可編程序控制器(西門子S7-200)

可編程序控制器

第19章19.1PLC的基本結構與工作原理19.2PLC程序設計基礎19.3PLC的指令系統(tǒng)19.4應用舉例第19章可編程序控制器學習目標理解可編程序控制器的基本結構和工作原理；理解可編程序控制器程序設計的基本編程方法；熟悉常用的編程指令，了解常用的PLC的功能指令；學會使用梯形圖編制簡單的程序。19.1PLC的基本結構與工作原理

可編程序控制器（PLC）是結合繼電接觸器控制和計算機技術而不斷發(fā)展完善起來的一種自動控制裝置，具有編程簡單、使用方便、通用性強、可靠性高、體積小、易于維護等優(yōu)點，在自動控制領域應用得十分廣泛。

目前已從小規(guī)模的單機順序控制發(fā)展到過程控制、運動控制等諸多領域。

繼電接觸器控制系統(tǒng)具有結構簡單，價格便宜，容易掌握等優(yōu)點，在自動控制領域發(fā)揮了巨大的作用；但是，這種控制也存在著功能簡單、硬接線復雜、可靠性差、體積和重量大等缺點。19.1.1PLC的基本結構PLC從結構形式上可分為整體式和模塊式兩大類，其邏輯結構則基本相同。整體式PLC一般由CPU、I/O端子、顯示面板、存儲器和電源等組成，各部分集成為一個整體，通常微型小型PLC如西門子S7-200系列都是整體式結構；而模塊式PLC一般由CPU模塊、I/O模塊、存儲器模塊、電源模塊、底板和機架等組成，如西門子S7-300/400系列PLC。不論哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開放結構，其I/O可根據用戶需要進行擴展和組合。CPU輸入接口輸出接口存儲器電源外圍接口編程設備PLC的基本結構與通用計算機的CPU一樣，PLC中CPU也是整個系統(tǒng)的核心部件，CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如控制規(guī)模、工作速度和內存容量等。CPU主要用來運行用戶程序，監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)，作出邏輯判斷和進行數據處理。即讀取輸入變量，完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如編程器、打印機、條碼掃描儀等）的請求以及進行各種內部診斷等。1、CPUCPU模塊一般都有相應的狀態(tài)指示燈，如電源指示、運行停止指示、輸入/輸出指示和故障指示等?？偩€接口用于擴展連接I/O模塊或特殊功能模塊，內存接口用于外部存儲器，外設接口用于連接編程器等外部設備，通信接口則用于通信。此外，CPU模塊上還有用來設定工作方式和內存區(qū)等的設定開關。2、存儲器PLC的內部存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數據存儲器。系統(tǒng)程序相當于個人計算機的操作系統(tǒng)，能夠完成PLC設計者規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序由可編程序控制器生產廠家設計并固化在ROM（只讀存儲器）中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設計，使PLC完成用戶要求的特定功能。用戶程序及數據存儲器主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據和中間結果。3、輸入輸出電路輸入模塊和輸出模塊簡稱為I/O模塊，是聯系外部設備與CPU的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號：數字量（或稱開關量）輸入模塊用來接收來自按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等的數字量信號；模擬量輸入模塊接收來自電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。一般輸入電路都設有濾波電路。數字量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等設備，模擬量輸出模塊用來控制調節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。編程裝置是用來對PLC進行編程和設置各種參數的。4、編程裝置S7-200PLC編程有兩種方法：一是采用手持式編程器，體積小，價格便宜，便于現場調試和維護；另一種方法是采用安裝有STEP7-Micro/WIN編程軟件的計算機和連接計算機與PLC的PC/PPI通信電纜。5.電源

