1、第 2 章 S7-1200 PLC的程序設(shè)計基礎(chǔ),2.1 S7-1200的編程語言國際標準,IEC(國際電工委員會)是為電子技術(shù)的所有領(lǐng)域制定全球標準的國際組織。 IEC 61131是PLC的國際標準，其中第三部分IEC 61131-3是PLC的編程語言標準。 IEC 61131-3是世界上第一個，也是至今唯一的工業(yè)控制系統(tǒng)的編程語言標準，已經(jīng)成為DCS、IPC、FCS、SCADA和運動控制系統(tǒng)事實上的軟件標準。 IEC 61131-3的5種編程語言：指令表(Instruction List)、結(jié)構(gòu)文本(Structured Text, ST)、梯形圖(Ladder Diagram, LD)、

2、功能塊圖(Function Block Diagram, FBD)、順序功能圖(Sequential Function Chart, SFC)。,2.1 S7-1200的編程語言梯形圖和功能塊圖,梯形圖(LAD)是使用得最多的PLC圖形編程語言，由觸點、線圈和用方框表示的指令框組成。 觸點和線圈組成的電路稱為程序段(network，網(wǎng)絡(luò))，Step 7 Basic自動為程序段編號。 功能塊圖(FBD)使用類似于數(shù)字電路的圖形邏輯來表示控制邏輯。,2.2 系統(tǒng)存儲區(qū)與數(shù)據(jù)類型物理存儲器,PLC使用的物理存儲器類型： RAM, ROM, Flash EPROM(簡稱為FEPROM),裝載存儲器：非

3、易失性的存儲區(qū)，用于保存用戶程序、數(shù)據(jù)和組態(tài)信息。所有的CPU都有內(nèi)部的裝載存儲器，CPU插入存儲卡后，用存儲卡做裝載存儲器。類似于計算機的硬盤，具有斷電保持功能。 工作存儲器：集成在CPU中的高速存取的RAM。類似于計算機的內(nèi)存，斷電時內(nèi)容丟失。 斷電保持存儲器：用來防止在電源關(guān)閉時丟失數(shù)據(jù)，可以用不同方法設(shè)置變量的斷電保持功能。 存儲卡：可選的存儲卡用來存儲用戶程序，或用于傳送程序。,2.2 系統(tǒng)存儲區(qū)與數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型,2.2 系統(tǒng)存儲區(qū)與數(shù)據(jù)類型字節(jié)，字節(jié).位尋址,“字節(jié). 位”尋址方式 ：如I3.2，首位字母表示存儲器標識符，I表示輸入過程映像區(qū),8位二進制數(shù)組成1個字節(jié)(Byt

4、e):,以起始字節(jié)的地址作為字和雙字的地址。 起始字節(jié)為最高位的字節(jié)。,2.2 系統(tǒng)存儲區(qū)與數(shù)據(jù)類型字，雙字尋址,MW100,MD100,32位的浮點數(shù)又稱為實數(shù)(Real)。浮點數(shù)的優(yōu)點是用很小的存儲空間(4B)表示非常大和非常小的數(shù)。 PLC輸入和輸出的數(shù)值大多是整數(shù)，例如模擬量輸入和輸出值，用浮點數(shù)來處理這些數(shù)據(jù)需要進行整數(shù)和浮點數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，浮點數(shù)的運輸速度不及整數(shù)的運算速度慢一些。 在編程軟件中，用十進制小數(shù)來表示浮點數(shù)，例如50是整數(shù)，50.0為浮點數(shù)。,2.2 系統(tǒng)存儲區(qū)與數(shù)據(jù)類型浮點數(shù),2.2 系統(tǒng)存儲區(qū)與數(shù)據(jù)類型系統(tǒng)存儲區(qū),2.3 位邏輯指令,常開觸點、常閉觸點、取反觸點,輸

