.3.1

STL指令及其结构语句指令：操作码操作数AI0.1//对输入继电器I0.1进行与操作=Q4.0LMW10//将字MW10装入累加器1定义要执行的功能执行该操作所需要的信息有些语句指令不带操作数，它们操作的对象是唯一的。NOT//对逻辑操作结果（RLO）取反。(1)语句指令的组成3STEP7示例9操作数操作数：标识符

标识参数AI0.1

LMW10表示操作数在该存储区域内的具体位置主标识符：表示操作数所在的存储区主要有：I（输入映像区），Q（输出映像区），M（位存储区），PI（外部输入），PQ（外部输出），T（定时器），C（计数器），DB（数据块），L（本地数据堆栈，主要是存放用户程序的临时变量）等辅助标识符进一步说明操作数的位数长度包括有：X.x（位），B（字节），W（字——2字节），D（双字——4字节）

表示操作数存放区域及操作数位数（位、字节、字等）10

操作数(1)7654321010.710.610.510.410.310.210.110.0MB10MB11MB12MB13MB14M10.3MW10MD10位存储区的操作数表示方式

11.3.2寻址方式操作数——指令的操作或运算对象.寻址方式——指令得到操作数的方式。表示方式┳━━绝对寻址┗━━符号寻址（用一个符号指定一个特定的绝对地址）寻址方式┳━━立即寻址┣━━存储器直接寻址┗━━存储器间接寻址12立即寻址

SET //把RLO（ResultofLogicOperation）置“1”L27 //把整数27装人累加器1LC＃0100 //把BCD码常数0100装入累加器1立即寻址：对常数或常量的寻址方式，操作数本身包含在指令中13存储器直接寻址AI0.0 //对输入位I0.0进行“与”逻辑操作SL20.0 //把本地数据位L20.0置1=M115.4 //将RLO的内容传给位存储区中的位M115.4LDB1.DBD12 //把数据块DB1双字DBD12中的内容传送给累加器1 //双字表示32位，如浮点数为32为双字直接寻址：在指令中直接给出操作数的存储单元地址14存储器间接寻址

间接寻址：标识参数由一个存储器给出，存储器的内容对应该标识参数的值(该值又称为地址指针)这种寻址方式能动态改变操作数存储器的地址，常用于程序循环过程中的寻址。

AI[MD2] //对由MD2指出的输入位进行“与”逻辑操作，如：MD2值为 //2＃00000000000000000000000001010110表示I10.6LIB[DID4] //将由双字DID4指出的输入字节装入累加器1，如：DID4值为 //2＃00000000000000000000000001010000表示对IB10操作OPNDB[MW2]//打开由字MW2指出的数据块，如MW2为3，则打开DB315.3.3逻辑操作结果(RLO)

ResultofLogicOperation，RLO位置：状态字位“1”作用：存储位逻辑指令或算术比较指令的结果。16.3.4位逻辑运算指令PLC中的触点包括常开触点(动合触点)和常闭触点(动断触点)两种形式。按照PLC的规定：※常开触点(动合触点)用操作数“1”表示触点“动作”，即认为触点“闭合”，操作数“0”表示触点“不动作”，即触点断开；※常闭触点(动断触点)的表示方式则相反。位逻辑运算指令主要包括“与”－A、“与非”－AN、“或”－O、“或非”－ON、“异或”－XOR、赋值－＝、置位－S、复位－R指令及其它们的组合，用来描述触点的状态、决定触点的动作或根据逻辑运算结果控制程序的进程。

17⑴串联逻辑·在PLC梯形图中的串联逻辑是用逻辑“与”和“与非”表示·常开触点（动合触点）：若操作数是“1”，则常开触点“动作”，即认为触点“闭合”，若操作数是“0”，则常开触点“不动作”，即触点仍打开；·常闭触点（动断触点）：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“不动作”，即触点保持闭合。·如果串联回路里的所有触点皆闭合，该回路就通“电”了图中如果所有触点闭合，即I0.0、I1.0为“1”，M2.1为“0”，则输出Q4.0信号状态就为“l”（继电器触点接通）

