工业自动化技术 课件 第5-7章 PLC的软件设计、PLC的网络通信技术及应用、WinCC监控系统

STEP7编程基础数制数制数码基数计数规则举例十进制（Decimal）0123456789共10个10逢十进一123，789二进制（Binary）01共2个2逢二进一二进制数1101110的值为十进制数110（=1×26+1×25+1×23+1×22+1×21）十六进制（Hexadecimal）0123456789ABCDEF共16个16逢十六进一二进制数01101110可表示为十六进制数6E其值为十进制数110（=6×161+14×160）在对计算机的位数长度进行描述时，定义了下列术语：位（Bit）——1位二进制数称为一个位字节（Byte）——8位二进制数称为一个字节字（Word）——2个字节称为一个字，占16位双字（DoubleWord）——2个字称为一个双字，占32位2024/7/23第5章PLC的软件设计1/144STEP7编程基础编码

1.BCD码——用四位二进制数表示一位十进制数BCD码（四位二进制数）十进制数BCD码（四位二进制数）十进制数000000101500011011060010201117001131000801004100192.ASCII码（AmericanStandardCodedforInformationInterchange）——美国信息交换标准代码。ASCII码由8位二进制数组成，最高位一般用于奇偶校验，其余7位代表128个字符编码。2024/7/23第4章PLC的软件设计2/144STEP7编程基础常数的表示格式

数制和代码表示格式实例二进制2#数据2#11010101十六进制16#数据16#38AC，16#1000十进制±整数.小数123.456，-456.321BCD码16#数据16#123，16#123ASCII码‘字符’‘T’、‘TEXT’、‘Showresult’注意：用十六进制数表示BCD码时，不能出现16#5A等非BCD码。

数据类型及表示格式2024/7/23第4章PLC的软件设计3/144STEP7编程基础数据类型及表示格式变量的数据类型、长度及范围

数据长度数据类型

位（Bit）字节（Byte）字（Word）双字（DoubleWord）无符号数1/0或TURE/FALSE16#00~16#FF16#0000~16#FFFF16#00000000~16#FFFFFFFF整数————-32768~+32767-2147483648~2147483647实数——————正数1.175495×10-38~3.402823×10+38负数-1.175495×10-38~-3.402823×10+38BCD码————-999~+999-9999999~+99999992024/7/23第4章PLC的软件设计4/144S7-300/400的内部资源装载存储器（新型S7-300CPU由MMC卡替代）所有下载的OB，FC，FB，DB和系统数据工作存储器与运行有关的OB，FC，FB，DB系统存储器区输入过程映象区PII输出过程映象区PQI位存储器M定时器T计数器C局域数据区L2024/7/23第4章PLC的软件设计5/144CPU存储器区的信息2024/7/23第4章PLC的软件设计6/144存储区的寻址方式位寻址——位寻址是对存储器中的某一位进行读写访问。格式——标识符字节地址．位地址例如——访问输入过程映象区中的第3字节第4位，地址表示为：

76543210字节0字节1字节2字节3字节4字节5字节6字节7I3．4位地址字节地址区域标识符2024/7/23第4章PLC的软件设计7/144存储区的寻址方式字节寻址、字寻址、双字寻址——

对数据存储区以1个字节或2个字节或4个字节为单位进行一次读写访问格式——

标识符

数据长度类型

字节起始地址2024/7/23第4章PLC的软件设计8/144存储区的寻址方式存储区可访问的地址单元地址标识符举

例输入过程映象区位II0.0字节IBIB1字IWIW2双字IDID0输出过程映象区位QQ8.5字节QBQB5字QWQW6双字QDQD10位存储器区位MM10.3字节MBMB30字MWMW32双字MDMD34数据块位DBXDBX3.4字节DBBDBB3字DBWDBW6双字DBDDBD8外设输入/输出区字节PIBPIB50字PIWPIW62双字PIDPID86外设输入/输出区字节PQBPQB99字PQWPQW106双字PQDPQD1682024/7/23第4章PLC的软件设计9/144STEP7编程语言梯形图LAD（LadderDiagram）名称梯形图符号触点

1闭合触点（常开触点）

0闭合触点（常闭触点）线圈数据处理指令母线|—……—|I0.1I0.2M0.3M0.4IN1IN2OUTQ5.0EN2024/7/23第4章PLC的软件设计10/144梯形图的触点符号与电气图中的触点符号的差异FRPLCKM24VML~220VSB2SB1I0.0I0.1Q8.52024/7/23第4章PLC的软件设计11/144STEP7编程语言语句表STL（StatementList）功能块图FBD（FunctionBlockDiagram）2024/7/23第4章PLC的软件设计12/144程序结构设计——程序块类型

