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SIEMENS上海慶惜自動化設(shè)備有限公司
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CPU的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。操作系統(tǒng)用來處理plc的啟動、刷新過程映像輸入/輸出區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯誤、管理存儲區(qū)和通信等任務(wù)。

用戶程序由用戶生成，用來實現(xiàn)用戶要求的自動化任務(wù)。STEP?7將用戶編寫的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊FB和功能FC是用戶編寫的子程序，系統(tǒng)功能塊SFB和系統(tǒng)功能SFC是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)子程序，它們和組織塊OB統(tǒng)稱為邏輯塊。

PLC得電或由STOP模式切換到RUN模式時，CPU執(zhí)行啟動操作，將沒有斷電保持功能的位存儲器、定時器和計數(shù)器清零，清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復(fù)位保存的硬件中斷等。此外還要執(zhí)行一次用戶生成的“系統(tǒng)啟動”組織塊OB100，完成用戶指定的初始化操作。以后PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，這種運行方式也稱為掃描工作方式。

在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為過程映像輸入?yún)^(qū)和過程映像輸出區(qū)。PLC梯形圖中的其他編程元件也有對應(yīng)的存儲區(qū)。

下面是循環(huán)處理的各個階段的任務(wù)（見圖）：

1)操作系統(tǒng)啟動循環(huán)時間監(jiān)控。

2)?CPU將過程映像輸出區(qū)的數(shù)據(jù)寫到輸出模塊。

3)?CPU讀取輸入模塊的輸入狀態(tài)，并存入過程映像輸入?yún)^(qū)。

4)?CPU處理用戶程序，執(zhí)行用戶程序中的指令。

5)在循環(huán)結(jié)束時，操作系統(tǒng)執(zhí)行其他任務(wù)，例如下載和刪除塊，接收和發(fā)送全局?jǐn)?shù)據(jù)等。

圖????掃描過程

6)?CPL返回階段，重新啟動循環(huán)時間監(jiān)控。

在啟動完成后，每次循環(huán)都要調(diào)用一次組織塊OB1。OB1是用戶程序中的主程序，它可以調(diào)用別的邏輯塊（FB、FC、SFB或SFC）。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。如果有中斷事件出現(xiàn)，當(dāng)前正在執(zhí)行的塊被暫停執(zhí)行，并自動調(diào)用分配給該事件的組織塊。該組織塊被執(zhí)行完后，被暫停執(zhí)行的塊將從被中斷的地方開始繼續(xù)執(zhí)行。

在循環(huán)程序處理過程中，CPU并不直接訪問I/O模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問CPU內(nèi)部的過程映像區(qū)。

在讀輸入模塊階段，PLC把所有外部輸入電路的接通/斷開狀態(tài)讀人過程映像輸入?yún)^(qū)。

外部輸入電路接通時，對應(yīng)的過程映像輸入位為1狀態(tài)，梯形圖中該輸入位的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外部輸入電路斷開時，對應(yīng)的過程映像輸入位為0狀態(tài)，梯形圖中該輸入位的常開觸點斷開，常閉觸點接通。

某一編程元件對應(yīng)的位為1狀態(tài)時，稱該編程元件的狀態(tài)為ON，該位為0狀態(tài)時，稱該編程元件的狀態(tài)為OFF。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入電路的狀態(tài)發(fā)生了變化，過程映像輸入位的狀態(tài)也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描循環(huán)周期的讀取輸入模塊階段被讀入過程映像輸入?yún)^(qū)。

PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時，CPU從條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時，從過程映像輸入?yún)^(qū)或別的存儲區(qū)中將有關(guān)編程元件的0、1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到對應(yīng)的存儲區(qū)中，因此，各編程元件的存儲區(qū)的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。

??在數(shù)字量（或稱開關(guān)量）控制系統(tǒng)中，變量兩種相反的工作狀態(tài)，例如高電平和低電平、繼電器線圈的通電和斷電，可以分別用邏輯代數(shù)中的1和0來表示這些狀態(tài)，在波形圖中，用高電平表示1狀態(tài)，用低電平表示0狀態(tài)。

使用繼電器電路、數(shù)字電路或plc的梯形圖都可以實現(xiàn)數(shù)字量的邏輯運算。圖的上面是PLC的梯形圖，下面是對應(yīng)的數(shù)字門電路。