5、出線圈、取反輸出線圈,復(fù)位、置位,區(qū)域置位、區(qū)域復(fù)位,復(fù)位優(yōu)先鎖存器、置位優(yōu)先鎖存器,上升沿檢測觸點、下降沿檢測觸點,上升沿檢測線圈、下降沿檢測線圈,上升沿觸發(fā)器、下降沿觸發(fā)器,2.3 位邏輯指令置位復(fù)位指令,最主要的特點是有記憶和保持功能。,2.3 位邏輯指令多點置位復(fù)位指令,多點置位指令將指定的地址開始的連續(xù)若干個地址置位(變?yōu)?狀態(tài)并保持)。 多點復(fù)位指令將指定的地址開始的連續(xù)若干個地址復(fù)位(變?yōu)?狀態(tài)并保持)。,2.3 位邏輯指令復(fù)位優(yōu)先、置位優(yōu)先鎖存器,復(fù)位優(yōu)先鎖存器、置位優(yōu)先鎖存器：,輸出線圈可選,2.3 位邏輯指令邊緣檢測觸點指令,如果輸入信號I0.6由0變?yōu)?狀態(tài)(即輸入信號I

6、0.6的上升沿)，則該觸點接通一個掃描周期。 觸點下面的M4.3為邊緣存儲位，用來存儲上一個掃描循環(huán)是I0.6的狀態(tài)，通過比較輸入信號的當前狀態(tài)和上一次循環(huán)的狀態(tài)來檢測信號的邊沿。邊沿存儲位的地址只能在程序中使用一次，它的狀態(tài)不能在其他地方被改寫。只能使用M、全局DB和靜態(tài)局部變量來作邊沿存儲位，不能使用臨時局部數(shù)據(jù)或I/O變量來作邊沿存儲位。,2.3 位邏輯指令邊緣檢測線圈指令,邊緣檢測線圈指令：,上升沿檢測線圈僅在流進該線圈的能流的上升沿，輸出位M6.1為1狀態(tài)，M6.2為邊沿存儲位。 在I0.7的上升沿，M6.1的常開觸點閉合一個掃描周期，使M6.6置位，在I0.7的下降沿，M6.3的常

7、開觸點閉合一個掃描周期，使M6.6復(fù)位。,2.3 位邏輯指令P_TRIG與N_TRIG指令,在流進P_TRIG指令的CLK輸入端的能流的上升沿，Q端輸出一個掃描周期的能流，使M8.1置位，方框下面的M8.0是脈沖存儲器位。 P_TRIG指令與N_TRIG指令不能放在電路的開始處和結(jié)束處。,2.3 位邏輯指令3種邊沿檢測指令的功能,以上升沿檢測為例： 在P觸點指令中，觸點上面的地址的上升沿，該觸點接通一個掃描周期，因此P觸點用于檢測觸點上面地址的上升沿，并且直接輸出上升沿脈沖。 在P線圈的能流的上升沿，線圈上面的地址在一個掃描周期為1狀態(tài)，因此P線圈用于檢測能流的上升沿，并用線圈上面的地址來輸出

8、上升沿脈沖。 P_TRIG指令用于檢測能流的上升沿，并且直接輸出上升沿脈沖。 如果P_TRIG指令左邊只有I1.0觸點，可以用I1.0的P觸點來代替P_TRIG指令。,2.3 位邏輯指令故障信息顯示電路舉例 1/2,設(shè)計故障信息顯示電路，從故障信號I0.0的上升沿開始，Q0.7控制的指示燈以1Hz的頻率閃爍。操作人員按復(fù)位按鈕I0.1后，如果故障已經(jīng)消失，則指示燈滅，如果沒有消失，則指示燈轉(zhuǎn)為常亮，直至故障消失。,2.3 位邏輯指令故障信息顯示電路舉例 2/2,2.4 定時器指令定時器的基本功能 1/2,使用定時器指令可創(chuàng)建編程的時間延遲，S7-1200 PLC有4種定時器： TP： 脈沖定時

9、器可生成具有預(yù)設(shè)寬度時間的脈沖。 TON：接通延遲定時器輸出Q在預(yù)設(shè)的延時過后設(shè)置為 ON。 TOF：關(guān)斷延遲定時器輸出 Q 在預(yù)設(shè)的延時過后重置為 OFF。 TONR：保持型接通延遲定時器輸出在預(yù)設(shè)的延時過后設(shè)置為ON。在使用 R 輸入重置經(jīng)過的時間之前，會跨越多個定時時段一直累加經(jīng)過的時間。 RT：通過清除存儲在指定定時器背景數(shù)據(jù)塊中的時間數(shù)據(jù)來重置定時器。 每個定時器都使用一個存儲在數(shù)據(jù)塊中的結(jié)構(gòu)來保存定時器數(shù)據(jù)。 在編輯器中放置定時器指令時可分配該數(shù)據(jù)塊。,2.4 定時器指令定時器的基本功能 2/2,2.4 定時器指令定時器的輸入輸出參數(shù) 1/4,TP、TON 和 TOF 定時器具有相

