逻辑运算与PLC的工作原理

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1、1.2.4 I/O的地址分配与外部接线的地址分配与外部接线 S7-200 SMART CPU有一定数量的本机I/O，本机I/O有固定的地址。可以用扩展I/O模块和信号板来增加I/O点数，最多可以扩展6块扩展模块。CPU分配给数字量的I/O模块的地址以字节为单位。某些CPU和信号板的数字量I/O点如果不是8的整倍数，最后一个字节中未用的位不会分配给I/O链中的后续模块。表1-6给出了CPU、信号板和各I/O模块的输入、输出的起始地址。在用系统块组态硬件时，STEP7-Micro/WIN SMART自动地分配各模块和信号板的地址。PLC的外部接线的外部接线所有输入点用同一个电源供电。L+和M端子分

2、别是模块提供的DC24V电源的正极和负极。可以用该电源作输入电路的电源。8个输出点分为两组，1L和2L是两组输出点内部电路的公共端。可将1L和2L短接，将两组并为一组。其中的是DC24V传感器电源输出。PLC的交流电源接在L1（相线）和N（零线）端。DC/DC/DC型的CPU的接线与右图基本相同，只是整机电源和输出回路的电源都是直流电源。1.3 PLC的工作原理的工作原理引言： 数字量控制系统中变量的两种相反的工作状态。例如： 1.2 PLC的工作原理的工作原理1.2.1 用触点和线圈实现逻辑运算用触点和线圈实现逻辑运算 用逻辑代数中的1和0来表示数字量控制系统中变量的两种相反的工作状态。线圈

3、通电、常开触点接通、常闭触点断开为1状态，反之为0状态。在波形图中，用高、低电平分别表示1、0状态。图1-7 基本逻辑电路 图1-8 异步电动机主电路、控制电路与波形图 按下起动按钮SB1，电流经SB1和SB2的触点流过KM的线圈。KM的主触点闭合，电动机开始运行。KM的辅助常开触点同时接通。 放开起动按钮，SB1的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈。KM常开触点的功能称为“自锁”或“自保持”。 图1-9中的继电器电路称为起动-保持-停止电路，简称为起保停电路。逻辑代数式为 逻辑代数式 中的加号表示逻辑“或”，乘号（或*号）表示逻辑“与”，上划线表示逻辑“非

4、”。逻辑运算的规则为先“与”后“或”，括号优先。1.2.2 PLC的操作模式的操作模式RUN： 通过执行用户程序实现控制功能。STOP：不执行用户程序，可用编程软件将用户程序和组态信息 下载到PLC中。 致命错：不允许从STOP进入RUN模式。出现错误时， 非致命错：不会从RUN自动进入STOP模式，允许 用户检查。 1.2.2 PLC的工作原理的工作原理 PLC通电后，首先对硬件和软件做一些初始化操作。为了使PLC的输出及时响应各种输入信号，初始化操作后反反复复不不停停的分分阶阶段段处理各种不同的任务，这种周周而而复复始始的循环工作方式称为扫描工作方式。图1-9 扫描过程示意图 1.2.2

5、PLC的工作原理的工作原理 初始化后PLC反复不停地分5个阶段处理各种任务。什么是过程映像寄存器？在PLC的存储器中，设置一片区域用来存放输入和输出信号的状态，它们分别称为输入/输出过程映像寄存器。 1. 读取输入读取输入 PLC把所有外部输入电路的通断状态读入过程映像输入寄存器。外部输入电路接通时, 对应的过程映像输入寄存器为ON(1状态), 梯形图中对应的常开触点闭合，常闭触点断开。反之过程映像输入寄存器为OFF(0状态）。CPU在正常的扫描周期中不会读取模拟量的输入值。当程序访问模拟量输入时，将立即从模块中读取模拟量的转换值。 2. 执行用户程序执行用户程序PLC的用户程序由若干条指令组

6、成，如果没有跳转指令，CPU逐条顺序地执行用户程序。执行程序时，对输入/输出的读写通常是通过过程映像输入/输出寄存器，而不是实际的I/O点。 （1）过程： CPU执行指令时， 读出“映像寄存器的0、1状态”按指令要求执行逻辑运算运算结果写入到线圈对应的映像寄存器中 2. 执行用户程序执行用户程序 （2）说明： 程序执行阶段，过程映像输入寄存器的状态不会随外部输入信号的变化而变化。 （3）执行程序时，对输入/输出存取通常是通过过程映像寄存器，而不是实际的I/O点，好处如下， 系统运行稳稳。执行程序时，输入点状态不变，执行完后输出寄存器更新输出点。 用户程序读写过程映像输入/输出寄存器比读写物理I