圖中的I0.0~I0.4為數(shù)字輸入變量，Q4.0~Q4.2為數(shù)字輸出變量，它們之間的“與”、“或”、“非”邏輯運算關(guān)系如表1-1所示?！芭c”運算僅在輸入均為1時輸出才為1，“或”運算僅在輸入均為0時輸出才為0。“非”運算的輸出與輸入的狀態(tài)總是相反，非運算又稱為“取反”。

表????邏輯運算關(guān)系表

邏輯運算關(guān)系表

邏輯運算關(guān)系表

基本邏輯運算

基本邏輯運算

圖????基本邏輯運算

a)與b）或c）非

用繼電器電路或梯形圖可以實現(xiàn)基本的邏輯運算，觸點的串聯(lián)可以實現(xiàn)“與”運算，觸點的并聯(lián)可以實現(xiàn)“或”運算，用常閉觸點控制線圈可以實現(xiàn)“非”運算。

多個觸點的串、并聯(lián)電路可以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運算，例如圖中的繼電器電路實現(xiàn)的邏輯運算可以用邏輯代數(shù)表達(dá)式表示為

式中的加號表示邏輯或，乘號(·)或星號（*）表示邏輯與，變量上面的橫線表示“非”運算。與普通算術(shù)運算“先乘除后加減”類似，邏輯運算的規(guī)則為先“與”后“或”。為了先作“或”運算（觸點的并聯(lián)），用括號將“或”運算式括起來，括號中的運算優(yōu)先執(zhí)行。

為主要講授對象。西門子的PLC以其極高的性能價格比，在國際國內(nèi)市場占有很大的份額，在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。S7-300/400屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、

電源

模塊和編程計算機(jī)組成，各種模塊安裝在機(jī)架上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)，可以與計算機(jī)、其他PLC或其他設(shè)備通信。

1．CPU模塊

CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。S7?-?300/400將CPU模塊簡稱為CPU。

2．信號模塊

輸入(?Input)模塊和輸出(Output)模塊簡稱為I/O模塊，開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出模塊簡稱為DI模塊和DO模塊，模擬量輸入、模擬量輸出模塊簡稱為AI模塊和AO模塊，它們統(tǒng)稱為信號模塊。信號模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁。

輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、

接近開關(guān)

、光電開關(guān)、壓力

繼電器

等來的開關(guān)量輸入信號。模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流、電壓信號，或者直接接收熱電阻、熱電偶提供的溫度信號。

開關(guān)量輸出模塊用來控制

接觸器

、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制電動調(diào)節(jié)閥、

變頻器

等執(zhí)行器。

CPU模塊內(nèi)部的工作電壓一般是DC?5V，而PLC的外部輸入/輸出信號電壓一般較高，例如DC?24V或AC?220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的

元器件

，或使PLC不能正常工作。在信號模塊中，用光耦合器和小型繼電器等器件來隔離PLC的內(nèi)部電路和外部的輸入、輸出電路。信號模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。

3．功能模塊

為了增強(qiáng)PLC的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，PLC廠家開發(fā)了各種各樣的功能模塊。它們主要用于完成某些對實時性和存儲容量要求很高的控制任務(wù)，例如高速計數(shù)、位置控制和閉環(huán)控制等。

4．接口模塊

CPU模塊所在的機(jī)架稱為中央機(jī)架，如果一個機(jī)架不能容納全部模塊，可以增設(shè)一個或多個擴(kuò)展機(jī)架。接口模塊（簡稱為IM）用來實現(xiàn)中央機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架之間的通信。

5．通信處理器

通信處理器(簡稱為CP)用于PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與計算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將S7?-?300/400接入各種通信網(wǎng)絡(luò)，CP也用于實現(xiàn)點對點通信等。CPU模塊集成有MPI通信接口，有的CPU模塊還集成了其他通信接口。

6．電源模塊

電源模塊（簡稱為PS）用于將輸入的AC?220V電源或DC?24V電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的DC?24V和DC?5V電壓，供其他模塊和輸出模塊的負(fù)載使用。

7．編程設(shè)備

S7?-?300/400一般使用安裝了編程軟件STEP?7的個人計算機(jī)作為編程設(shè)備，可以生成和編輯各種文本程序或圖形程序。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機(jī)。編程軟件還有對網(wǎng)絡(luò)和硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控和故障診斷等功能。