10、同的輸入和輸出參數(shù)。,TONR 定時器具有附加的復(fù)位輸入?yún)?shù) R。 可創(chuàng)建自己的“定時器名稱”來命名定時器數(shù)據(jù)塊，還可以描述該定時器在過程中的用途。,RT 指令可重置指定定時器的定時器數(shù)據(jù)。,2.4 定時器指令定時器的輸入輸出參數(shù) 2/4,參數(shù) IN從0變?yōu)?將啟動TP、TON 和 TONR，從1變0 將啟動 TOF。 ET 為定時開始后經(jīng)過的時間，或稱為已耗時間值(可以不為ET指定地址)，它們的數(shù)值類型為32位的Time，單位為ms，最大定時時間為T#24D_20H_31M_23S_647MS。,2.4 定時器指令定時器的輸入輸出參數(shù) 3/4,IEC定時器和IEC計數(shù)器屬于功能塊，調(diào)用時需要

11、指定配套的背景數(shù)據(jù)塊，定時器和計數(shù)器指令的數(shù)據(jù)保存在背景數(shù)據(jù)塊中。 在梯形圖中輸入定時器指令時，打開右邊的指令窗口將“定時器操作”文件夾中的定時器指令拖放到梯形圖中適當?shù)奈恢茫诔霈F(xiàn)的“調(diào)用選項”對話框中修改將要生成的背景數(shù)據(jù)塊的名稱，或采用默認的名稱。點擊“確定”按鈕，自動生成數(shù)據(jù)塊。,2.4 定時器指令定時器的輸入輸出參數(shù) 4/4,2.4 定時器指令脈沖定時器TP時序圖,2.4 定時器指令接通延時定時器TON時序圖,2.4 定時器指令斷開延時定時器TOF時序圖,2.4 定時器指令保持型接通延時定時器TONR時序圖,2.4 定時器指令舉例 1/6,用接通延時定時器設(shè)計周期和占空比可調(diào)的振蕩電

12、路。,M2.7只接通一個掃描周期，振蕩電路實際上是一個有正反饋的電路，兩個定時器的輸出Q分別控制對方的輸入IN，形成了正反饋。 振蕩電路的高、低電平時間分別由兩個定時器的PT值確定。,2.4 定時器指令舉例 2/6,2.4 定時器指令舉例 3/6,用3種定時器設(shè)計衛(wèi)生間沖水控制電路。,2.4 定時器指令舉例 4/6,2.4 定時器指令舉例 5/6,兩條運輸帶順序相連，為避免運送的物料在1號運輸帶上堆積，按下起動按鈕I0.3，1號帶開始運行，8s后2號帶自動起動。停機的順序與起動的順序相反，按了停止按鈕I0.2后，先停2號帶，8s后停1號帶。Q1.1和Q0.6控制兩臺電動機M1和M2。,2.4

13、定時器指令舉例 6/6,2.5 計數(shù)器指令計數(shù)器的數(shù)據(jù)類型,S7-1200有3種計數(shù)器：加計數(shù)器(CTU)、減計數(shù)器(CTD)和加減計數(shù)器(CTUD)。它們屬于軟件計數(shù)器，其最大計數(shù)速率受到它所在的OB的執(zhí)行速率的限制。 如果需要速率更高的計數(shù)器，可以使用CPU內(nèi)置的高速計數(shù)器。 調(diào)用計數(shù)器指令時，需要生成保存計數(shù)器數(shù)據(jù)的背景數(shù)據(jù)塊。 CU和CD分別是加計數(shù)輸入和減計數(shù)輸入，在CU或CD由0變?yōu)?是，實際計數(shù)值CV加1或減1。 復(fù)位輸入R為1時，計數(shù)器被復(fù)位，CV被清0，計數(shù)器的輸入Q變?yōu)?。,2.5 計數(shù)器指令計數(shù)器的輸入輸出 參數(shù),2.5 計數(shù)器指令加計數(shù)器,CTU： 參數(shù) CU 的值從