()I0.0I1.0M2.1Q4.0“1”“1”“0”“1”18⑵并联逻辑·在PLC梯形图中的并联触点是用逻辑“或”和“或非”表示·在触点并联的情况下，若有一个或一个以上的触点闭合，则该回路就“通电”。·图中如果有一个触点闭合（I0.0为“1”或Q1.0为“1”或M2.1为“0”）则Q1.2为“l”；·如果有三个触点全部是打开的，则输出Q1.2为“0”（继电器触点打开）。()I0.0Q4.0I1.0M2.119⑶串并联的复合达式和先“与”后“或”当逻辑串是串并联的复合组合时，CPU的扫描顺序是先“与”后“或”。()I0.0Q1.2I0.1I0.1I0.0I0.2()I0.0Q1.2I0.1I0.1I0.0I0.220⑷输出指令(＝)·该操作把状态字中RLO的值赋给指定的操作数（位地址）·一个RLO可以驱动多个输出元件·若RLO为“l”，则操作数被置位，否则操作数被复位。

AI0.0=Q1.2=Q1.3()I0.0Q1.2()Q1.321⑸置位／复位指令·置位／复位指令根据RLO的值，来决定被寻址位的信号状态是否需要改变。·若RLO的值为1，被寻址位的信号状态被置l或清0；·若RLO是0，则被寻址位的信号保持原状态不变，·这一特性又被称为静态的置位／复位赋值输出（＝）被称为动态赋值输出。

指令格式指令示例说明S<位地址>SQ0.2RLO为1，则被寻址信号状态置1，即使RLO又变为0，输出仍保持为1；FC清0。R<位地址>RM1.2RLO为1，则被寻址信号状态置0，即使RLO又变为0，输出仍保持为0；FC清0。22.3.5数字操作运算指令⑴位逻辑运算指令

⑵比较指令

⑶算术运算指令

⑷装入和传送指令⑸计数器,定时器⑹调用,跳转等23.4程序结构

STEP7有二种编程方法：线性编程、结构化编程

线性编程——将整个用户程序指令逐条编写在一个连续的指令块中， CPU线性地扫描每条指令(适用于简单的控制任务)LMW1TMW2……..…….结构化编程**——适合编制并组织复杂的控制程序。

主程序功能(块)1功能(块)n……24逻辑块的调用关系操作系统

OB1FB、SFB共享DB背景DBFC、SFC共享DB共享DBFC、SFCOB35、OB10、OB20……25结构化编程的“块”STEP7C语言main()中断函数OB1块其它OB块组织块OB程序代码功能块DB块全局变量数数据块SFB、SFC库函数系统函数FC块用户定义函数FB块类似于子程序/过程26FB与FC27.4.1数据块

PLC可定义的数据类型：bool、byte、int、dint、real、date、time等基本数据类型，还可定义数组、结构等复式数据类型数据块定义的原则： ·先定义后访问 ·S7CPU允许在存储器中建立不同大小的多个数据块 ·不同的CPU对允许定义的数据块数量及数据总量有限制 例如：CPU314允许定义用作数据块的存储器最多8KByte， 用户定义的数据总量不能超过8K，否则将造成系统错误。28

⑴数据块定义

①用STEP7开发软件包定义，使用前作为用户程序的一部分下载到CPU②允许用户程序运行过程中动态定义数据块（调用系统函数）注意：如果定义的数据块数量或数据总量超过限制，则动态定义过程失败，可能导致系统崩溃，应慎重使用动态定义数据块。有2种定义方式:29

⑵数据块访问

·直接访问，指令中写明数据块号、类型、位置

LDB1.DBD2//块号——1，双字，数据块中2～5字节ADB2.DBX0.2//块号——2，位，0字节第2位L“Temp”·T0//符号地址·“先打开后访问”OPNDB1LDBD2//访问DB1.DBD2OPNDI2TDBD4//访问DI2.DBD4注：数据块没有专门的关闭指令，在打开一个块时，先前打开的块自动关闭30⑶背景数据块和共享数据块