可編程序控制器使用220V交流電源或24V直流電源。

通過各種外圍接口，PLC可以與編程器、計算機、PLC、變頻器、EEPROM寫入器和打印機等連接，總線擴展接口用來擴展I/O模塊和智能模塊等。6.外圍接口19.1.2PLC的基本工作原理可編程序控制器有兩種工作模式，即RUN（運行）模式和STOP（停止）模式。PLC通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后反復不停地分階段處理各種不同的任務，這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。讀取輸入執(zhí)行用戶程序智能模塊通信通信信息處理自診斷檢查修改輸出RUN狀態(tài)讀取輸入智能模塊通信通信信息處理自診斷檢查修改輸出一個掃描周期STOP狀態(tài)PLC的循環(huán)掃描工作方式RUN模式下，S7-200PLC按序循環(huán)執(zhí)行下述任務：1、讀取外部狀態(tài)2、執(zhí)行用戶程序3、響應通訊請求4、內部診斷5、刷新輸出STOP模式下，除用戶程序不執(zhí)行外，其余任務依然執(zhí)行。在此狀態(tài)下，可下載用戶程序及設置系統(tǒng)。上述的任務序列稱為PLC的一個掃描周期一個掃描周期中與用戶有關的三階段輸入采樣階段依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。用戶程序執(zhí)行階段PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序。在掃描每一條梯形圖時，并按先左后右、先上后下的順序進行邏輯運算，邏輯運算的結果存于映象區(qū)。上面的邏輯運算其運算結果會對下面的邏輯運算起作用；相反，下面的邏輯運算其運算結果只能到下一個掃描周期才能對上面的邏輯運算起作用。輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照存在I/O映象區(qū)的運算結果，刷新所有對應的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。PLC的工作特點所有輸入信號在程序處理前統(tǒng)一讀入，并在程序處理過程中不再變化。而程序處理的結果也是在掃描周期的最后時段統(tǒng)一輸出。其工作特點是將一個連續(xù)的過程分解成若干靜止的狀態(tài)，極類似放映電影的原理。便于面向對象的思維。PLC僅在掃描周期的起始時段讀取外部輸入狀態(tài)，該時段相對較短，抗輸入信號串入的干擾極為有利。這種方式對于高速變化的過程可能漏掉變化的信號，也會帶來系統(tǒng)響應的滯后。為克服上述問題，可利用立即輸入輸出、脈沖捕獲、高速計數器或中斷技術。掃描工作方式對程序執(zhí)行的影響I0.0代表外部的按紐，當按紐動作后，左面的程序只需要一個掃描周期就可完成對M0.4的刷新，而右面的程序要經過四個掃描周期才能完成對M0.4的刷新。在掃描周期極為短的情況下（100ms），無時序配合要求，感覺不到這兩段程序執(zhí)行的的差異。在有時序配合的情況下，這種差異要引起注意。PLC這種循環(huán)掃描工作方式對于高速變化的過程可能漏掉變化的信號，也會帶來系統(tǒng)響應的滯后，可以采用立即輸入輸出、脈沖捕獲、高速計數器或中斷技術等。19.1.3PLC的主要技術性能1.I/O點數

指PLC外部輸入和輸出端子數。通常小型機有幾十點，中型機有幾百個點，而大型機超過千點。

2.用戶程序存儲容量

用來衡量PLC所能存儲用戶程序的多少。3.掃描速度

指掃描1000步用戶程序所需的時間，以ms/千步為單位。有時也用掃描一步指令的時間計,如s/步。4.指令系統(tǒng)條數PLC具有基本指令和高級指令，指令的種類和數量越多，其軟件功能越強。5.編程元件的種類和數量

編程元件是指輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器、通用“字”寄存器、數據寄存器及特殊功能繼電器等，其種類和數量的多少是衡量PLC硬件功能強弱的一個指標。PLC內部“繼電器”是存儲器的存儲單元。當寫入該單元邏輯狀態(tài)為“1”時，則表示相應繼電器的線圈接通，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。所以PLC內部這些繼電器稱為“軟”繼電器。此外，不同PLC還有其他一些指標，如編程語言及編程手段、輸入/輸出方式、特殊功能模塊種類、自診斷、監(jiān)控、主要硬件型號、工作環(huán)境及電源等級等。S7-200CNCPU家族性能指標19.2PLC程序設計基礎18.2.1PLC編程語言與程序結構IEC(國際電工委員會)1994年5月公布的可編程序控制器標準(IEC1131)的第三部分(IEC1131-3)編程語言部分說明了5種編程語言的表達方式，即順序功能圖(SequentialFunctionchart)，梯形圖(LadderDiagram)，功能塊圖(FunctionBlockDiagram)，指令表(InstructionList)和結構文本(StructuredText)。S7-200的編程軟件中，用戶可以選用梯形圖、功能塊圖和語句表三種編程語言。SIMATIC指令是西門子公司為其產品所設計的指令體系，為S7-200提供了以下三種編程語言：

