s第章程序設計

第三章S7-300程序設計方法

3.1系統(tǒng)設計的原則 3.2系統(tǒng)設計的內容

3.3S7-300的程序結構 3.4程序設計的方法與過程

3.5開關量控制系統(tǒng)的設計3.6模擬量控制系統(tǒng)的設計 3.7系統(tǒng)的安全設計方法3.1系統(tǒng)設計的原則1滿足要求最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計控制系統(tǒng)的首要前提。這就要求設計人員在設計前就要深入現(xiàn)場進行調查研究。收集控制現(xiàn)場的資料，收集控制過程中有效的控制經驗，進行系統(tǒng)設計。同時要注意要和現(xiàn)場的管理人員、技術人員、工程操作人員緊密配合，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。2安全可靠控制系統(tǒng)長期運行中能否達到安全、可靠、穩(wěn)定，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。為了能達到這一點，要求在系統(tǒng)設計上，器件選擇上，軟件編程上要全面考慮。比如說，在硬件和軟件的設計上應該保證PLC程序不僅在正常條件下能正確運行，而且在一些非正常情況下（如突然掉電再上電，按鈕按錯等），也能正常工作。程序只能接受合法操作，對非法操作程序能予以拒絕等等。3經濟實用一個新的控制工程固然能提高產品的質量，提高產品的數(shù)量，從而為工程帶來巨大的經濟效益和社會效益。但是，新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也會導致工程的投入和運行資金的增加。在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的y運行成本。這就要求，不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護即方便又低成本。

4適應發(fā)展

社會在不斷地前進，科學在不斷地發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也一定會不斷地在提高、不斷地在完善。因此，在控制系統(tǒng)的設計時要考慮到今后的發(fā)展、完善。這就要求在選擇PLC機型和輸入/輸出模塊要能適應發(fā)展的需要，要適當留有余量。

3.2系統(tǒng)設計的內容1選擇機型（1）根據(jù)系統(tǒng)類型選擇機型?單體控制的小系統(tǒng)

這種系統(tǒng)一般使用一臺可編程序控制器就能完成控制要求，控制對象常常是一臺設備或多臺設備中的一個功能。這種系統(tǒng)對可編程序控制器間的網絡問題要求不高，甚至沒有要求。但有時功能要求全面，容量要求變化大，有些還要與原設備系統(tǒng)的其它機器連接。對這類系統(tǒng)的機型選擇要注意三種情況。一是設備集中情況:設備的功率較小，如機床。這時需選用局部式結構，低電壓高密度輸入輸出模板。二是設備分散情況:設備的功率較大，如料場設備。這時需選用離散式結構，高電壓低密度輸入輸出模板。三是有專門要求的設備情況:如飛剪。輸入輸出容量不是關鍵參數(shù)，重要的是控制速度功能，選用高速計數(shù)功能模板等。?慢過程大系統(tǒng)對運行速度要求不高但設備間有連鎖關系，設備距離遠，控制動作多，如大型料場、高爐、碼頭、大型車站信號控制；也有的設備本身對運行速度要求高，但是部分子系統(tǒng)要求并不高，如大型熱連續(xù)軋鋼廠、冷連續(xù)軋鋼廠中的輔助生產機組和供油系統(tǒng)、供風系統(tǒng)等。對這一類型對象，一般不選用大型機，因為它編程、調試都不方便，一旦發(fā)生故障，影響面也大。一般都采用多臺中小機型和低速網相連接。由于現(xiàn)代生產的控制器多為插件式模板結構，它的價格是隨輸入輸出板數(shù)和智能模板數(shù)的多少決定的。同一種機型輸入輸出點數(shù)少，則價格便宜，反之則貴。所以一般使用網絡相連后就不必要選大型機。這樣選用每一臺中小型可編程序控制器控制一臺單體設備，功能簡化，程序好編，調試容易，運行中一旦發(fā)生故障影響面小，且容易查找。?快速控制大系統(tǒng)隨著可編程序控制器在工業(yè)領域應用的不斷擴大，在中小型的快速系統(tǒng)中，可編程序控制器不僅僅完成邏輯控制和主令控制，它已逐步進入了設備控制級，如高速線材，中低速熱連軋等速度控制系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中即使選用輸入輸出容量大、運行速度快、計算功能強的一臺大型可編程序控制器也難以滿足控制要求。如用多臺可編程序控制器，則有互相間信息交換與系統(tǒng)響應要求快的矛盾。采用可靠的高速網能滿足系統(tǒng)信息快速交換的要求。高速網一般價格都很貴，適用于有大量信息交換的系統(tǒng)。對信息交換速度要求高，但交換的信息又不太多的系統(tǒng)，也可以采用可編程序控制器的輸出端口與另一臺可編程序控制器的輸入端口硬件互聯(lián)，通過輸出輸入直接傳送信息，這樣傳送速度快而且可靠。當然傳送的信息不能太多，否則輸入輸出點占用太多。（2）根據(jù)控制對象選擇機型根據(jù)控制對象要求的輸入/輸出點數(shù)的多少，可以估計出PLC的規(guī)模。根據(jù)控制對象的特殊要求，可以估計出PLC的性能。根據(jù)控制對象的操作規(guī)則可以估計出控制程序所占內存的容量。有了這些初步估計，會使得機型選擇的可行性更大了。為了對控制對象進行粗估，首先要了解下列問題。