（1）组织块OB（OrganizationBlock）——操作系统与用户程序之间的接口，只有在OB中编写的指令或调用的程序块才能被CPU的操作系统执行。（2）功能FC（Function）——由用户自己编写的子程序块或带形参的函数，可以被其它程序块（OB、FC和FB）调用。（3）功能块FB（FunctionBlock）——由用户自己编写的子程序块或带形参的函数，可以被其它程序块（OB、FC和FB）调用。与FC不同的是FB拥有自己的称为背景数据块的数据存储区，常用于编写复杂功能的函数，例如闭环控制任务。（4）系统功能SFC（SystemFunction）——已经固化在CPU中厂家预先编好的带形参的函数，提供一些系统级的调用功能，例如通讯功能等。（5）系统功能块SFB（SystemFunctionBlock）——已经固化在CPU中厂家预先编好的带形参的函数，但并不包含背景数据块DB，在调用时需要生成相应的背景数据块。（6）数据块DB（DataBlock）——用户定义的存放数据的区域。2024/7/23第4章PLC的软件设计13/144CPU支持的程序块CPU的性能数据2024/7/23第4章PLC的软件设计14/144程序结构形式OB1主程序FC60搅拌机控制FC70产品输出OB1主程序FC5配方AFC10配方BFC15混料、加工FC20包装、输出1.线性编程设计将用户的所有指令均放在OB1中，从第一条到最后一条顺序执行。这种方式适用于一个人完成的小项目，不适合多人合作设计和程序调试。2.模块化编程设计当工程项目比较大时，可以将大项目分解成多个子项目，由不同的人员编写相应的子程序块，在OB1中调用，最终多人合作完成项目的设计与调试。3.参数化编程设计如果项目中多处使用的控制程序指令相同，只是程序中所用的地址不同，为了避免重复编写相同的指令，减少程序量，可以编写带形参的函数，在每次调用时赋不同的实参。参数化编程设计有利于对常用功能进行标准化设计，减少重复劳动。2024/7/23第4章PLC的软件设计15/144程序块的嵌套调用操作系统循环OB组织块定时过程故障FB带背景数据块FCSFCFBFBDBDBSFBFC可嵌套程序块的数目（嵌套深度）取决于CPU的型号，S7-300CPU支持8层（对CPU318为16层），S7-400CPU支持24层。2024/7/23第4章PLC的软件设计16/144工程项目程序结构主程序OB1的程序结构流程图读取当前运行模式调用模拟量处理程序FC70手动/自动模式？自动调用手动程序FC20调用自动程序FC30调用故障处理程序FC50调用急停处理程序FC10手动2024/7/23第4章PLC的软件设计17/144程序块的编辑新建用户程序块

2024/7/23第4章PLC的软件设计18/144LAD/STL/FBD编辑器

变量声明表代码区细节窗口程序元素

2024/7/23第4章PLC的软件设计19/144切换编程语言2024/7/23第4章PLC的软件设计20/144在OB1中调用块2024/7/23第4章PLC的软件设计21/144块的保存当前项目的路径2024/7/23第4章PLC的软件设计22/144下载块到

PLC2024/7/23第4章PLC的软件设计23/144监视程序运行2024/7/23第4章PLC的软件设计24/144任务3设计手动运行程序编写手动运行程序FC20，控制传送带点动正向或反向运行的程序。1．按下操作面板上的正向点动按钮I0.2，控制传送带的电动机正向转动Q8.5=1。2．按下操作面板上的反向点动按钮I0.3，控制传送带的电动机反向转动Q8.6=1。3．如果两个按钮同时按下，电动机的正反转要实现互锁。2024/7/23第4章PLC的软件设计25/144编辑符号表2024/7/23第4章PLC的软件设计26/144显示符号信息绝对地址显示符号显示2024/7/23第4章PLC的软件设计27/144符号选择器2024/7/23第4章PLC的软件设计28/144符号表的导入和导出2024/7/23第4章PLC的软件设计29/144任务4编辑项目的符号表根据硬件设计的I/O分配表和数据处理占用的内存单元，物料自动灌装生产线项目部分地址单元的符号表见表5-5，在符号编辑器中定义符号名称。2024/7/23第4章PLC的软件设计30/144逻辑与（AND），或（OR），异或（XOR）指令

L1(Q4.0)S1(I0.0)S2(I0.1)

L2(Q4.1)电路图I0.0I0.1Q4.0Q4.1I0.2I0.3Q4.2L3(Q4.2)S3(I0.2)S4(I0.3)或指令与异或I0.4I0.5I0.4I0.5Q4.32024/7/23第4章PLC的软件设计31/144赋值I1.1I1.2()Q4.1复位赋值，置位，复位指令(S)Q4.2I1.3I1.4置位注意：

置位和复位指令并不意味着永远具有保持性，如果后面有其他赋值指令是会改变其状态。I1.5I1.6(R)Q4.22024/7/23第4章PLC的软件设计32/144触发器的置位/复位指令注意：

SR触发器为复位优先，

RS触发器为置位优先。

2024/7/23第4章PLC的软件设计33/144影响RLO的指令

取反指令

清零、置位指令2024/7/23第4章PLC的软件设计34/144边沿检测指令

检测RLO的上升沿

AI1.0I1.1RLOM1.0M8.0M8.1M1.1OB1-扫描周期检测RLO的下降沿

B2024/7/23第4章PLC的软件设计35/144边沿检测指令检测信号I1.1的上升沿

检测信号I1.1的下降沿

I1.0I1.1M1.0M8.0M8.1M1.1OB1-扫描周期2024/7/23第4章PLC的软件设计36/144任务5设计启动物料灌装生产线运行的程序1．编写主程序（OB1）（1）选择生产线的工作模式，设备处于停机状态时可以用选择开关I0.4确定运行模式：当I0.4=0时，手动模式有效，Q4.2=1；当I0.4=1时，自动模式有效，Q4.3=1。（2）只有在手动模式下（Q4.2=1）且急停无效时才允许调用手动运行程序FC20。（3）只有在自动模式下（Q4.3=1）且急停无效时才允许调用自动运行程序FC30。（4）急停按钮按下时，调用急停处理程序FC10。2024/7/23第4章PLC的软件设计37/1442．生产线运行控制（FC30）生产线启动/停止控制：按下操作面板上的启动按钮I0.0，控制生产线设备启动Q4.1=1。按下操作面板上的停机按钮I0.1，控制生产线设备停止Q4.1=0。3．急停处理（FC10）当生产线在运行过程中出现问题时，按下急停按钮使各执行部件立即停止动作，保持在当前状态。任务5设计启动物料灌装生产线运行的程序注意：为保证能够可靠停机，停机按钮和急停按钮是接在常闭触点上的。2024/7/23第4章PLC的软件设计38/144数据传送指令S7-300CPU有两个累加器ACCU1和ACCU2。执行数据传送指令MOVE指令时，先将ACCU1的数据传送给ACCU2，再将输入端的数据送到ACCU1。S7-400CPU有四个累加器ACCU1、ACCU2、ACCU3和ACCU4。同S7-300CPU一样，执行MOVE指令时，是依次传送的。2024/7/23第4章PLC的软件设计39/144数据传送指令注意：1.数据源与目的地址要匹配。整数要占用16位地址，双整数和实数要占用32位地址。2.S7-300/400CPU的累加器是32位的，如果数据源的数据小于32位，则累加器空出的高位用0填充。如果目的地址的长度小于32位，则只能将累加器低字节的数据传送到目的地址，高字节的信息丢失。