梯形圖（Ladderdiagram）功能塊圖（Functionblockdiagram）指令表（Instructionlist）其中梯形圖和功能塊圖與IEC1131-3基本兼容，而指令表在SIMATIC中稱之為語句表（StatementList）簡稱STL。在程序編輯中，為用戶同時提供了SIMATIC和IEC1131-3兩種體系供選擇。LAD及程序結構示意LAD的編程要點LAD由觸點、線圈和功能塊三元素組成。由這三元素組成的獨立電路稱為網絡（NETWORK）網絡左右兩側的垂直母線代表電源（S7系列省去右側母線）。觸點接通，“電流”才能從左至右流經功能塊和線圈，產生相應的操作和動作。功能塊設有EN和ENO端，只有“電流”流進EN端功能塊才能執(zhí)行相關的操作，僅當操作無誤“電流”才會流出ENO端，導致后續(xù)的動作或操作。邏輯運算從左至右執(zhí)行，各網絡從上到下執(zhí)行。STL及程序結構示意STL的編程要點STL類似匯編語言。編制的程序簡潔，可實現LAD和FBD難以實現的功能。STL中可不加入NETWORK標識，為便于與LAD相互的轉換，須正確加入上述標識。FBD及程序結構示意FBD的特點類似數字邏輯的門電路。除邏輯運算外，其余的功能塊與LAD沒有差別。部分部門和單位習慣用方塊圖表示邏輯關系，適合使用這種語言。西門子LOGO！產品使用該語言。S7-200PLC的程序結構S7-200CPU的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。1、主程序主程序OB1是程序的主體，每一個項目都必須并且只能有一個主程序，在主程序中可以調用子程序和中斷程序。主程序通過指令控制整個應用程序的執(zhí)行，每次CPU掃描都要執(zhí)行一次主程序。STEP7MicroWin的程序編輯器可以選擇不同的程序。2、子程序子程序是一個可選的指令的集合，僅在被其他程序調用時執(zhí)行。同一子程序可以在不同的地方被多次調用，使用子程序可以簡化程序代碼和減少掃描時間。設計得好的子程序容易移植到別的項目中去。3、中斷程序中斷程序是指令的一個可選集合，中斷程序不是被主程序調用，它們在中斷事件發(fā)生時由PLC的操作系統(tǒng)調用。中斷程序用來處理預先規(guī)定的中斷事件，因為不能預知何時會出現中斷事件，所以不允許中斷程序改寫可能在其它程序中使用的存儲器。19.2.2存儲器的數據類型與尋址方式1、數據在存儲器中存取的方式二進制數的1位(bit)只有0和1兩種不同的取值，可用來表示開關量(或稱數字量)的兩種不同的狀態(tài)，如觸點的斷開和接通，線圈的通電和斷電等。如果該位為1，則表示梯形圖中對應的編程元件的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，反之相反。位數據的數據類型為BOOL(布爾)型。(1)位、字節(jié)、字和雙字I5I0I1I2I3I476543210MSBLSBVB200LSB0MSB7VB200LSB低有效字節(jié)0MSB15高有效字節(jié)VB201VB200LSB最低有效字節(jié)0MSB31最高有效字節(jié)VB201VB202VB203兩個字節(jié)組成1個字(Word)，兩個字組成1個雙字(DoubleWord)。一般用二進制補碼表示有符號數，其最高位為符號位，最高位為0時為正數，為1時為負數，最大的16位正數為7FFFH，H表示十六進制數。8位二進制數組成1個字節(jié)(Byte)，其中的第0位為最低位(LSB)、第7位為最高位(MSB)。字節(jié)、字和雙字的取值范圍數據的位數無符號數有符號整數十進制十六進制十進制十六進制B（字節(jié)），8位值0~2550~FF-128~12780~7FW（字），16位值0~655350~FFFF-32768~327678000~7FFFFD（雙字），32位值0~42949672950~FFFFFFFF-2147483648~214748364780000000~7FFFFFFF