?對輸入/輸出點數(shù)的估計對開關量輸入，按參數(shù)等級分類統(tǒng)計。對開關量輸出，按輸出功率要求及其它參數(shù)分類統(tǒng)計。對模擬量輸出/輸入，按點數(shù)進行粗估。?對PLC性能要求的估計是否有特殊控制功能要求，如高速計數(shù)器等。機房離現(xiàn)場的最遠距離為多少？現(xiàn)場對控制器響應速度有何要求。在此基礎上選擇控制器時尚需注意兩個問題。其一是PLC可帶I/O點數(shù)。有的手冊或產品目錄單上給出的最大輸入點數(shù)或最大輸出點數(shù)，常意味著只插輸入模塊或只插輸出模塊的容量，即實際給出的是輸入輸出容量之和，有時也稱為掃描容量，需格外注意。其二是PLC通訊距離和速度。手冊上給出的覆蓋距離，有時叫最大距離，包括遠程I/O板在內達到的距離。但遠程I/O板的I/O反應速度大大下降，一般為19.2k波特率。?對所需內存容量的估計

用戶程序所需內存與下列因素有關。邏輯量輸入輸出點數(shù)的估計。模擬量輸入輸出點數(shù)的估計。內存利用率的估計。程序編制者的編程水平的估計。

從上面內容的綜合可以選擇出合適的機型。2選擇接口設備目前PLC的產品很多，在選擇機型和接口設備時要注意選擇質量好，控制可靠的產品。這里所說的接口設備包含兩類。一類是PLC自身的I/O模塊、功能模塊，一類是和接口模塊相連的外部設備。對于PLC自身的模塊的選擇主要注意兩個問題。?接口設備和PLC模塊對接這一點請注意模塊的型號、規(guī)格要配套。最好類型、型號一致。這樣才能使對接的方便、可靠、穩(wěn)定。?PLC模塊和外部設備對接這就考慮到模塊和外部設備要匹配，要性能匹配、速度匹配、電平匹配。不僅要注意它們穩(wěn)態(tài)特性，也要注意它們的動態(tài)特性。在系統(tǒng)的硬件選定之后，主要的問題是程序設計。為了能夠便于程序設計，便于日常維護，合理地分配輸入/輸出點、恰當?shù)貙斎?輸出點進行命名、完整地編制輸入輸出變量表是必要的。3分分配配輸輸入入輸輸出出點點輸入入輸輸出出定定義義是是指指整整體體輸輸入入輸輸出出點點的的分分布布和和每每個個輸輸入入輸輸出出點點的的名名稱稱定定義義，，它它們們會會給給程程序序編編制制、、系系統(tǒng)統(tǒng)調調試試和和文文本本打打印印等等帶帶來來很很多多方方便便。。（1））單單臺臺PLC系統(tǒng)統(tǒng)的的輸輸入入輸輸出出點點的的分分配配一臺臺可可編編程程序序控控制制器器完完成成多多個個功功能能，，若若把把輸輸入入輸輸出出點點統(tǒng)統(tǒng)一一按按順順序序排排列列，，則則會會給給編編寫寫程程序序與與調調試試程程序序帶帶來來不不便便。。如如果果把把輸輸入入輸輸出出點點分分組組按按控控制制設設備備把把輸輸入入、、輸輸出出點點分分組組，，同同一一個個設設備備的的輸輸入入/輸出出點點相相對對的的集集中中，，會會給給程程序序編編寫寫與與調調試試帶帶來來方方便便。。（2））多多臺臺PLC系統(tǒng)統(tǒng)中中輸輸入入輸輸出出點點的的分分配配在多多臺臺可可編編程程序序控控制制器器系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，應應根根據(jù)據(jù)整整體體要要求求，，按按控控制制類類別別統(tǒng)統(tǒng)一一分分組組，，規(guī)規(guī)定定出出每每臺臺可可編編程程序序控控制制器器都都要要遵遵循循的的原原則則，，對對其其多多道道工工序序進進行行控控制制。。