14、0 變?yōu)?1 時，CTU 使計數(shù)值加 1。如果參數(shù) CV(當前計數(shù)值)的值大于或等于參數(shù) PV (預(yù)設(shè)計數(shù)值)的值，則計數(shù)器輸出參數(shù) Q = 1。如果復(fù)位參數(shù) R 的值從 0 變?yōu)?1，則當前計數(shù)值復(fù)位為 0。,PV = 3,2.5 計數(shù)器指令減計數(shù)器,CTD： 參數(shù) CD 的值從 0 變?yōu)?1 時，CTD 使計數(shù)值減 1。如果參數(shù) CV (當前計數(shù)值)的值等于或小于 0，則計數(shù)器輸出參數(shù) Q = 1。如果參數(shù) LOAD 的值從 0 變?yōu)?1，則參數(shù)PV (預(yù)設(shè)值)的值將作為新的 CV (當前計數(shù)值)裝載到計數(shù)器。,PV = 3,2.5 計數(shù)器指令加減計數(shù)器 1/2,CTUD： 加計數(shù) (CU

15、, Count Up) 或減計數(shù) (CD, Count Down) 輸入的值從 0 跳變?yōu)?1時，CTUD 會使計數(shù)值加 1 或減 1。 如果參數(shù) CV（當前計數(shù)值）的值大于或等于參數(shù)PV（預(yù)設(shè)值）的值，則計數(shù)器輸出參數(shù) QU = 1。如果參數(shù) CV 的值小于或等于零，則計數(shù)器輸出參數(shù) QD = 1。 如果參數(shù) LOAD 的值從 0 變?yōu)?1，則參數(shù) PV（預(yù)設(shè)值）的值將 作為新的 CV（當前計數(shù)值）裝載到計數(shù)器。 如果復(fù)位參數(shù) R 的值從 0 變?yōu)?1，則當前計數(shù)值復(fù)位為 0。,2.5 計數(shù)器指令加減計數(shù)器 2/2,PV = 4,2.6 用STEP 7 Basic生成用戶程序程序編輯器,2.

16、6 用STEP 7 Basic生成用戶程序電機啟動主電路,2.6 用STEP 7 Basic生成用戶程序電機啟動控制電路,2.6 用STEP 7 Basic生成用戶程序電機啟動控制程序,2.6 用STEP 7 Basic生成用戶程序生成用戶程序,打開主程序OB1，生成如下用戶程序：,2.6 用STEP 7 Basic生成用戶程序工具欄上的按鈕,在選中的程序段下面插入一個新的程序段,刪除選中的程序段,打開、關(guān)閉所有的程序段,設(shè)置變量的顯示方式：顯示絕對地址、符號地址或同時顯示,關(guān)閉或打開程序段的注釋,顯示或隱藏收藏夾,跳轉(zhuǎn)到前一個或下一個語法錯誤,更新不一致的塊調(diào)用,打開或關(guān)閉程序狀態(tài)監(jiān)視,2.

17、6 用STEP 7 Basic生成用戶程序設(shè)置程序編輯器參數(shù)1/2,“選項”“設(shè)置”：,2.6 用STEP 7 Basic生成用戶程序設(shè)置程序編輯器參數(shù)2/2,操作數(shù)與其他對象(例如觸點)之間的垂直間距,操作數(shù)水平方向和垂直方向可以輸入的最大字符數(shù),2.6 用STEP 7 Basic生成用戶程序生成和修改變量 1/2,2.6 用STEP 7 Basic生成用戶程序生成和修改變量 2/2,2.6 用STEP 7 Basic生成用戶程序快速生成變量,2.6 用STEP 7 Basic生成用戶程序設(shè)置變量的斷電保護功能,設(shè)置后有保持功能的M區(qū)的變量的“保持性”列的多選框中出現(xiàn),2.6 用STEP 7