位存儲單元的地址由字節(jié)地址和位地址組成，如I3.2，其中的區(qū)域標識符“I”表示輸入(Input)，字節(jié)地址為3，位地址為2。這種存取方式稱為“字節(jié).位”尋址方式。（2）數據的存取方式

輸入字節(jié)IB3(B是Byte的縮寫)由I3.0-I3.7這8位組成。相鄰的兩個字節(jié)組成一個字，VW200表示由VB200和VB201組成的1個字，VW200中的V為區(qū)域標識符，W表示字(Word)，200為起始字節(jié)的地址。VD200表示由VB200~VB203組成的雙字，V為區(qū)域標示符，D表示存取雙字(DoubleWord)，200為起始字節(jié)的地址。2、不同存儲區(qū)的尋址S7系列PLC的存儲器分成三類：內置EEPROM區(qū)內置RAM區(qū)外插EEPROM匣（選件）內置EEPROM

用于備份系統(tǒng)的配置文件、用戶程序及用戶選定的數據區(qū)。僅在下述四種情況可改寫它的內容：下載程序時復制外接存儲卡時有外接存儲卡，每當上電時用戶程序中，可用系統(tǒng)標志對動態(tài)存儲數據予以刷新為備份RAM的部分內容，它與RAM的部分區(qū)域成鏡像。內置RAM

存儲用戶程序和數據。該區(qū)域分成兩部分，一部分在掉電后能借助內置的高效電容或電池匣選件較長時間保存數據。其余部分則是易失性的。在使用中，應將系統(tǒng)的特征數據（如常數、系數、特征變量等）存放在具有保持能力的區(qū)域中。外插EEPROM匣（選件）對內置EEPROM作永久的備份便于交流和傳遞程序RAM區(qū)分成兩大部分： 用戶程序區(qū)和數據存儲區(qū)用戶不能對程序區(qū)進行讀和寫，它由操作系統(tǒng)負責監(jiān)管。數據存儲區(qū)按基本的不同用途又分成若干區(qū)域。數據存儲區(qū)的分類（1）輸入映像寄存器（I區(qū)）在掃描周期的開始階段，PLC采樣外部的數字輸入，并將對應的狀態(tài)存入該區(qū)域。輸出映像寄存器（Q區(qū)）在掃描周期的程序處理階段存放計算出的輸出狀態(tài)，并在掃描周期的結束階段將其存放的結果拷貝至物理的輸出裝置。變量存儲區(qū)（V區(qū)）用于存放運算的中間結果或與程序相關的變量。位存儲區(qū)（M區(qū)）用于存放運算的中間狀態(tài)或控制信息。用“位”來表述重在強調其中存放的內容以位為單位。順序控制繼電器（S區(qū)）與順序控制指令配合，專用于組織順序控制（步進控制）程序段。特殊存儲區(qū)（SM區(qū)）其作用類似熟知的標志寄存器。它以位的形式實現CPU與用戶程序間的通信。如是否第一個掃描周期、運算是否溢出等。局域變量區(qū)（L區(qū)）用于暫存中間結果或在子程序中作為形式參數。在用法上與V區(qū)的差別是該區(qū)具有局域的概念，而V區(qū)是全局概念。以上各區(qū)的存放數據可按位、字節(jié)、字或雙字存取。數據存儲區(qū)的分類（2）定時器（T區(qū)）

S7-200在RAM區(qū)中設置了若干的定時器。用于計數時標（1ms、10ms或100ms）。 每個定時器占據兩個數據單元，一個16位的存儲器用于計時，另一個用于表征定時器的狀態(tài)，占用一位。數據存儲區(qū)的分類（3）計數器（C區(qū)）