這這些些工工序序雖雖然然控控制制內內容容不不同同，，所所用用設設備備也也很很不不相相同同。。但但是是所所控控制制的的對對象象總總起起來來可可以以分分幾幾類類，，比比如如各各工工序序的的控控制制器器都都有有控控制制臺臺、、電電源源、、電電機機、、輸輸入入檢檢測測信信號號、、輸輸出出控控制制信信號號等等等等。。能能按按類類對對各各臺臺PLC的輸輸入入/輸輸出出統(tǒng)統(tǒng)一一分分組組，，統(tǒng)統(tǒng)一一編編號號，，則則可可以以十十分分有有利利于于編編程程和和維維修修。。4建建立立輸輸入入輸輸出出變變量量表表（1））輸輸入入輸輸出出點點信信號號名名稱稱定定義義輸入入/輸輸出出點點名名稱稱定定義義要要簡簡短短，，明明確確，，合合理理。。下下面面提提出出邏邏輯輯變變量量在在名名稱稱定定義義時時應應當當注注意意的的問問題題。。?信號號的的有有效效狀狀態(tài)態(tài)有些些信信號號在在““1””狀狀態(tài)態(tài)有有效效，，有有些些信信號號在在““0””狀狀態(tài)態(tài)有有效效。。在在名名稱稱定定義義上上也也有有對對““1””信信號號有有效效還還是是對對““0＂＂信信號號有有效效的的問問題題。。?信號號有有效效方方式式持續(xù)續(xù)狀狀態(tài)態(tài)有有效效，，在在編編程程序序時時，，使使用用的的是是信信號號的的狀狀態(tài)態(tài)。。例例如如I0.0=1時系系統(tǒng)統(tǒng)啟啟動動，，I0.1=0系統(tǒng)統(tǒng)停停止止。。信號號狀狀態(tài)態(tài)變變化化有有效效是是指指信信號號由由一一種種狀狀態(tài)態(tài)向向另另一一種種狀狀態(tài)態(tài)變變化化時時，，發(fā)發(fā)出出的的控控制制要要求求。。當當一一個個電電機機的的啟啟動動和和停停止止由由兩兩個個按按鈕鈕完完成成的的時時候候，，就就是是這這種種情情況況。。電電機機啟啟動動按按鈕鈕是是能能自自動動回回位位的的常常開開節(jié)節(jié)點點，，按按下下啟啟動動按按鈕鈕時時，，I2.0的狀狀態(tài)態(tài)由由““0””變變?yōu)闉椤啊?””，，發(fā)發(fā)出出電電機機啟啟動動要要求求，，抬抬起起時時啟啟動動按按鈕鈕，，I2.0自動動復復位位由由““1””變變““0””，，已已不不再再影影響響對對電電機機的的控控制制。。（3）建建立立內內存存變量量分分配配表表輸入入輸輸出出點點占占用用PLC的一一部部分分內內存存單單元元，，即即輸輸入入輸輸出出映映像像區(qū)區(qū)。。此此外外，，一一個個應應用用程程序序還還會會用用到到定定時時器器、、計計數(shù)數(shù)器器和和一一系系列列的的PLC內部部變變量量。。在在編編制制程程序序之之前前，，對對于于程程序序可可能能用用到到的的各各種種變變量量都都要要充充分分考考慮慮，，并并建建立立內內存存變變量量分分配配表表。。內內存存變變量量分分配配表表包包含含了了程程序序中中所所用用到到的的全全部部元元件件和和變變量量，，它它是是閱閱讀讀程程序序、、查查找找故故障障的的依依據(jù)據(jù)。。如如果果把把內內存存變變量量分分配配表表寫寫到到S7-300的符號表表內，就就可以用用變量名名稱代替替變量地地址編寫寫程序。。3.3S7-300的程序結結構1線性程序序設計線性程序序設計就就是把工工程中需需要控制制的任務按照照工藝要要求書寫寫在主程程序（0B1）中。