2024/7/23第4章PLC的软件设计40/144计数器指令每个计数器占用计数器状态的1位地址空间和计数值的16位地址空间，计数范围为0～+999。加减计数器——S_CUD加计数器——S_CU减计数器——S_CD2024/7/23第4章PLC的软件设计41/144计数器各引脚的功能

R——清零端。R端的上升沿使计数器的值清零。PV——给计数器赋初值端。初值前需加“C#”修饰。计数器的值在初值的基础上加1或减1。S——置初值端。S端的上升沿触发赋初值动作，将PV端的初值送给计数器。CD——减计数脉冲输入端，上升沿触发计数器的值减1。计数值减到最小值0以后，计数器不再动作，保持0不变。CU——加计数脉冲输入端，上升沿触发计数器的值加1。计数值达到最大值999以后，计数器不再动作，保持999不变。2024/7/23第4章PLC的软件设计42/144计数器各引脚的功能

CV_BCD——当前计数值以BCD码格式输出端。CV——当前计数值以二进制格式输出端。Q——计数器状态输出端。Q端的状态与计数器的位地址（C5）状态相同，只有当计数器的值为0时，Q端输出“0”信号；否则，只要计数器的值不为0，Q端就输出“1”信号。2024/7/23第4章PLC的软件设计43/144加减计数器的功能图

6543210CUCDSRCountQ2024/7/23第4章PLC的软件设计44/144定时器指令每个定时器占用定时器状态的1位地址空间和定时时间值的16位地址空间。PULSE——脉冲定时器PEXT——扩展脉冲定时器ODT——接通延时定时器ODTS——带保持的接通延时定时器OFFDT——关断延时定时器2024/7/23第4章PLC的软件设计45/144定时器的数据格式10ms～9990s（2h46m30s）S5T#1h30mS5T#15m20sS5T#16s100ms等定时时间值的格式定时器时间范围固定的时间值输入格式定时时间值以BCD码的格式存放，BCD码的低3组存放时间常数，其范围为0～999。最高1组用于定义时间基准，分别为0.01s、0.1s、1s和10s2024/7/23第4章PLC的软件设计46/144接通延时定时器ODT

定时器操作QS处的RLOR处的RLOTVTVS——定时器启动端TV——定时时间值输入端R——定时器复位端BI——以二进制格式表示的剩余时间常数值BCD——以BCD码格式表示的剩余时间常数值Q——定时器状态输出端2024/7/23第4章PLC的软件设计47/144可变的定时时间001001100000000010分钟为600秒，时基取1秒001010010000000015分钟为900秒，时基取1秒2024/7/23第4章PLC的软件设计48/144带保持的接通延时定时器ODTS

S处的RLOR处的RLO定时器操作QTVTV2024/7/23第4章PLC的软件设计49/144关断延时定时器OFFDT

S处的RLOR处的RLO定时器操作QTVTV2024/7/23第4章PLC的软件设计50/144脉冲定时器PULSE

S处的RLOR处的RLO定时器操作QTV2024/7/23第4章PLC的软件设计51/144扩展脉冲定时器PEXT

S处的RLOR处的RLO定时器操作QTVTV2024/7/23第4章PLC的软件设计52/144定时器指令

注意：

S7-300/400的定时器不是在扫描周期开始或执行定时器指令时被刷新，而是由系统按基准时间进行刷新。当扫描周期大于定时器的基准时间时，在一个扫描周期里，该定时器可能被刷新多次，导致其当前值和触点状态在一个扫描周期里前后会不一致。2024/7/23第4章PLC的软件设计53/144任务6设计物料灌装生产线自动运行的程序1．自动循环灌装程序（FC30）（1）生产线运行后（Q4.1＝1），传送带电机正向运转（Q8.5＝1），直到灌装位置传感器I8.6检测到有瓶子，传送带停下来（Q8.5＝0）。（2）到达灌装位置开始灌装，灌装阀门打开（Q8.4=1），灌装时间5秒。瓶子灌满后灌装阀门关闭（Q8.4=0），传送带继续向前运动（Q8.5＝1）。（3）按下停止按钮I0.1，传送带停止运动。（4）当传送带上已经没有瓶子时，传送带停止运行。

2．计数统计程序（FC40）（1）物料灌装生产线运行后，利用空瓶位置传感器I8.5和成品位置传感器I8.7分别对空瓶数和成品数进行统计。C1用于统计空瓶数，C2用于统计成品数。（2）在数码管（QW6）上显示成品数。2024/7/23第4章PLC的软件设计54/1443．完善手动运行程序（FC20）为防止电动机正反转频繁切换造成负载变化太大，电动机正反向切换之间要有时间限制，切换时间间隔要在2秒钟以上。即：点动电动机正转停下来2秒钟后点动反转才有效；点动电动机反转停下来2秒钟后点动正转才有效。任务6设计物料灌装生产线自动运行的程序2024/7/23第4章PLC的软件设计55/144基本数学运算指令

整数加整数减整数乘整数除双整数加双整数减双整数乘双整数除双整数取余数实数加实数减实数乘实数除求实数的绝对值求平方根求平方求自然对数求指数值求正弦值求余弦值求正切值求反正弦值求反余弦值求反正切值注意：执行基本数学运算指令时，输入端参与运算的两个数的类型要与指令的类型相一致。结果的地址要与数据类型的长度相匹配。浮点数运算指令中三角函数类指令的角度单位为弧度。2024/7/23第4章PLC的软件设计56/144比较指令