S7-200同時在RAM區(qū)中還設置了若干的計數器。用于計數外部事件。 每個計數器占據兩個數據單元，一個16位的存儲器用于計數，另一個用于表征計數器的狀態(tài)，占用一位。數據存儲區(qū)的分類（4）高速計數器（HC） 用以計數外部高速事件，計數的頻率不受掃描周期的限制。 計數單元雙字長，只能讀，不能寫。不存在相應的狀態(tài)單元。數據存儲區(qū)的分類（5）模擬量輸入存儲區(qū)(AI)： 每個模擬量占16位（一個字）。 低字節(jié)構成高8位，高字節(jié)構成低8位。數據存儲區(qū)的分類（6）模擬量輸出存儲區(qū)（AQ）： 每個模擬量占16位（一個字）。 低字節(jié)構成高8位，高字節(jié)構成低8位。數據存儲區(qū)的分類（7）累加器區(qū)（AC）： 共有四個32位的累加器（AC0、AC1、AC2、AC3）。 可用于存放中間運算結果，也可用于程序間的數據傳遞。數據可按字節(jié)、字或雙字存取。常數的表示方法與范圍常數值可以是字節(jié)、字或雙字，S7-200以二進制方式存儲常數，常數也可以用十進制、十六進制、ASCII碼或浮點數形式來表示。數據存儲區(qū)的分類（8）符號地址的應用引入符號地址便于記憶，也便于設計和理解程序。用符號地址代替存儲器地址，可利用程序編輯器上的變量表來進行。符號地址的命名規(guī)則與其他程序設計語言基本一致。#INPUT（局域變量），INPUT（全局變量）19.3PLC的指令系統(tǒng)19.3.1位邏輯指令位邏輯指令是PLC應用中最基本,使用最頻繁的指令。位邏輯指令主要分為兩大類：觸點和線圈。標準觸點指令常開觸點對應的存儲器地址位為1狀態(tài)時，該觸點閉合。常閉觸點對應的存儲器地址位為0狀態(tài)時，該觸點閉合。觸點符號中間的“／”表示常閉，觸點指令中變量的數據類型為BOOL型。立即觸點立即(Immediate)觸點指令只能用于輸入I，執(zhí)行立即觸點指令時，立即讀入物理輸入點的值，根據該值決定觸點的接通／斷開狀態(tài)，但是并不更新該物理輸入點對應的映像寄存器。觸點符號中間的“I”和“／I”表示立即常開和立即常閉。輸出指令輸出指令與線圈相對應，驅動線圈的觸點電路接通時，線圈指定位對應的映像寄存器為1，反之則為0。輸出類指令應放在梯形圖的最右邊，變量為BOOL型。立即輸出指令立即輸出指令只能用于輸出量(Q)，執(zhí)行該指令時，將結果立即寫入指定的物理輸出位和對應的輸出映像寄存器。線圈符號中的“I”用來表示立即輸出。置位復位指令是從指定的位地址開始的N個點的映像寄存器都被置位(為1)或復位(為0)，N=1～255，圖中置位指令中N=1，復位指令N=2，即滿足前面邏輯條件時，分別置位從Q0.0開始的1位（Q0.0）或復位從Q0.0開始的2位（Q0.0，Q0.1）。置位與復位立即置位與立即復位執(zhí)行立即置位或立即復位指令時，從指定位地址開始的N個連續(xù)的物理輸出點將被立即置位或復位，N=l～128。空操作指令(NOPN)不影響程序的執(zhí)行，操作數N=0。取反(NOT)取反觸點將它左邊電路的邏輯運算結果取反，運算結果若為1則變?yōu)?，為0則變?yōu)?，該指令沒有操作數。跳變觸點正跳變觸點檢測到一次正跳變(觸點的輸入信號由0變?yōu)?)時，或負跳變觸點檢測到一次負跳變(觸點的輸入信號由1變?yōu)?)時，觸點接通一個掃描周期。正/負跳變指令沒有操作數，觸點符號中間的“P”和“N”分別表示正跳變(PositiveTransition)和負跳變(NegativeTransition)?？詹僮髦噶?9.3.2定時器與計數器定時器指令定時器指令是PLC的基本功能指令。學習定時器要掌握其不同類型的基本作用。如何控制定時器（啟動、停止和復位）是重點。理解時標和定時器的刷新概念。學會用時序圖分析定時器的工作過程。定時器分三種類型：TON（通電延時定時器）TONR（保持型通電延時定時器）TOF（斷電延時定時器）TON（延時通定時器）工作特點使能端（IN）ON時，開始計時。當計時值（Txxx