例如如一個控控制工程程共有四四個控制制任務分別為為，任務務A控制、任任務B控制、任任務C控制和任任務D控制。線線性程序序設計就就是把這4個控制制程序按按照要求求編寫在在一個主程序中中。線性程序序的結構構簡單，，分析起起來一目目了然。。這種結結構適用用于編寫一些規(guī)規(guī)模較小小，運行行過程比比較簡單單的控制制程序。。對于一一些控制規(guī)模較較大，運運行過程程比較復復雜的控控制程序序，特別別是分支支較多的控制程程序則不不宜選用用這種結結構。2分塊塊程序設設計分塊結構構的程序序是根據(jù)工程的的特點，，把一個個復雜的控制制工程分分成多個個比較簡單的的、規(guī)模模較小的的控制任務。?？梢园寻堰@些控控制任務分配配給一個個個程序序塊。在程序塊塊中編制制具體任任務的控制程程序，最最后由主主程序利用調調用的方方式把整整個控制程序序統(tǒng)管起起來。分塊程序序有更大大的靈活性，適適用于比比較復雜雜、規(guī)模較大大的控制制工程的的程序設計。。3結構構化程序序設計結構化程程序設計是在分塊程序序設計的基礎礎上，把一些結構相相同參數(shù)數(shù)不同的過程程的多個個程序塊，用用同一程程序塊而配有有不同的的數(shù)據(jù)塊來代代替。例如設計計成電機機控制通用功功能塊，，特殊算法功功能塊…結構化程程序比分分塊程序序有更大大的靈活活性，繼繼承性。。適用于于比較復雜、規(guī)規(guī)模較大大的控制制工程的的程序設設計。3.4程程序設計計的方法法與過程程1設計方法法?時序流程程圖法：：時序流程程圖法是是首先畫畫出控制制系統(tǒng)的的時序圖圖，再根根據(jù)時序序關系畫畫出對應應的控制制任務的的程序框框圖，最最后把程程序框圖圖寫成PLC程序。時時序流程程圖法很很適合于于以時間間為基準準的控制制系統(tǒng)的的編程方方法。?步進順控控法：一般比較較復雜的的程序，，都可以以分成若若干個功功能比較較簡單的的程序段段，一個個程序段段可以看看成整個個控制過過程中的的一步。。從這個個角度去去看，一一個復雜雜的系統(tǒng)統(tǒng)的控制制過程是是由這樣樣若干個個步組成成的。系系統(tǒng)控制制的任務務實際上上可以認認為在不不同時刻刻或者在在不同進進程中去去完成對對各個步步的控制制。?經驗法編編程經驗法是是運用自自己的或或別人的的經驗進進行設計計。多數(shù)數(shù)是設計計前先選選擇與自自己工藝藝要求相相近的程程序，把把這些程程序看成成是自己己的“試試驗程序序”。結結合自己己工程的的情況，，對這些些“試驗驗程序””逐一修修改，使使之適合合自己的的工程要要求。這這里所說說的經驗驗，有的的是來自自自己的的經驗總總結，有有的可能能是別人人的設計計經驗。。?計算機輔輔助設計計編程計算機輔輔助設計計是通過過PLC編程軟件件在計算算機上進進行程序序設計、、離線或或在線編編程、離離線仿真真和在線線調試等等等。S7-3200的編程軟軟件“STEP7”,仿真軟件件“PLCSIM”和“WINCC”等都是S7-300系列PLC編程專用用軟件。。使用這這些編程程軟件可可以十分分方便地地在計算算機上離離線或在在線編程程、在線線調試。。5設計過程程?對系統(tǒng)任任務分塊塊分塊的目目的就是是把一個個復雜的的工程，，分解成成多個比比較簡單單的小的的任務。。這樣就就把一個個復雜的的、大的的問題化化為多個個簡單的的、小的的問題。。這樣是是便于編編制程序序。?編制控制制系統(tǒng)的的邏輯關關系圖從邏輯關關系圖上上可以反反應出某某一邏輯輯關系的的結果是是什么，，這一結結果又應應該導出出哪些動動作。