·数据块可以是附属与某个FB块的背景数据块，也可以是通用的共享数据块·背景数据块是FB运行时的工作存储区，调用FB时必须指定一个相关的背景数据块，被调用的背景数据块必须与FB所要求的格式相符，作为规则，只有FB块才能访问存放在背景数据块中的数据。·共享数据块中的数据可以被任何FB，FC或OB块进行读写访问·数据块在CPU的存储器中是没有区别的，只是由于打开方式不同，才在打开时有背景数据块和共享数据块之分。原则上，数据块都可以当作共享数据块或背景数据块使用。31.4.2逻辑功能块

S7PLC程序在采用结构化编程中，一个程序由许多逻辑功能块（子程序）组成，这些逻辑功能块允许相互调用。调用块可以是任何逻辑块（OB、FB、FC），被调用块只能是功能块（除OB外的逻辑块FB、FC、SFB、SFC）。用户调用指令程序调用块（OB、FB、FC）FBFCSFBSFC被调用块OB块不可以被调用32⑴变量声明表（局部数据）

功能块由两个主要部分组成：一是变量声明表；二是指令程序FC功能块33_FB功能块34FB功能块有一个数据块附属于该功能块，并随功能块的调用而打开，功能块的结束而关闭，该数据块称背景数据块（InstanceDataBlock）1.背景数据块的数据结构与FB块的变量声明表（除临时变量）完全相同2.为变量声明表中声明的in、out、in_out和stat4种类型局部数据分配的存储空间是背景数据块，当FB结束时背景块中的数据继续保存“记忆”CALLFB4,DB33a1:=a2:=b1:=c1:=FB块的调用：35FC功能块没有背景数据块，因此不能使用静态变量，在变量声明表中可以声明包括in、out、in_out和temp4种类型局部数据CALLFC1a1:=a2:=b1:=c1:=FC块的调用：1.操作系统在L堆栈（主要是存放用户程序的临时变量）中给FC的临时变量分配存储空间2.FC块的参数表中的各参数在块操作结束前应被使用（或存放到特定位置），否则它们将不会被自动保存。36.4.3组织块及中断优先级

S7提供了各种不同的组织块（OB），这些组织块允许用户创建在特定时间或对特定事件响应的程序，这些OB可分为：主循环块OB1（任何时候都需要）启动模块OB10037.4.3组织块及中断优先级

1.CPU中的这些组织块分有优先级2.OB1是主循环块，任何S7PLC系统都需要OB1，所以OB1被分配为最低优先级38OB块说明优先级OB1主循环r★★

基本组织块，循环扫描1（最低）OB10时间中断根据设置的日期、时间定时启动2OB20延时中断受SFC22控制启动后延时特定时间允许3OB35循环中断★★

根据特定的时间间隔允许12OB40硬件中断检测到外部模块的中断请求时允许16OB80～0B87异步错误中断★

检测到模块诊断错误或超时错误时启动26OB100启动★

当CPU从STOP状态到RUN状态时启动27部分OB块的优先级：39两个常用组织块(a)主循环块（OB1）※OB1是最重要的组织块，当PLC从STOP状态切换到RUN状态后，CPU首先调用OB100一次，OB100调用结束后，操作系统开始周而复始地调用OB1，这称为扫描循环。※调用OB1的时间间隔称为扫描周期，扫描周期的长短，主要由OBI中的程序执行所需时间决定。※为防止程序陷入死循环，S7设有看门狗定时器（WDT），WDT的定时间隔（可以设置）确定了主循环的最长时间。正常情况下，扫描周期小于该时间，如果扫描周期大于设定主程序最大允许循环行时间，操作系统调用OB80（循环时间超时），若OB80中未编写程序，CPU将转入停止（STOP）状态。OB100OB1OB80STOP40_S7－300PLC允许设计一个以固定间隔运行的定时中断组织块OB35，定时时间间隔可以在lms～lmin的范围内设置，当允许循环中断时，OB35以固定的间隔循环运行，但要求确保设置的定时时间间隔大于OB35的执行时间，否则将造成系统异常，操作系统将调用异步错误OB80。(b)循环中断（OB35）