單元內容）大于等于預定值PT后，狀態(tài)位置位。計時值達到預定值后，繼續(xù)計時直至最大值32767。使能端（IN）OFF時，清除計時單元并復位狀態(tài)位。復位指令（R）可同時清除計時單元并復位狀態(tài)位。TON定時器用于單個時間間隔的計時。TON（延時通定時器）時序圖TONR（保持型延時通）工作特點使能端（IN）ON時，開始計時。當計時值（Txxx單元內容）大于等于預定值PT后，狀態(tài)位置位。計時值達到預定值后，繼續(xù)計時直至最大值32767。使能端（IN）OFF時，停止計時，計時單元的內容將被保持。只能用復位指令（R）清除計時單元并復位狀態(tài)位。TONR定時器用于累計固定時間間隔的脈沖TONR（保持型延時通）時序圖TOF（斷電延時）工作特點TOF用于延時關斷輸出，延時長短由TOF控制。當使能端（IN）ON時，狀態(tài)位立即置位。而計時單元隨之清零。使能端（IN）OFF時，開始計時。達到預定值后，狀態(tài)位復位（OFF）同時計時單元停止計時。如果（IN）端的OFF時間小于預定時間，狀態(tài)位將保持ON狀態(tài)。TOF一定是在（IN）端由ONtoOFF的跳變時才開始計時。RESET指令可用于TOF復位。TOF（斷電延時）時序圖S7-200提供加計數，減計數和加減計數指令，計數器的編號范圍為CO～C255。不同類型的計數器不能共用同一計數器號。計數器對計數器指令要掌握以下幾點：觸發(fā)計數的方式停止計數的條件復位計數器的方法不同類型計數器的基本功能Cxxx標明計數器號，用于尋址（xxx：0-255）。PV預置值（16位整型，可是常數，也可是直接尋址或指針尋址的變量）。CTU指令CTU計數CU端的脈沖數。脈沖正跳沿觸發(fā)計數，計數以加1的方式進行。當計數值（currentvalue）大于或等于預定值（PresetValue），狀態(tài)位置位當計數到最大值32767停止計數。R（Reset）端置位，復位計數器和狀態(tài)位也可用復位指令同時復位計數單元和狀態(tài)位CTD指令CD端的正跳沿觸發(fā)計數。計數以減1的方式進行。當計數值等于零時，置位狀態(tài)位，并停止計數。LD（load）端置位，將預定值（PV）移入計數單元，同時復位狀態(tài)位?？捎脧臀恢噶钔瑫r復位計數單元和狀態(tài)位。CTUD指令CU端的正跳沿觸發(fā)加計數，CD端的正跳沿觸發(fā)減計數。當計數值大于等于預定值PV，置位狀態(tài)位。R端置位，復位計數器（計數單元清零，同時狀態(tài)位復位）。加計數到最大值32767后，下個加計數脈沖將使計數值變成最小值-32768。減到最小-32768后，下個減脈沖將使計數值變成最大值32767。也可用復位指令同時復位計數單元和狀態(tài)位。19.3.3程序控制指令循環(huán)指令在控制系統(tǒng)中經常遇到需要重復執(zhí)行若干次同樣的任務的情況，這時可以使用循環(huán)指令。FOR指令表示循環(huán)的開始，NEXT指令表示循環(huán)的結束，驅動FOR指令的邏輯條件滿足時，反復執(zhí)行FOR與NEXT之間的指令。在FOR指令中，需要設置指針或當前循環(huán)次數計數器(INDX)、起始值(INIT)和結束值(FINAL)。條件滿足時，跳轉指令JMP(Jump)使程序流程轉到對應的標號LBL(Label)處，標號指令用來指示跳轉指令的目的位置。JMP與LBL指令中的操作數n為常數0-255，JMP和對應的LBL指令必須在同一程序塊中。跳轉與標號指令19.3.4數據處理指令