使用該指令是將地址寄存器AR1的內(nèi)容加上作為地址偏移量的累加器1中低字的內(nèi)容，或加上指令中的16位常數(shù)，結(jié)果在AR1(?AR2)中。首先將整數(shù)（16位）擴(kuò)展為符號正確的24位，然后將其加到AR1的低有效的24位（AR1中的相對地址的部分）。在AR1(?AR2)中，區(qū)域ID的部分（第24~?26位）保持不變。要加到AR1、AR2的內(nèi)容中的整數(shù)（16位）由ACCU?1的低字中的值指定。允許值的范圍為-32768~+32767。參數(shù)P#Byte.?Bit（被加到AR1或AR2上的地址）的數(shù)據(jù)類型為指針常數(shù)。要加到AR1、AR2的內(nèi)容中的偏移量由參數(shù)P#Byte，Bit地址指定。指令的執(zhí)行與狀態(tài)位無關(guān)，而且對狀態(tài)位沒有影響。

+AR1：加地址寄存器1中內(nèi)容的整數(shù)（16位）通過累加器1低字中的數(shù)值定義，允許范圍為-32768~+32767。

+AR1：要加上的偏移量通過地址定義。

編程示例1：

L??+300????說明：將數(shù)值裝入累加器1低字中

+AR1????將累加器1低字中的內(nèi)容（整數(shù)，16位）加到地址寄存器1

編程示例2：

+?AR1?P#300.0????說明：將偏移量300.0加到地址寄存器1

2．+AR2加累加器1至地址寄存器2*（+AR2、+LAR2）

使用該指令，可以將語句中或累加器1低字中定義的偏移量加至地址寄存器2。首先將整數(shù)（16位）擴(kuò)展為帶有其正確符號的2位數(shù)，然后加到地址寄存器2的低有效24位（地址寄存器2中部分相關(guān)地址）。地址寄存器2中ID區(qū)部分（位24、25和26）保持不變。指令的執(zhí)行與狀態(tài)位無關(guān)，而且對狀態(tài)位沒有影響。

??①STL形式的打開數(shù)據(jù)塊指令“OPN<數(shù)據(jù)塊>”。使用打開數(shù)據(jù)塊指令，可以打開一個數(shù)據(jù)塊作為共享數(shù)據(jù)塊或背景數(shù)據(jù)塊，可以同時打開一個共享數(shù)據(jù)塊和一個背景數(shù)據(jù)塊。訪問已打開的數(shù)據(jù)塊內(nèi)的存儲單元時，其地址中不必指明是哪一個數(shù)據(jù)塊的存儲單元，如打開數(shù)據(jù)DB10后，DB10.?DBW35可簡寫為DBW35。

編程示例：

OPN?DB10????說明：打開數(shù)據(jù)塊DB10作為共享數(shù)據(jù)塊

L?DBW35????將打開數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字DBW35裝入累加器1低字中

T?MW22????將累加器1低字中的內(nèi)容傳送到存儲字MW22

OPN?DB20????打開數(shù)據(jù)塊DB20作為背景數(shù)據(jù)塊

L??DIB12????將打開背景數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字節(jié)12裝入累加器1低字中

T??DBB37????將累加器1低字中的內(nèi)容傳送到打開共享數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)字

節(jié)DBB37

②LDA形式的打開數(shù)據(jù)塊指令“-(OPN)”?！?(OPN)”（打開數(shù)據(jù)塊指令）可以打開一個共享數(shù)據(jù)塊(?DB)或背景數(shù)據(jù)塊(DI)?！?(?OPN)”功能是一種數(shù)據(jù)塊無條件調(diào)用功能。數(shù)據(jù)塊的編號被傳送到DB或DI寄存器。在此之后，DB和DI指令根據(jù)寄存器的內(nèi)容訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊。

編程示例如圖所示：數(shù)據(jù)塊10(?DB10)被打開。接點地址(?DBX0.0)指的是數(shù)據(jù)塊DB10中包含的當(dāng)前數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)字節(jié)0的0位。該位的信號狀態(tài)被賦值給輸出Q4.0。

打開數(shù)據(jù)塊指令使用示例

打開數(shù)據(jù)塊指令使用示例

圖???打開數(shù)據(jù)塊指令使用示例

CDB交換共享數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊

使用該指令，可以交換共享數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊。該指令可以交換數(shù)據(jù)塊寄存器。一個共享數(shù)據(jù)塊可轉(zhuǎn)換為一個背景數(shù)據(jù)塊，反之亦然。