plc的程序设计基础

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1、第三章 PLC的程序设计基础 教学目的： 通过本章学习： 了解PLC常用编程语言与程序结构， 熟悉PLC的主要编程语言梯形图程序的基本特点； 熟悉PLC中存储器的数据类型与寻址方式； 熟悉CPU存储区中主要编程元件及其特点和使用方法； 掌握PLC控制系统中位逻辑指令、定时器和计数器指令 的使用方法。 3.1 PLC的编程语言与程序结构 PLC中的程序由两部分组成： 操作系统：由PLC的生产厂家提供，它支持用户程序 的运行； 用户程序：是用户为完成特定的控制任务而编写的 应用程序。 要开发应用程序，就要用到PLC的编程语言和指令系统 3.1.1 PLC的编程语言的国际标准 与个人计算机相比，PL

2、C的硬件、软件的体系结构都是 封闭的而不是开放的。各个厂家的PLC的编程语言和指令 系统的功能和表达方式也各不相同，因此各厂家的PLC互 不兼容。 为了方便PLC的开发和使用，IEC（国际电工委员会）制 定了PLC的全球标准(IEC61131)。该标准包含了如下五个 组成部分：通用信息、设备与测试要求、编程语言、用户 指南和通信。其中的第三部分（IEC61131-3）是PLC的编 程语言标准，也是至今为止唯一的工业控制系统的编程语 言标准。 目前已有越来越多的PLC生产厂家提供了符合IEC 61131-3 标准的产品。 IEC 61131-3标准的5种编程语言： (1) 顺序功能图(Seque

3、ntial Function Chart)； (2) 梯形图(Ladder Diagram)； (3) 功能块图(Function Block Diagram)； (4) 指令表(Instruction List)； (5) 结构文本(Structured Text)。 标准中有两种图形语言梯形图和功能块图； 标准中有两种文字语言指令表和结构文本。 1.顺序功能图 是一种位于其它编程语言之上的图形语言，用来编制顺 序控制程序。它提供了一种组织程序的图形方法，步、转 换和动作是顺序功能图中的三种主要元素。有三种基本结 构：顺序结构（单系列）、选择系列和并行系列。 对目前大多数PLC来说，顺序功能

4、图 还仅仅作为组织编程的工具使用， 尚需用其它编程语言（如梯形图） 将它转化为PLC的可执行程序。 因此，通常只是将顺序功能图 作为PLC的辅助编程工具， 而不是一种独立的 编程语言。 2.梯形图程序 梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程 序的一种程序设计语言。是使用得最多的PLC图形编程语 言。梯形图与工厂的继电器控制系统的电路图相似，具 有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的技 术人员掌握，特别适合于开关量逻辑控制。 SB1SB2KMKMI0.0Q0.0I0.1Q0.0+_梯形图由触点、线圈和用方框表示的功能块图组成。触 点代表逻辑输入条件，例如外部的开关、按钮和内部条件

5、 等。线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、 交流接触器和内部的标志位等。功能块图用来表示定时器、 计数器或者数学运算、数据处理等指令。 I0.0 IN TONPT 100msT3790T37Q0.1T38Q0.1 ( )Q0.1I0.0 IN TONPT 100msT3870PLC的梯形图称为电路或程序，是 一种软件信息，是一种反映PLC的输 入输出控制逻辑关系的程序软件，它 与传统的继电器控制系统的梯形图 （硬件）电路不同，不是真正的物理 （硬件）电路，一定不能把它们当作 硬件电路来看待。 I0.0Q0.0I0.1Q0.0归纳起来，PLC的梯形图程序中主要有四类符号： 触点符号：