SIMATIC比較指令SIMATIC數據傳送指令移位與循環(huán)移位指令數據轉換指令表功能指令讀寫實時時鐘指令19.3.5數學運算指令整數加法和減法指令將兩個16位整數相加或相減，結果為16位整數。雙整數加法和減法指令將兩個32位整數相加或相減，結果為32位整數。整數乘法指令將兩個16位整數相乘，產生一個16位乘積。整數除法指令將兩個16位整數相除，產生一個16位的商，不保留余數。雙整數乘法指令將兩個32位整數相乘，產生一個32位乘積。雙整數除法指令將兩個32位整數相除，產生一個32位的商，不保留余數。整數乘法產生雙整數指令將兩個16位整數相乘，產生一個32位乘積。整數除法產生雙整數指令兩個16位整數相除，產生一個32位結果，高16位為余數，低16位為商。加1與減1指令將輸入的字節(jié)，字和雙字加1或減1。SIMATIC整數數學運算指令實數加減法指令將兩個32位實數相加或相減，并產生32位實數結果。實數乘法指令將兩個32位實數相乘，產生一個32位實數積。實數除法指令將兩個32位實數相除，并產生一個32位的實數商。平方根指令將32位實數開平方，得到32位實數結果。三角函數指令包括正弦指令，余弦指令，正切指令等。自然對數指令將輸入中的值取自然對數，結果存入輸出OUT。自然指數指令E將輸入的值取以e為底的指數，結果存于OUT。該指令與自然對數指令配合，可實現以任意實數為底、任意實數為指數(包括分數指數)的運算。SIMATIC浮點數數學運算指令

取反指令求取輸入字節(jié)，字或雙字的反碼，并將結果裝入輸出端。字節(jié)邏輯運算指令分別求取兩個輸入字節(jié)，字或雙字對應位相與、或、非的結果，并送至輸出端。SIMATIC邏輯運算指令19.3.6PLC基本編程

輸入、輸出繼電器、內部輔助繼電器、定時器、計數器等的觸點可以無限制重復使用。

掌握了PLC的基本程序設計之后，就可以根據控制要求編寫簡單的程序。下面給出PLC的基本編程原則。

梯形圖的每一行都是從左邊母線開始，繼電器線圈或指令符號接在最右邊。S7-200PLC右邊的母線未畫出。1.繼電器觸點的使用2.梯形圖的母線3.指令的輸入與輸出必須有能流輸入才能執(zhí)行的功能塊或線圈指令稱為條件輸入指令，它們不能直接連接到左側母線上。如果需要無條件執(zhí)行這些指令，可以用接在左側母線上的SM0．0常開觸點來驅動它們。有的線圈或功能塊的執(zhí)行與能流無關，如標號指令LBL和順序控制指令SCR等，稱為無條件輸入指令，應將它們直接接在左側母線上。不能級連的指令塊沒有ENO輸出端和能流流出。JMP、CRET、LBL、NEXT、SCR和SCRE等屬于這類指令。觸點比較指令沒有能流輸入時，輸出為O，有能流輸入時，輸出與比較結果有關。

使用線圈輸出指令時，同一編號的繼電器線圈在同一程序中使用兩次以上，稱為雙線圈輸出。雙線圈輸出容易引起誤動作或邏輯混亂，因此一定要慎重。4.程序的結束S7-200PLC編程軟件在程序結束時默認有END，RET，RETI等指令，用戶不必輸入。5.盡量避免雙線圈輸出例如圖中，設I0.0為ON、I0.1為OFF。

由于PLC是按掃描方式執(zhí)行程序的，執(zhí)行第一行時Q0.0對應的輸出映像寄存器為ON，而執(zhí)行第二行時Q0.0對應的輸出映像寄存器為OFF。本次掃描執(zhí)行程序的結果是，Q0.0的輸出狀態(tài)是OFF。顯然Q0.0前面的輸出狀態(tài)無效，最后一次輸出才是有效的。1.啟保?？刂?/p>

按下I0.0，其常開觸點接通，此時沒有按下I0.1，其常閉觸點是接通的，Q0.0線圈通電，同時Q0.0對應的常開觸點接通；如果放開I0.0，“能流”經Q0.0常開觸點和I0.1流過Q0.0，Q0.0仍然接通，這就是“自鎖”或“自保持”功能。