18、 Basic生成用戶程序全局變量和局部變量,PLC變量表中的變量可用于整個PLC中所有的代碼塊，在所有的代碼中具有相同的意義和唯一的名稱，可以在變量表中，為輸入I、輸出Q和位存儲器M的位、字節(jié)、字和雙字定義全局變量。 在程序中，全局變量被自動添加雙引號，例如“起動”。 局部變量只能在它被定義的塊中使用，同一個變量的名稱可以在不同的塊中分別使用一次?？梢栽趬K的界面區(qū)定義塊的輸入/輸出參數(shù)(Input, Output, Inout)和臨時數(shù)據(jù)(Temp)，以及定義FB的靜態(tài)變量(Static)。 在程序中，局部變量被自動添加#號，例如#起動。,2.6 用STEP 7 Basic生成用戶程序使用詳細

19、窗口,打開項目樹下面的詳細窗口，選中項目樹中的“PLC變量”，詳細窗口顯示出變量表中的符號。 可以將詳細窗口中的符號地址或代碼塊界面區(qū)種定義的局部變量，拖放到程序中需要設(shè)置地址的處。 拖放到已設(shè)置的地址上時，原來的地址被替換。,2.7 下載用戶程序,通過CPU與運行STEP 7 Basic的計算機的以太網(wǎng)通信，可以執(zhí)行項目的下載、上傳、監(jiān)控和故障診斷等任務(wù)。 一對一的通信不需要交換機，兩臺以上的設(shè)備通信則需要交換機。CPU可以使用直通的或交叉的以太網(wǎng)電纜進線通信。,2.7 下載用戶程序設(shè)置計算機網(wǎng)卡的IP地址,計算機也CPU的子網(wǎng)地址一般采用默認的192.168.0.2，第4個字節(jié)是子網(wǎng)內(nèi)設(shè)備

20、的地址。 子網(wǎng)掩碼一般采用默認的255.255.255.0。,2.7 下載用戶程序組態(tài)CPU的PROFINET接口,設(shè)置的地址在下載后才起作用。,2.7 下載用戶程序下載項目到新出廠的CPU 1/4,選擇計算機中使用的網(wǎng)卡,選中該選項,計算機與CPU無連接,CPU在線,網(wǎng)絡(luò)中的CPU 原IP,CPU上的LED會閃爍,2.7 下載用戶程序下載項目到新出廠的CPU 2/4,組態(tài)的 新IP,2.7 下載用戶程序下載項目到新出廠的CPU 3/4,2.7 下載用戶程序下載項目到新出廠的CPU 4/4,新IP,2.7 下載用戶程序利用快捷菜單下載 1/2,2.7 下載用戶程序利用快捷菜單下載 2/2,2.

21、7 下載用戶程序上載程序塊,將下面在線的“程序塊”文件夾拖放到上面離線的“程序塊”文件夾：,2.7 下載用戶程序上傳硬件配置,將CPU連接到編程設(shè)備，創(chuàng)建一個新的項目； 添加一個新設(shè)備，但要選擇“非特定的CPU 1200”，而不是選擇特定的CPU； 執(zhí)行菜單命令“在線”“硬件檢測”，打開“PLC-1的硬件檢測”對話框。選中“目標子網(wǎng)中的可訪問設(shè)備”列表中的PLC-1，點擊“上載”，上傳CPU和所有模塊的組態(tài)信息。在設(shè)備視圖中可以看到上傳的模塊，如果已經(jīng)為CPU分配了IP，將會上傳該IP地址，但是不會上傳其他設(shè)備（例如模擬量I/O的屬性）。必須在設(shè)備視圖中手動組態(tài)CPU和各模塊的配置。,2.8

22、調(diào)試程序,有兩種調(diào)試用戶程序的方法：程序狀態(tài)監(jiān)視與監(jiān)視表。 程序狀態(tài)可以監(jiān)視程序的運行，顯示程序中操作數(shù)的值和網(wǎng)絡(luò)的邏輯運算結(jié)果，查找到用戶程序的邏輯錯誤，還可以修改某些變量的值； 使用監(jiān)視表可以監(jiān)視、修改和強制用戶程序或CPU內(nèi)的各個變量，可以在不同的情況下向某些變量寫入需要的數(shù)值來測試程序或硬件。例如為了檢查接線，可以在CPU處于STOP模式時給物理輸出點指定固定的值。,2.8 調(diào)試程序程序狀態(tài)監(jiān)視 1/2,與PLC建立好在線連接后，打開需要監(jiān)視的代碼塊，點擊工件欄上的 ，啟動程序狀態(tài)監(jiān)視。 啟動程序狀態(tài)監(jiān)控后，梯形圖用綠色實線來表示狀態(tài)滿足，用藍色虛線表示狀態(tài)不滿足，用灰色實現(xiàn)表示狀態(tài)未