這這個邏輯輯關系可可以是以以各個控控制活動動順序為為基準，，也可能能是以整整個活動動的時間間節(jié)拍為為準。邏邏輯關系系圖反映映了輸入入與輸出出的關系系。?繪制各種種電路圖圖在繪制PLC的輸入電電路時，，要考慮慮到輸入入端的電電壓和電電流是否否合適，，也要考考慮到在在特殊條條件下運運行的可可靠性與與穩(wěn)定條條件等問問題。特特別要考考慮到能能否把高高壓引導導到PLC的輸入端端，把高高壓引入入PLC的輸入端端會對PLC造成比較較大的傷傷害。在繪制PLC的輸出電電路時，，不僅要要考慮到到PLC輸出模塊塊的帶負負載能力力和耐電電壓能力力，還要要考慮到到電源的的輸出功功率和極極性問題題。在整整個電路路的繪制制中還要要考慮就就設計的的原則，，努力提提高其穩(wěn)穩(wěn)定性和和可靠性性。在電電路的設設計上需需要緊慎慎、全面面。在繪繪制電路路圖時要要考慮周周全，何何處該裝裝按鈕，，何處該該裝開關關，都要要一絲不不茍。?編制PLC程序并進進行模擬擬調試(略）?制作控制制臺與控控制柜(略）?現(xiàn)場調試試(略）?編寫技術術文件并并現(xiàn)場試試運行經過現(xiàn)場場調試以以后，控控制電路路和控制制程序基基本被確確定了。。這時就就要全面面整理技技術文件件，包括括整理電電路圖、、PLC程序、使用用說明及幫幫助文件。。3.5開開關量量控制系統(tǒng)統(tǒng)的設計1.關于于開關量控控制系統(tǒng)開關量控制制是指控制制系統(tǒng)的輸輸入信號和和輸出信都都是只有兩兩個狀態(tài)的的開關量。。這類系統(tǒng)統(tǒng)包含手動動、單次和和自動控制制。這類系系統(tǒng)的設計計要特別注注意I/O模塊的隔離離、接口的的匹配和功功率的消耗耗問題。?手動控制手動控制在在調試、維維修過程中中是不可少少的。?單次控制這種控制的的特點是一一旦控制系系統(tǒng)被啟動動起來之后后，控制過過程將自動動完成一個個周期。如如果系統(tǒng)需需要再次啟啟動，則必必須再次人人工啟動。。這種系統(tǒng)統(tǒng)更便于參參數(shù)的修改改、調整。。?自動控制系統(tǒng)啟動之之后，就可可以按照工工程要求進進行控制。。整個控制制過程無人人工干預。。系統(tǒng)對輸輸入/輸出出要求都很很嚴格，系系統(tǒng)的可靠靠性、安全全性設計尤尤為重要。。2.開開關關量量控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)設設計計方方法法舉舉例例（（機械械手手控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)））?控制制要要求求：：機械械手手一一個個循循環(huán)周周期期可可分分為為八步步。。?控制制方方式式：自動動、、單單動動和和手動動。。下面面主主要要討討論論自動動控制制過過程程。。?·硬件件選選擇擇?由邏邏輯輯流流程程圖圖設設計計程程序序?由時時序序流流程程圖圖設設計計程程序序由時時序序流流程程圖圖來來設設計程程序序，，首首先先要要把把整個個工工程程的的各各個個任任務分分成成多多個個時時序序，，在不不同同的的時時序序中中完完成不不同同的的任任務務。。例如如本本例例子子中中可可分分成8個個時時序序。。用用M1.0、、M1.1……M1.7分別別表表述述各各個個時時序序的的特特征征位位。。當M1.O=1時為為機機械械手手下下降降1時時序序，，M1.1為機機械械手手抓抓緊緊時時序序等等等等。。3.