41.5S7PLC的网络通信

S7PLC可以提供：MPI——MultipointInterface PROFIBUS－DP IndustrialEthernet这3种通信方式都有各自的技术特点和不同的适应面。42

通信子网特征

MPIPROFIBUSIndustrialEthernet工业以太网

标准

SIEMENSEN50170Vol.2IEEE802.3介质访问技术

令牌环令令牌环＋主从式

CSMA/CD传输速率

187.5Kbps9.6Kbps～12Mbps10Mbps/100Mbps常用传输介质

屏蔽2芯电缆塑料光纤玻璃光纤

屏蔽2芯电缆塑料光纤玻璃光纤

屏蔽双绞线屏蔽同轴电缆玻璃光纤最大站点数

32125＞1000拓扑结构

总线型、树型、星型、环型通信服务

S7函数、GDS7函数、DP、FDL等

S7函数、TCP/IP等

适用范围

现场设备层、控制单元层

控制层、管理层

43.5.1MPI通信※MPI子网的物理层符合RS485标准，它具有多点通信的性质，是一种低成本的网络系统，用于连接多个不同的CPU或设备。※多数SIMATIC产品都集成有MPI接口，它们可以直接组网，实现网上各PLC间的数据共享。

※采用专用的通信处理器模块或通信接口板可以把S5PLC、PC以及其它没有MPI接口的外设连接到MPI网上。

图7.45MPI子网示意图PC*S7300S7400PGOPMPI44MPI通信接入到MPI网的设备称为一个站点或节点，一个MPI网最多允许连接32个网络站点，它的传输速率是187.5Kbps，因此，MPI子网主要适用于站点数不多、数据传输量不大的应用场合。

对于MPI网络，节点间的连接距离是有限制的，从第一个节点到最后一个节点最长距离仅为50m。对于一个要求较大区域的信号传输，采用两个中继器可以将MPI通信电缆最大长度延伸到1100m。

图7.46MPI子网的扩展≤50米≤50米≤1000米RS485转发器（中继器）45Profibus、Profibus是一种国际化、开放式、不依赖于生产商的现场总线标准，广泛应用于工业自动化。Profibus根据应用特点分为Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-Pa三个兼容版本。其中Profibus-DP主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要用于现场控制器与分散I/O之间的通信，可满足交直流调速系统快速响应的时间要求，应用于制造业自动化系统中单元级和现场级之间通讯；Profibus-PA电源和通信数据通过总线并行传播，应用于过程自动化系统中单元级和现场级之间通讯；；Profibus-FMS主要解决系统级与车间级之间通信问题，完成中等传输速度的循环或非循环数据交换任务。.5.2Profibus通信461，主站类型：SIMATICPLC;SIMATICWINAC;支持主站功能的通讯处理器，IE/PB链路模块；ET200S/ET200X的主站模块；PROFIBUS网络构成2，从站类型：ET200分布式I/O；支持DP接口的传动装置；支持从站功能的通讯处理器；其他支持DP接口的设备；3，网络部件：通讯介质－电缆；总线部件－总线联结器（站－总线），中继器等；网络转接器：串行通讯，以太网，AS-i,EIB等47

PROFIBUS-DP

(分布式外设)用于连接分布式I／O，例如，SIMATICET200，带PROFIBUSDP接口的变频器。响应时间非常之快。

PROFIBUS-PA

适用于PROFIBUS的过程自动化。PA将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液位变送器等现场设备连接起来,从网络层次上来看，PA更位于生产现场，它串行连接生产过程的各个生产设备，如仪器仪表，流量计，液位计等。其上层是DP总线。

48PLC与变频器通信完成以下任务：

．向变频器发送控制命令（起动，停止，允许运行等）

．向变频器发送速度和力矩给定信号

．向变频器发送中的PID调节器发送给