注意：参与比较的两个数的类型要与指令的类型相一致。④①②③等于——EQ不等于——NE大于——GT小于——LT大于等于——GE小于等于——LE2024/7/23第4章PLC的软件设计57/144转换指令

16位BCD码转换为整数整数转换为16位BCD码整数转换为双整数32位BCD码转换为双整数双整数转换为32位BCD码双整数转换为实数求整数的反码求双整数的反码求整数的补码求双整数的补码实数的符号取反4舍6入5取偶（使结果为偶数）舍小数取整向上取整向下取整注意：

BCD_I指令输入端的数据类型必须为BCD码，否则将引发BCD码转换错误，导致CPU停机故障。I_BCD指令输入端的数据如果超出允许的数值范围±999，则转换不被执行，输入端的数据直接送入输出端。2024/7/23第4章PLC的软件设计58/144整数与实数之间的转换

注意：数据源地址和目的地址要与数据类型相匹配。2024/7/23第4章PLC的软件设计59/144任务7生产线数据处理1．由于计数器能够统计的数值范围有限（0～+999），编写计数统计程序FC42，改用加法指令实现计数统计，空瓶数保存在MW30，成品数保存在MW32。2．计算废品率（%），保存在MD50。3．当废品率超过10%时，Q8.4指示灯闪亮。4．计算包装箱数（1箱24瓶），保存在MW36，将包装箱数显示在数码管上。5．手动模式下，按下计数值清零按钮I1.0，使空瓶数MW30、成品数MW32、废品率MD50和数码显示值清零。2024/7/23第4章PLC的软件设计60/144程序调试方法S7-PLCSIM仿真软件2024/7/23第4章PLC的软件设计61/144使用程序编辑器调试程序切换显示的数据格式修改位变量的值修改数值变量的值2024/7/23第4章PLC的软件设计62/144使用变量表调试程序SIMATICManagerLAD/STL/FBD编辑器2024/7/23第4章PLC的软件设计63/144设置“监视/修改变量”触发点循环程序执行的开始循环程序的结束转换：

RUN-->STOP循环程序

执行PIIPIQ监视变量

修改变量(根据触发点)更新监视数值

激活修改数值(一次监视/修改)设定触发点2024/7/23第4章PLC的软件设计64/144监视/修改变量

2024/7/23第4章PLC的软件设计65/144数据块（DB）的使用功能FC10功能FC20功能块FB1OB1全局数据DB20所有程序块都可以访问背景数据DB5FB1的背景DB2024/7/23第4章PLC的软件设计66/144STEP7的数据类型基本数据类型(到32位)•

位数据类型(BOOL,BYTE,WORD,DWORD,CHAR)•

数学数据类型(INT,DINT,REAL)•

定时器类型(S5TIME,TIME,DATE,TIME_OF_DAY)复杂数据类型(长于32位)•

时间(DATE_AND_TIME)•

矩阵

(ARRAY)•

结构

(STRUCT)•

字符串

(STRING)2024/7/23第4章PLC的软件设计67/144新建立数据块2024/7/23第4章PLC的软件设计68/144定义数据块列说明地址显示完成声明的输入后由STEP7自动为变量分配的地址名称此处输入必须分配给每个变量的符号名类型输入想要分配给变量的数据类型(BOOL、INT、WORD、ARRAY等)变量可以具有基本数据类型、复杂数据类型或者用户自定义的数据类型初始值可在此处输入初始值，所有的值都必须与数据类型相匹配。初始值不写默认为0当第一次保存块时，如果还没有为变量明确定义实际值，那么该初始值将用作实际值注释在该域中输入对变量的注释，注释最多80个字符2024/7/23第4章PLC的软件设计69/144保存、下载和监视数据块下载监视存盘2024/7/23第4章PLC的软件设计70/144寻址数据单元078位数据字节0DBB0数据字节1DBW0数据字节8191DBD8188DBW8190DBB8191数据字节2DBD0数据字节3DBX4.12024/7/23第4章PLC的软件设计71/144完全表示方法访问数据块位访问

DB5.DBX0.0字节访问

DB6.DBB1字访问

DB8.DBW2双字访问

DB2.DBD42024/7/23第4章PLC的软件设计72/144复杂数据类型的应用——电动机参数的结构电动机参数（Motor_data）数据类型额定电流（Rated_current）实数（Real）启动电流（Starting_current）实数（Real）转速（Speed）整数（Integer）方向（Direction）布尔型（Bool）键入db5.motor.speed2024/7/23第4章PLC的软件设计73/144自定义的数据类型的应用2024/7/23第4章PLC的软件设计74/144用数据类型生成数据块2024/7/23第4章PLC的软件设计75/144用数据类型定义数据2024/7/23第4章PLC的软件设计76/144恢复数据块的初值数据视图显示方式下2024/7/23第4章PLC的软件设计77/144任务8应用数据块进行计数统计新建数据块DB40，定义空瓶数、成品数、包装箱数和废品数，数据类型为整数（INT）。定义废品率，数据类型为实数（REAL）。定义两个位地址（BOOL）用于记录空瓶位置传感器和成品位置传感器的上升沿。修改计数统计程序FC42，使用数据块DB40存放数据。2024/7/23第4章PLC的软件设计78/144编辑带形参的函数任务要求——故障报警故障信号故障报警应答信号故障记录2024/7/23第4章PLC的软件设计79/144定义FC的形式参数参数类型定义使用方法图形显示输入参数IN只能读显示在函数块的左侧输出参数OUT只能写显示在函数块的右侧输入/输出参数IN_OUT可读/可写显示在函数块的左侧2024/7/23第4章PLC的软件设计80/144编辑带形参的FC

2024/7/23第4章PLC的软件设计81/144调用带形参的FC2024/7/23第4章PLC的软件设计82/144FB和它的背景数据块定义FB的形参FB的背景数据块2024/7/23第4章PLC的软件设计83/144编辑带形参的FB