開開關關量量控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)程程序序設設計計舉舉例例（（攪攪拌拌控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)））?初始始狀狀態(tài)態(tài)及及操作作工工藝藝…（1））硬件件設設計計…?內存存變變量量分分配配表表?控制制流流程程圖圖…（2））線性性結結構構軟件設設計計（（S7-PRO8））?OB1塊?OB1續(xù)?OB1續(xù)?系統(tǒng)統(tǒng)仿仿真真I0.0=ONI0.4=OFFQ0.0=ONI0.3=ONQ0.0=OFFQ0.1=ONI0.2=ONQ0.1=OFFQ0.2=OFFT1T1=ONQ0.2=OFFQ0.3=ONI0.4=OFFT2T2=ONQ0.3=OFF（3））分塊塊結結構構軟件設設計計（（S7-PRO9））?塊結結構構OB1主程程序序OB100由停停止止轉轉為為運運行行時時初初始始化化程程序序FC1為配配料料1控控制制程程序序FC2為配配料料1控控制制程程序序FC3為攪攪拌拌控控制制程程序序FC4為出出料料控控制制程程序序?OB1：：?OB1續(xù)?OB100?FC1?FC2?FC3?FC4?系統(tǒng)統(tǒng)仿仿真真I0.0=ONI0.4=OFFQ4.0=ONI0.3=ONQ4.0=OFFQ4.1=ONI0.2=ONQ4.1=OFFQ40.2=OFFT1T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONI0.4=OFFT2T2=ONQ4.3=OFF3.6模擬擬量量控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的設設計計1.關關于于開開關關量量控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)模擬量控制系系統(tǒng)是指輸入入信號為模擬擬量的控制系系統(tǒng)?？刂葡迪到y(tǒng)的控制方方式上可分為為開環(huán)控制和和閉環(huán)控制。。閉環(huán)控制根據(jù)據(jù)其設定值的的不同，又可可分為調節(jié)系系統(tǒng)和隨動系系統(tǒng)兩種。調調節(jié)系統(tǒng)的設設定值是由控控制系統(tǒng)的控控制器給出，，控制器的作作用就是使反反饋值向給定定值靠近，以以反饋值對設設定值的偏差差最小為目的的。隨動系統(tǒng)統(tǒng)的設定值是是由被控制對對象給出的，，控制器的作作用就是使控控制目標不斷斷地向被控對對象靠近。各各種跟蹤系統(tǒng)統(tǒng)都是隨動系系統(tǒng)。模擬量控制系系統(tǒng)設計中應應該注意抗干干擾問題。解解決干擾的辦辦法有4個。其一是接接地問題。這這里包括PLC接地端的接地地，要真接地地不要假接地地。這里所說說的接地就是是接大地。其其二是模擬信信號線的屏蔽蔽向題，屏蔽蔽線的始端和和終端都要接接地。信號線線的屏蔽是防防止干擾的重重要措施。其其三是對某些些高頻信號要要解決匹配問問題。如果不不匹配很容易易在信號傳送送中引進干擾擾，使信息失失真。其四是是對信號進行行濾波。2.模擬量控控制系統(tǒng)設計計舉例（攪拌控制系統(tǒng)統(tǒng)）?初始狀態(tài)及操作工藝…（1）硬件設計…（2）線性結構軟件設計（S7-PRO111）?系統(tǒng)結構?OB1