6、对应于PLC的编程元件（PLC内部的存储单元）的常开 触点和常闭触点，通常用编程元件的编号来标注。 常开触点：若对应的存储单元状态为“1”，则该触点接通。 常闭触点：若对应的存储单元状态为“1”，则该触点断开。 输出符号：对应于PLC的编程元件（即PLC内部的存储单元）的线 圈，常用编程元件的编号来标注。若其对应的存储单元状态为 “1”，则表示其线圈得电。 数据处理指令符号：数据处理指令作为一种特殊的输出器件，用 功能块图来表示，在功能块图前的触点逻辑关系为“真”时，则 执行此指令。 逻辑电源符号：梯形图两端的两根竖线表示假想的逻辑电源，称 为公共母线。为借用继电器电路图的分析方法，假设二者之

7、间加 有左正右负的直流电压，当触点接通时，有一个假想的电流或 “能流”从左向右流过线圈。能流只是一个假想的电流或称“概 念电流”，只能从左向右流动。一般梯形图中右侧母线可以省略。 能流能流 I0.0右行启动右行启动 I0.1左行启动左行启动 I0.2停止停止I0.0Q0.0Q0.1装料10S (Q0.2）I0.3I0.4 卸料15S （Q0.3）I0.1I0.2I0.3Q0.1Q0.0 ( ) T37Q0.0I0.1I0.0I0.2I0.4Q0.0Q0.1 ( ) T38Q0.1右行左行I0.4Q0.2 ( )I0.3Q0.3 ( )装料卸料双工位小车双工位小车 装卸料控制系统装卸料控制系统

8、联 锁互 锁IN TONPT 100msT37100IN TONPT 100msT38150梯形图的主要特点： （1）在分析梯形图程序中的逻辑关系时，为了借用继电器电路图 的分析方法，将PLC中的编程元件（存储单元或存储器）看作是继 电器，PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输 入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等。但梯形图中的继电器 不是真正的物理继电器，而是一些“软继电器”，每个继电器的线 圈和触点均为PLC内的存储器中的一位（对应于PLC中的一个编程元 件），相应位为“1”态表示该软继电器的线圈得电或其常开触点闭 合或其常闭触点断开。 （2）梯形图两侧的垂直公共线称为公

9、共母线，它与梯形图电路中 的电源线位置相似。在分析梯形图程序中的逻辑关系时，为了借用 继电器电路图的分析方法，可以想象梯形图中左右两侧的公共母线 （电源线）之间有一个左正右负的直流电源电压，当梯形图中触点 回路接通时，有一个电流从电源线左侧流到右侧。但是，这个假想 的电流不是真正的物理电流，而是“概念电流”，简称“能流”， 是用户程序解算中满足输出执行条件的形象表示。 “能流”只能从左向右流动 （3）梯形图中的触点不是真正的物理触点，而是“软继电器”的 “触点”，与PLC中的编程元件的状态相对应，可在编制用户程序 时无限次使用，既可常开，又可常闭，且无功耗和数量的限制。 (4)梯形图中的I/O

10、触点和线圈不是PLC外部接口上的物理触点和 线圈，用户程序的逻辑解算是根据PLC的I/O状态表（即I/O映象寄 存器）的内容，而不是根据解算时现场的开关状态进行的。 (5)根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系求出图中各线圈对应 的编程元件的状态即逻辑解算过程（也即用户程序执行过程）。 解算的结果马上可以被后面的用户程序的逻辑解算过程所引用。 (6)每个梯形图由多个梯级组成，每个线圈可构成一个梯级，每 个梯级可由多条支路组成，每个梯级代表一个逻辑方程。 例： Q0.0 ( )Q0.1 ( )I0.0I0.2I0.1I0.3Q0.0=(I0.0+I0.1) I0.2Q0.1=(I0.0+I0.1)

11、I0.2 I0.3(7)输出线圈只能对应输出状态表（即输出映象寄存器）的相应位， 不能用该编程元件直接驱动现场的执行元件（即负载），该位的状 态须通过I/O模块上对应的输出晶体管开关、继电器或双向可控硅 等，才能驱动现场的执行元件。 （8）PLC中的内部继电器线圈无I/O接口与用户直接发生联系，故 不能作输出控制用，它们只是一些逻辑控制中的中间存储寄存器 （如PLC中的辅助继电器M）。 （9）触点的线圈等组成的 独立电路称为网络（Network）， 可用编程软件直接生成和编辑 梯形图和语句表程序，并同时 设定有网络编号，允许以网络 为单位，给梯形图加注释，以 增加程序的可读性。一个网络 （Ne