2024/7/23第4章PLC的软件设计84/144生成背景数据块在SIMATICManager中生成背景数据块调用FB时自动生成背景数据块键入DB612024/7/23第4章PLC的软件设计85/144调用带形参的FB2024/7/23第4章PLC的软件设计86/144调用修改了参数的函数FC或FB增加一个形参2024/7/23第4章PLC的软件设计87/144更改块调用2024/7/23第4章PLC的软件设计88/144任务9生产线故障报警故障信号到来时，对应的故障报警指示灯以2Hz的频率闪烁。按下操作面板上的故障应答按钮I1.6以后，如果故障已经消失则故障报警灯熄灭，如果故障依然存在则故障报警灯常亮。1．编写故障报警函数FC60，在故障处理程序FC50中三次调用FC60，赋实参如下表所示。故障源故障记录上升沿记录故障指示灯I1.1M20.1M21.1Q5.1I1.2M20.2M21.2Q5.2I1.3M20.3M21.3Q5.32024/7/23第4章PLC的软件设计89/144任务8生产线故障报警2．编写故障报警函数FB60，在故障处理程序FC50中改为三次调用FB60，赋实参如下表所示。故障源背景数据块故障指示灯I1.1DB61Q5.1I1.2DB62Q5.2I1.3DB63Q5.32024/7/23第4章PLC的软件设计90/144故障的级别诊断调试工具由系统检测出的导致CPU停机的故障：模板故障信号电缆短路扫描时间超出程序错误（如访问不存在的块）•

模块信息•

硬件诊断CPU不停机但功能不满足要求的功能故障：编程逻辑错误（在生成和调式时未发现）过程故障（传感器/执行器、电缆故障）•

参考数据•

监视块•

监视/修改变量故障诊断2024/7/23第4章PLC的软件设计91/144CPU的系统诊断功能CPUI/O模块CPU诊断检查系统错误程序诊断检查错误诊断中断错误

OB诊断缓冲区系统状态表诊断信息具有诊断功能的模板检查错误并产生诊断中断2024/7/23第4章PLC的软件设计92/144启动“模块信息”工具SIMATICManagerLAD/STL/FBD编辑器2024/7/23第4章PLC的软件设计93/144诊断缓冲器中的错误信息在线打开出错的程序块2024/7/23第4章PLC的软件设计94/144常见故障显示信息故

障序号FC不存在

被调用的程序块未下载1访问了不存在的I/O地址地址访问错误2BCD码转换错误输入了非BCD码值3DB不存在访问了不存在的数据块4访问地址长度出错访问了不存在的数据块地址52024/7/23第4章PLC的软件设计95/144硬件诊断

定义硬件诊断的显示方式启动“硬件诊断”工具2024/7/23第4章PLC的软件设计96/144硬件诊断信息

2024/7/23第4章PLC的软件设计97/144显示参考数据SIMATICManagerLAD/STL/FBD编辑器2024/7/23第4章PLC的软件设计98/144显示程序结构2024/7/23第4章PLC的软件设计99/144内部资源占用情况（I,Q,M,T,C）利用资源占用情况窗口查找错误2024/7/23第4章PLC的软件设计100/144显示交叉参考表利用交叉参考表修改块2024/7/23第4章PLC的软件设计101/144地址定位功能2024/7/23第4章PLC的软件设计102/144未使用的符号/无符号的地址2024/7/23第4章PLC的软件设计103/144重新接线信号模板

前连接器失效的通道I8.5可用的通道I9.5••••••••“新”程序“旧”程序2024/7/23第4章PLC的软件设计104/144用SIMATIC管理器实现重新接线设置绝对地址优先2024/7/23第4章PLC的软件设计105/144输入重新接线地址或2024/7/23第4章PLC的软件设计106/144

用SIMATIC管理器重新接线丢失地址的符号信息重新接线结果重新下载程序块

重新接线的报告2024/7/23第4章PLC的软件设计107/144用“符号优先”重新接线设置符号优先2024/7/23第4章PLC的软件设计108/144在符号表中修改地址修改前修改后2024/7/23第4章PLC的软件设计109/144进行块的一致性检查2024/7/23第4章PLC的软件设计110/144重新下载程序块

用符号表重新接线保留地址的符号信息重新下载程序块

2024/7/23第4章PLC的软件设计111/144任务10重新接线点动传送带电动机应用SIMATIC管理器或符号表实现重新接线，将正向点动按钮I0.2的接线改为I1.4，反向点动按钮I0.3的接线改为I1.5。2024/7/23第4章PLC的软件设计112/144组织块与中断系统组织块的类型与优先级类型组织块优先级启动组织块OB100、OB101、OB10227循环执行的组织块OB11中断组织块时间中断OB10、OB35等2、12等事件中断OB20、OB40等3、16等诊断中断OB80～OB122262024/7/23第4章PLC的软件设计113/144启动组织块读入

PII执行OB1输出PIQ清除过程映像，非保持的M,T,C执行

OB100允许输出循环暖启动自动手动S7-300/400PowerONS7-300STOP->RUNS7-400STOP->RUN+CRST允许输出STOP是否超过重启动的监视时间？清除

PIQ(可设置)完成剩余的循环执行

OB101输出

PIQ热启动（手动）仅指

S7-400根据硬件组态的设置：

STOP->RUN+WRST执行

OB1读入

PII循环2024/7/23第4章PLC的软件设计114/144启动组织块冷启动读入

PII执行

OB1输出

PIQ循环允许输出自动（根据硬件组态的设置）PowerONCPU318CPU41X执行

OB102清除过程映像和所有的M,T,C恢复数据块的初值2024/7/23第4章PLC的软件设计115/144例如：OB82(优先级26)=错误处理程序。当模拟输入PIW304断线时执行。例如OB10(优先级2)=日期时间中断。从9:30开始每分钟执行一次。OB1连续执行例如