23、知。,2.8 調(diào)試程序程序狀態(tài)監(jiān)視 2/2,用鼠標右鍵點擊程序狀態(tài)中的某個變量，執(zhí)行出現(xiàn)的“修改”“修改為1”或“修改為0”。 不能修改連接外部硬件輸入電路的I的值。,2.8 調(diào)試程序監(jiān)視表,使用程序狀態(tài)功能，可以在程序編輯器中形象直觀地監(jiān)視梯形圖程序的執(zhí)行情況，觸點和線圈的情況一目了然。但是程序狀態(tài)監(jiān)控功能只能在屏幕上顯示一小塊程序，調(diào)試較大的程序時，往往不能同時看到與某一程序功能有關(guān)的全部變量的狀態(tài)。 監(jiān)視表(Watch Table)可以有效地解決上述問題。使用監(jiān)視表可以在工作區(qū)同時監(jiān)視、修改和強制用戶感興趣的全部變量。一個項目可以生產(chǎn)多個監(jiān)視表，以滿足不同的調(diào)試要求。 監(jiān)視表可以賦值或顯

24、示的變量包括I、Q、I_:P、 I_:P、M和數(shù)據(jù)庫DB內(nèi)的存儲單元。,2.8 調(diào)試程序監(jiān)視表功能,監(jiān)視變量：顯示用戶程序或CPU中變量的當前值； 修改變量：將固定值賦給用戶程序或CPU中的變量，這一功能可能會影響到程序運行結(jié)果； 對物理輸出賦值：允許在停機狀態(tài)下將固定值賦給CPU的每一個物理輸出點，可用于硬件調(diào)試時檢查接線； 強制變量：給物理輸入點/物理輸出點賦一個固定值，用戶程序的執(zhí)行不會影響被強制的變量； 可以選擇在掃描循環(huán)周期開始、結(jié)束或切換到STOP模式時讀寫變量的值；,2.8 調(diào)試程序用監(jiān)視表監(jiān)視變量,與CPU建立在線連接后，點擊工具欄上的 按鈕，啟動“監(jiān)視全部”功能，將在“監(jiān)視值

25、”列連續(xù)顯示變量的動態(tài)實際值。 再次點擊該按鈕，將關(guān)閉監(jiān)視功能。 點擊工具欄上的 按鈕，可以對所選變量的數(shù)值作一次立即更新，該功能主要用于STOP模式下的監(jiān)視和修改。,2.8 調(diào)試程序用監(jiān)視表修改變量 1/2,監(jiān)視全部,立即一次性監(jiān)視所有值,立即修改,使用觸發(fā)器修改,2.8 調(diào)試程序用監(jiān)視表修改變量 2/2,RUN模式修改變量時，各變量同時又受到用戶程序的控制。 假設(shè)用戶程序運行的結(jié)果使Q0.0的線圈斷電，用監(jiān)視表不可能將Q0.0修改和保持為1狀態(tài)。在RUN模式不能改變I區(qū)分配給硬件的數(shù)字量輸入點的狀態(tài)，因為它們的狀態(tài)取決于外部輸入電路的通/斷狀態(tài)。,2.8 調(diào)試程序用監(jiān)視表在STOP模式下改變物理輸出的狀態(tài),在調(diào)試設(shè)備時，利用在STOP模式改變物理輸出的狀態(tài)，檢查輸出點連接的過程設(shè)備的接線是否正確。,如果有輸入點或輸出點被強制，則不能使用這一功能。為了在STOP模式下允許物理輸出，應(yīng)取消強制功能。,切換到擴展模式,啟用外圍設(shè)備輸出,2.8 調(diào)試程序定義監(jiān)視表的觸發(fā)器,觸發(fā)器用來設(shè)置在掃描循環(huán)的哪一點來監(jiān)視或修改選中的變量，可以選擇在掃描循環(huán)開始、掃描循環(huán)結(jié)束或從RUN模式切換到STOP模式時監(jiān)視或修改某個變