12、twork）中只能放一块独 立电路。 3.功能块图 是一种类似于数字逻辑电路的一种编程语言，有数字电路基础的 人很容易掌握。该编程语言使用类似于与门、或门的方框来表示逻 辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量。 梯形图与语句表 功能块图 4.指令表程序 指令是程序的最小独立单位，用户程序是由若干条顺序排列的指 令构成的。一条指令由一个操作码和一个操作数组成，操作数由标 识符和参数组成。操作码定义要执行的功能，它告诉CPU该执行什 么操作；操作数为执行该操作所需要的信息，它告诉CPU用什么去 做。一般情况下，指令的操作数在PLC的存贮器中。 5.结构文本 是为国际标准IEC

13、61131-3标准创建的一种专用的高级语言。与 梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写程序非常简洁和紧凑。 6.编程语言的相互转换和选用 在S7-200的编程软件中，用户可以选用梯形图、指令表和功能块 图来编程，编程软件可以自动切换用户程序使用的编程语言。 梯形图程序与继电器电路图的表达方式极为相似，梯形图中输入 信号与输出信号之间的逻辑关系一目了然，易于理解，程序可读性 强。而指令表程序逻辑关系难于一眼看出，程序可读性差。在设计 复杂程序时建议使用梯形图编程。但指令表输入方便快捷，还可以 为每一条指令加上注释，便于复杂程序的阅读。在设计通信、数学 运算等高级应用程序是时可以采用。 梯形图中

14、一个网络只能有一个独立电路。语句表中，几块独立电 路对应的语句可以放在一个网络中，但是这种网络不能转换为梯形 图。梯形图程序一定能转换为指令表。 7.SIMATIC指令集与IEC 61131-3指令集 STEP 7-Micro/WIN编程软件提供了两种指令集： IEC61131-3指令集国际标准指令集，只能使用梯形图和 功能块图编程； SIMATIC指令集西门子公司提供，某些指令不是IEC标准。 可以使用梯形图、功能块图和指令表编程， 指令执行时间短，执行速度快。 3.1.2 S7-200的程序结构 S7-200的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。 1.主程序 是程序主体，每个项目都必须

15、并且只能用一个主程序。 在主程序中可以调用子程序和中断程序。 2.子程序 子程序是可选的，仅在被其它程序调用时执行。同一个 子程序可以在不同地方被多次调用。使用子程序可以简化 程序代码和减少扫描时间。 3.中断程序 用来及时处理与用户程序的执行时序无关的操作，或者 不能事先预测何时发生的中断事件。中断程序不是由用户 程序调用，而是在中断事件发生时由操作系统调用。中断 程序由用户编写。 3.2 存储器的数据类型与寻址方式 数据的长度和表示方式称为数据格式 3.2.1 数据在存储器中的存取方式 所有的数据在PLC中都是以二进制形式表示的。 S7-200的指令对数据格式有一定的要求，指令与数 据之间

16、的格式一致才能正常工作。 ）十六进制数（）十进制数（）八进制数（）二进制数（常用数据格式lHexadecimaDecimalOctalBinary1用1位二进制数（Bit）表示开关量 使用二进制数的一位（Bit）的0/1状态表示开关量（数 字量）信号的两种状态。若该位为1，梯形图中对应的编 程元件（软继电器）的线圈上电，其常开触点接通，常闭 触点断开，以后称该编程元件为1状态，或称该编程元件 ON（接通）。若该位为0状态，对应的编程元件的线圈和 触点状态与上述相反，称该编程元件为0状态，或称该编 程元件OFF（断开）。位数据的数据类型为布尔型。 图3-4 位数据的存放 “字节. 位”寻址方式：S7-200