OB20(优先级3)=延时中断。检测到一个信号后

延迟3.25s执行。中断循环程序......直到被其它OB中断2024/7/23第4章PLC的软件设计116/144日期时间中断（OB10～OB17）注意：对于每月执行的日期时间中断OB，不能将28、29、30、31号作为起始日期。2024/7/23第4章PLC的软件设计117/144设置CPU的时钟2024/7/23第4章PLC的软件设计118/144循环中断（OB30～OB38）

RUNOB35OB35OB35时间间隔OOB1B1OB1OB1OB1OB1OB1OB1时间间隔时间间隔2024/7/23第4章PLC的软件设计119/144时间延时中断（OB20～OB23）延时中断必须通过调用SFC32（SRT_DINT）来启动。当用户程序调用SFC32（SRT_DINT）时，需要提供过程事件、延时中断OB的编号、延迟时间和用户给定的过程事件标识符。延时时间设置范围为1～60000ms，延时精度为1ms，大大优于定时器精度。2024/7/23第4章PLC的软件设计120/144硬件中断（OB40～OB47）

模拟量输入模块的硬件中断模拟量输入模块上限值下限值+276480模拟量输入模块的属性硬件组态CPU的属性2024/7/23第4章PLC的软件设计121/144诊断中断

模拟量输入信号断线引起的异步错误中断（OB70～OB87）模拟量输入模块的属性硬件组态CPU的属性模拟量输入模块+276480断线2024/7/23第4章PLC的软件设计122/144常见的异步错误及处理该错误的OB错误类型例子组织块时间错误超出最大循环扫描时间OB80电源故障备份电池失效OB81诊断中断有诊断能力的模块输入断线OB82插入/移除中断在运行时移除S7-400的信号模块OB83CPU硬件故障MPI接口上出现错误的信号电平OB84程序执行错误更新映像区错误（模块有缺陷）OB85机架错误扩展设备或DP从站故障OB86通讯错误读取信息格式错误OB872024/7/23第4章PLC的软件设计123/144同步错误（OB121、OB122）

常见的同步错误及处理该错误的OB错误类型例子组织块编程错误在程序中调用一个CPU中并不存在的块OB121访问错误访问一个模块有故障或不存在的模块（例如，直接访问一个不存在的I/O模块）OB1222024/7/23第4章PLC的软件设计124/144组织块的启动信息2024/7/23第4章PLC的软件设计125/144OB100的启动信息

CPU暖启动的时间2024/7/23第4章PLC的软件设计126/144任务11日期时间中断组织块的应用利用日期时间中断组织块（OB10）使蜂鸣器每到整点响5秒钟报时。在硬件组态中定义OB10的参数，从整点开始每隔1小时执行一次OB10。在OB1和OB10中编写相应的程序，使蜂鸣器每到整点响5秒钟。2024/7/23第4章PLC的软件设计127/144模拟量模板的用途生产过程物理量标准的模拟信号传感器变送器•压力•温度•流量•速度•pH值•粘性•等±500mV±1V±5V±10V±20mA4...20mA等模拟执行器物理量CPU...........ADC模拟量输入模板PIW...PIW...::PIW...模拟量输出模板PQW...PQW...::PQW...DAC..............................................

LPIW304TPQW3202024/7/23第4章PLC的软件设计128/144量程卡2024/7/23第4章PLC的软件设计129/144S7-300CPU的AI/AO地址分配注意：

对于紧凑型CPU（CPU31xC），其上集成的AI/AO通道地址占用了第3排扩展机架最后一个模块的地址，即字节752～766，所以紧凑型CPU只能扩展31个I/O模块。

2024/7/23第4章PLC的软件设计130/144可变的编址方式双击2024/7/23第4章PLC的软件设计131/144组态模拟量输入模块双击2024/7/23第4章PLC的软件设计132/144设置模块的参数2024/7/23第4章PLC的软件设计133/144设置诊断中断

模拟量输入模块可以诊断下列故障：组态/参数分配错误共模错误断线（要求激活断线检查）测量值超下界值测量值超上界值无负载电压L+

2024/7/23第4章PLC的软件设计134/144设置硬件中断

OB40启动信息中的OB40_POINT_ADDR（LD8）的信息2024/7/23第4章PLC的软件设计135/144组态模拟量输出模块双击2024/7/23第4章PLC的软件设计136/144设置模块的参数2024/7/23第4章PLC的软件设计137/144设置诊断中断模拟量输出模块可以诊断下列故障：组态/参数分配错误接地短路（仅对于电压输出）断线（仅对于电流输出）无负载电压L+2024/7/23第4章PLC的软件设计138/144模拟量转换的数值表达方式

模拟量输入信号与转换值之间的关系范围电压，例如：电流，例如：电阻，例如：温度，例如Pt100测量范围±10V转换值测量范围4...20mA转换值测量范围0...300Ohm转换值测量范围-200...+850℃转换值1位数字=0.1℃超上限≥11.75932767≥22.81532767≥352.77832767≥1000.132767超上界11.7589:10.000432511:2764922.810:20.000532511:27649352.767:300.01132511:276491000.0:850.110000:8501额定范围10.00:0:-10.0027648:0:-2764820.000:4.00027648:0300.000:0.00027648:0850.0:0.0:-200.08500:0:-2000超下界10.0004:11.759-27649:-325123.9995:1.1852-1:-4864不允许负值-200.1:-243.0-2001:-2430超下限≤-11.76-327682024/7/23第4章PLC的软件设计139/144模拟量转换的数值表达方式