按下I0.1，其常閉觸點斷開，Q0.0線圈“斷電”，其常開觸點斷開，此后即使放開I0.1，Q0.0也不會通電，這就是“停止”功能。18.4.2梯形圖編程典型電路

通過分析，可以看出這種電路具備啟動（I0.0），保持（Q0.0）和停止（I0.1）的功能，這也是其名稱的由來。

在實際的電路中，啟動信號和停止信號可能由多個觸點或者比較等其它指令的相應位觸點串并聯構成。2.延時接通/斷開邏輯I0.0Q0.197要求：I0.0常開觸點閉合9秒后Q0.1導通，I0.0常開觸點斷開7秒后Q0.1斷電。通過面向對象的設計的思路將一個過程分解成若干的片段，每一個片段整理出單元控制對象。T37的復位若利用I0.0的OFF，在I0.0ON的時間少于9秒時，不能保證T37發(fā)出定時到的信號。3.定時范圍的擴展PLC提供的時標只有1ms、10ms和100ms三種，最大計數值皆為32767。要擴展定時范圍就需自行設計時標發(fā)生器，再利用計數器來計數時標脈沖。設計時標發(fā)生器就需確定周期及占空比，以便確定時標發(fā)生器的參數。時標發(fā)生器的本質是一種能自動激發(fā)的定時器。

問題分析：對象的選擇定時器T37，發(fā)出1分鐘的時標計數器C4（CTU）計數時標脈沖，產生1小時的定時信號線圈Q0.2拷貝T37狀態(tài)位，以便可靠自激定時器線圈Q0.0輸出擴展后的定時信號定時的啟動信號I0.2掃描周期1min對象動作邏輯條件說明T37啟動啟動AND

定時未到復位與啟動可互斥C4計數T37T37的定時脈沖復位啟動信號OFFQ0.2ONT37T37ONQ0.0ONC4C4ON控制邏輯條件時標發(fā)生器部分定時擴展的程序示意若啟動信號I0.2是短暫的脈沖信號，應作哪些修改？此程序設計能否連續(xù)發(fā)出擴展脈沖，若需要在哪些地方作修改？程序示意圖第一問題的解決

若啟動信號I0.2是短暫的脈沖信號，應作哪些修改？要點是如何解決無記憶信號的保存問題利用起保停邏輯，通過自鎖方式“記憶”下啟動指令為此須增加撤消按鈕I0.3及I0.2的記憶狀態(tài)Q2.0，（原方案中的I0.2用Q2.0替換）第二問題的解決

若連續(xù)發(fā)出擴展脈沖，若需要在哪些地方作修改？主要是解決計數器的復位計數器的復位應由擴展定時到及啟動無效共同決定4.閃爍邏輯問題的描述

所謂閃爍邏輯是脈沖周期及占空時間皆定時的自激脈沖發(fā)生器。選用定時器及輸出對象

定時器1（TONT37）用于控制線圈的斷電時間定時器2（TONT38）用于控制線圈的通電時間Q0.0的0、1狀態(tài)輸出閃爍信號閃爍邏輯程序Q0.0斷電2秒Q0.0通電3秒閃爍電路也可以看作是振蕩電路，在實際PLC程序具有廣泛的應用。經驗設計法在上面幾種典型電路的基礎上進行綜合應用編程，但是它沒有固定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結果也不是唯一的，設計程序的質量與設計者的經驗有密切的關系，通常需要反復調試和修改才能得到一個較為滿意的結果；同時程序的分析和閱讀非常困難，修改局部程序時，容易對程序的其他部分產生意想不到的影響，因此用經驗法設計出的梯形圖維護和改進比較麻煩。對于典型的順序控制工作過程，可以采用順序控制設計法進行梯形圖程序的設計，參見參考文獻。19.4.1PLC應用系統(tǒng)設計步驟

19.4PLC的應用舉例

在掌握了PLC的基本工作原理、編程指令和編程方法的基礎上可結合實際問題進行PLC應用控制系統(tǒng)的設計。分析控制對象確定控制內容軟件設計（編制用戶程序及模擬仿真）硬件設計（PLC選擇、控制柜設計及布線系統(tǒng)總裝統(tǒng)調符合設計要求？調整軟件調整硬件投入運行否否是（1）深入了解和詳細分析被控對象（生產設備或生產過程）的工作原理及工藝流程，畫出工作流程圖；（2）列出該控制系統(tǒng)應具備的全部功能和控制范圍；（3）擬定控制方案使之能最大限度地滿足控制要求，并保證系統(tǒng)簡單、經濟、安全、可靠。1.分析控制對象，確定控制內容這是設計功能良好的PLC