数字量与模拟量输出信号之间的关系范围数字量电压电流0to10V1to5V±10V0to20mA4to20mA±20mA超上限>=32767000000超上界32511:2764911.7589:10.00045.8794:5.000211.7589:10.000423.515:20.000722.81:20.00523.515:20.0007额定范围27648:010.0000:05.0000:1.000010.0000:020.000:020.000:4.00020.000:0-6912-691300.99990::03.99950:::-2764800:-10.000000:-20.000超下界-27649:-3251200-10.0004:-11.758900-20.007:-23.515超下限<=-325130000002024/7/23第4章PLC的软件设计140/144模拟量的规范化液位输入值500L？L01234527648

（10V）+276480500L0L2024/7/23第4章PLC的软件设计141/144模拟量输入值的规范化FC10527648HI_LIM=500.0LO_LIM=0.00单极性（M0.0=0）（传感器只提供正电压）OUTINPIW304MD104INOUT双极性（M0.0=1）（传感器提供正负电压）HI_LIM=500.0MD104LO_LIM=0.027648PIW3040-276482024/7/23第4章PLC的软件设计142/144模拟量输出值的规范化FC106100.0HI_LIM276480单极性（M0.0=0）（只提供正电压给执行器）OUTINMD110PQW3520.0LO_LIMINOUT双极性（M0.0=1）（提供正负电压给执行器）27648PQW352MD1100-27648-27648100.0HI_LIM0.0LO_LIM2024/7/23第4章PLC的软件设计143/144任务12模拟量液位值的处理在FC70中编写模拟量液位值的处理程序，要求：液位高度传感器测量值范围为0～1000mm，当液位低于150mm时打开进料阀门Q8.0=1，当液位高于850mm时关闭进料阀门Q8.0=0。在OB35中编写灌装罐的液位值采集程序，间隔500ms采集一次。2024/7/23第4章PLC的软件设计144/1441．数据传输方式（1）并行通信方式传送数据时，一个数据的所有位同时传送。并行通信的特点是：传送速率快，但硬件成本高，不宜于远距离通信。（2）串行通信方式传送数据时，数据的各个不同位分时使用同一条传输线，从低位开始一位接一位按顺序传送。串行通信的特点是：需要的信号线少，最少的只需要两根线（双绞线），适合远距离传送数据。串行通信传输速率（又称波特率）的单位为“比特每秒”，即每秒钟传送的二进制位数，用bit/s或bps表示。通信基础知识2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用145/60通信基础知识

2．数据传送方向（1）单工方式在单工通信方式下，通信线的一端连接发送器，另一端连接接收器，它们形成单向连接，只允许数据按照一个固定的方向传送。如图所示，数据只能由A站传送到B站，而不能由B站传送到A站。A站发送器数据流接收器B站2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用146/60通信基础知识

2．数据传送方向（2）半双工方式在半双工通信方式下，系统中每一个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，通过收发开关接到通信线路上，如图所示。在这种方式中，数据能从A站传送到B站，也能从B站传送到A站，但是不能同时在两个方向上传送，即每次只能一个站发送，另一个站接收。收发开关通过半双工通信协议进行功能切换。B站A站发送器接收器发送器接收器数据流2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用147/602．数据传送方向（3）全双工方式在全双工通信方式下，系统中每一个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，数据可以同时在两个方向上传送。B站A站发送器接收器发送器接收器数据流通信基础知识2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用148/60通信基础知识3．传输介质目前普遍使用的传输介质有同轴电缆、双绞线和光缆。其中双绞线（带屏蔽）成本低、安装简单；光缆的尺寸小、质量轻、传输距离远，但成本高、安装维修不方便。PROFIBUS电缆PROFIBUS光缆2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用149/604．串行通信接口（1）RS-232C接口采用负逻辑，利用传输信号线与地线之间的电压差表示逻辑电平，用-5~-15V表示逻辑“1”，用+5~+15V表示逻辑“0”。RS-232C使用单端发送、单端接收的电路。发送器和接收器之间有公共的信号地线，共模干扰信号不可避免地要进入信号传送系统中，使信号“0”变成“1”，“1”变成“0”。TXDRS-232CRXD通信基础知识2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用150/604．串行通信接口（2）RS-422接口RS-422接口采用平衡驱动、差动接收电路，从根本上取消了信号地线，如图所示。利用两条信号线之间的电压差表示逻辑电平，（VA-VB）>+0.2V表示逻辑“1”，（VA-VB）<-0.2V表示逻辑“0”。当外部的干扰信号作为共模信号出现时，两根传输线上的共模干扰信号相同，因接收器是差分输入，共模干扰信号可以互相抵消。RS-422接口抗干扰能力强，有较高的通信速率，适合远距离传输。TXDRS-422RXDAB通信基础知识2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用151/604．串行通信接口（3）RS-485接口RS-485接口是RS-422的变形，与RS-422不同的是：RS-422是全双工的，RS-485是半双工的。RS-485只有一对平衡差分信号线，用最少的信号连线（双绞线）即可实现通信任务。TXDTXDRXDRXDRS422RS-422连线方案使能TXDTXDRXDRXDRS-485使能RS-485连线方案通信基础知识2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用152/60西门子工业网络通信执行器-传感器级设备级车间级企业级2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用153/60工业以太网（IndustrialEthernet）工业以太网是一个世界范围认可的工业标准。它支持广域的开放型网络模型，采用多种传输介质（同轴电缆，工业双绞线，光纤电缆），均具有高的传输率。用于企业级和车间级的通信系统。工业以太网被设计为对实时性要求不严格、需要传输大量数据的通信系统，可以通过网关设备来连接远程网络。2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用154/60现场总线网络（PROFIBUS）PROFIBUS协议用于分布式I/O设备（远程I/O）的高速通信。许多厂家生产的自动化控制设备都支持PROFIBUS协议。该协议使用RS-485串行口，通过屏蔽双绞线进行网络连接。PROFIBUS网络中可以有若干个主站，每个主站配有属于自己的若干个从站。主站可以访问自己的从站，也可以有限地访问其它主站的从站。现场总线通信方式彻底消除了拥挤、紊乱的接线，现场只需要一根总线电缆，用一根总线电缆替代复杂而又价格昂贵的成束电缆，系统运行抗干扰能力增强，更安全可靠。2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用155/60多点接口（MPI，Multi-PointInterface）MPI是西门子的S7-300/400CPU、操作员面板（OP）和编程器上集成的通信接口。通过MPI接口，不用附加的CP模块即可实现网络化，MPI网络可用于车间级通信，可以在少数CPU之间传递少量数据。MPI协议可以是主/主协议也可以是主/从协议，这取决于网络中连接的设备类型。如果网络中只有S7-300/400CPU，则建立主/主连接。如果网络中有S7-200CPU，因为S7-200CPU只能作从站，所以建立主/从连接。2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用156/60执行器-传感器接口（AS-I,Actuator-Sensor-Interface）执行器-传感器接口是位于自动控制系统最低层的网络，用于将二进制传感器和执行器连接到网络上，例如：接近开关、阀门、指示灯等。采用AS-I接口，二进制传感器和执行器就具有了通信能力，它适于直接的现场总线连接不可取或不经济的场合。与强大的PROFIBUS不同，AS-I只能传输少量的信息。2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用157/60点到点接口（PPI，Point-to-PointInterface）PPI接口是S7-200CPU上的通信口，PPI协议是西门子公司专为S7-200PLC开发的通信协议，通过屏蔽双绞线进行网络连接。PPI协议是一个主/从协议，主站向从站发送通信申请，从站进行响应，从站不能主动发出信息。一般情况下，网络中的S7-200CPU都默认为是从站，主站是PC机、编程器、TD200文本显示器等。某些S7-200CPU在RUN模式下可以作为主站，用网络读（NETR）和网络写（NETW）指令访问其它CPU中的数据。2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用158/60PROFIBUS网络概述用户对系统配置、设备选型有最大的自主权提高了系统的可靠性，减少故障停机时间系统维护、设备更换和系统扩充方便设计、调试简便，节省硬件安装费用PROFIBUS的优点2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用159/60PROFIBUS的访问机理PROFIBUS网络是以主从协议的令牌方式进行通信，支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，连接到PROFIBUS网络上的主站（PLC、HMI、PG/PC等）按照站地址顺序组成一个逻辑令牌环。令牌从低地址主站向高地址主站传递，到达最高站地址126以后又回到最低地址重新开始。拥有令牌的主站可以轮询访问自己的从站（分布式I/O设备），从站是被动站点，不能得到令牌。逻辑令牌环主站1主站2从站1.1从站1.2从站2.1从站2.2从站2.3PROFIBUS2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用160/60PROFIBUS的通信协议PROFIBUS-DP（DistributedPeripheral）PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification）PROFIBUS-PA（ProcessAutomatization）PROFIBUS-PA（过程自动化）使用扩展的PROFIBUS-DP协议进行数据传输，电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中本质安全要求的防爆场合。PROFIBUS-FMS（现场总线报文规范）使用了ISO/OSI网络模型的第一层、第二层和第七层，用于车间级（PLC和PC）的数据通信，可实现不同供应商的自动化系统之间传输数据。但是由于配置和编程比较繁琐，目前很少使用。PROFIBUS-DP（分布式外设）使用了ISO/OSI网络模型的第一层和第二层，这种精简的结构保证了数据的高速传送，用于PLC与现场分布式I/O设备之间的实时、循环数据通信。2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用161/60PROFIBUS的网络特性拓扑结构•电气网络线型、树型•光纤网络线型、树型、环型•无线连接点对点；点对多点传输介质•电气网络带屏蔽层双绞线电•光纤网络光纤电缆(玻璃、PCF和塑料)•无线连接红外线网络距离•电气网络使用中继器最大9.6km•光纤网络最大90km•无线连接最大15m传输率 9.6kbit/s至12Mbit/s(可调整)PROFIBUSPA的31.25Kbit/s站点数目总线支持的最多站点数为127个地址编号从0至126。2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用162/60总线终端带屏蔽的双绞线电缆最大1000m（RS485），最多32个节点总线连接器中继器...网络段的配置2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用163/60PROFIBUS传输距离与通信速率的关系波特率（Kbit/s）9.6～187.550015003000～12000传输距离（m）10004002001002024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用164/60PROFIBUS网络连接部件——总线连接器针脚号信号名称针脚定义针脚号信号名称针脚定义1SHIELD屏蔽或功能地6VP终端电阻供电电压（5V）2M2424V输出电压地（辅助电源）7P2424V输出电压（辅助电源）3RXD/TXD-P接受/发送数据-正B线8RXD/TXD-N接受/发送数据-负A线4CNTR-P中继器控制信号-正9CNTR-N中继器控制信号-负5DGND数据基准电位（地）A1,B1A2,B2A1,B1A2,B2带编程器接口快速连接插头2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用165/60PROFIBUS网络连接部件——RS485中继器RS485中继器是一个有源的网络部件，具有信号放大和再生功能，需要占用一个站地址，在一条PROFIBUS网络上最多可以安装9个RS485中继器。总线段1的终端电阻总线段2的终端电阻2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用166/60PROFIBUS网络连接部件——终端电阻站点2需要终端电阻站点3站点4站点5站点1有源总线终端2024/7/23第6章PLC的网络通信技术及应用167/60PROFIBUS-DP网络中的主站一类DP主站（DPM1）是系统的中央控制器，可以主动地、周期性地与其所组态的从站进行数据交换，同时也可以被动地与二类主站进行通信。下列设备可以作一类DP主站：集成了DP接口的PLC，例如CPU315-2DP、CPU313C-2DP等没有集成DP接口的CPU加上支持DP主站功能的通信处理器（CP）插有PROFIBUS网卡的PC机，例如WinAC控制器。用软件功能选择PC做一类主站或是做编程监控的二类主站MPI/DPDPDPCPU31XPN/DPMPI/DPCPU31X-2DPCPU41X

-2DPMPICP342-