7、/O点快快得多。 只能以位或字节的形式访问物理I/O点。但是可以用位、字节、字或双字的形式访问过程映像寄存器。因此，过程映像寄存器的使用更为灵活。 3. 通信通信处理处理 执行通信所需的所有任务。 4. CPU自诊断自诊断测试测试 保证固件、程序存储器、扩展模块正常工作。5. 改写输出改写输出 CPU执行完用户程序后，将过程映像输出寄存器的0、1状态传送给输出模块并锁存起来。 （1）梯形图中某一输出位对应的线圈得电时，对应的过程映像寄存器的值为“1”信号经输出模块隔离、放大，继电器型输出模块中对应的硬件继电器线圈得电。常开点闭合（无常闭点，只有一常开点），外部负载得电。（2）梯形图中某一输出位

8、对应的线圈失电时，.6、扫描周期、扫描周期执行一次15所需的时间，典型值1-100ms。扫描周期与程序长短、指令种类、CPU执行指令速度（运算能力）有关。 7PLC的工作过程举例 在读取输入阶段，SB1和SB2的常开触点的接通/断开状态被读入相应的过程映像输入寄存器。图1-11 PLC外部接线图与梯形图 LDI0.1OQ0.0ANI0.2=Q0.0 执行第一条指令时，从过程映像输入寄存器I0.1中取出二进制数，存入堆栈的栈顶。 执行第二条指令时，从过程映像输出寄存器Q0.0中取出二进制数，与栈顶中的二进制数相“或”，运算结果存入栈顶。 执行第三条指令时，因为是常闭触点，取出过程映像输入寄存器I

9、0.2中的二进制数后，将它取反，与前面的运算结果相“与”后，存入栈顶。 执行第四条指令时，将栈顶中的二进制数传送到Q0.0的过程映像输出寄存器。 在修改输出阶段，CPU将各过程映像输出寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果Q0.0中存放的是二进制数1，外接的KM线圈将通电，反之将断电。第第2章章 STEP 7-Micro/WIN SMART编程软件使用指南编程软件使用指南 2.1 2.1 编程软件概述编程软件概述2.1.1 编程软件的界面编程软件的界面 1安装编程软件 操作系统可以是Windows XP SP3、32位和64位的Windows 7。双击setup.exe，开始安装，使

10、用默认的安装语言简体中文。可以选择软件安装的目标文件夹。 2项目的基本组件 1）程序块包括主程序（OB1）、子程序和中断程序，统称为POU（程序组织单元）。 2）数据块用于给V存储器赋初值。 3）系统块用于硬件组态和设置参数。 4）符号表用符号来代替存储器的地址，使程序更容易理解。 5）状态图表用来监视、修改和强制程序执行时指定的变量的状态。 3快速访问工具栏，可自定义工具栏上的命令按钮。 4菜单 带状式菜单功能区的最小化、打开和关闭。 5项目树与导航栏 项目树文件夹的打开和关闭，右键功能的使用，单击打开导航栏上的对象。项目树宽度的调节。 6 状态栏 插入（INS）、覆盖（OVR）模式的切换，

11、梯形图缩放工具的使用。2.1.2 窗口操作与帮助功能窗口操作与帮助功能 1打开和关闭窗口 2窗口的浮动与停靠，定位器的作用 3窗口的合并 4窗口高度的调整 5窗口的隐藏与停靠 6帮助功能的使用 （1）在线帮助：单击选中的对象后按F1键。 （2）用帮助菜单获得帮助 单击“帮助”菜单功能区的 “帮助”按钮，打开在线帮助窗口。 用目录浏览器寻找帮助主题。 双击索引中的某一关键词，可以获得有关的帮助。 在“搜索”选项卡输入要查找的名词，单击“列出主题”按钮，将列出所有查找到的主题。 计算机联网时单击“帮助”菜单功能区的 “支持”按钮，打开西门子的全球技术支持网站。2.2 程序的编写与下载程序的编写与下

12、载2.2.1 创建项目创建项目 1创建项目或打开已有的项目，可打开S7-200的项目。 2硬件组态 用系统块生成一个与实际的硬件系统相同的系统，设置各模块和信号板的参数。硬件组态给出了PLC输入/输出点的地址，为设计用户程序打下了基础。 组态演示。 3保存文件 4控制要求2.2.2 生成用户程序生成用户程序 1编写用户程序 2对程序段的操作 梯形图中的一个程序段只能有一块不能分开的独立电路。语句表允许将若干个独立电路对应的语句放在一个网络中，这样的程序段不能转换为梯形图。 选中单个、多个程序段或单个元件，可删除、复制、剪切、粘贴选中的对象。 3单击工具栏上的按钮，打开和关闭POU注释和程序段注

13、释。 4单击工具栏上的“编译”按钮，编译程序。输出窗口显示出错误和警告信息。下载之前自动地对程序进行编译。 5设置程序编辑器的参数 单击“工具”菜单功能区的“选项”按钮，打开“选项”对话框，选中“LAD”，可设置网格的宽度和字符属性等。选中“LAD”下面的“状态”，可以设置梯形图程序状态监控时的参数。 选中“常规”，可设置指令助记符等。选中“项目”，可设置默认的文件保存位置。2.2.3 以太网组态以太网组态 1以太网用于S7-200 SMART与编程计算机、人机界面和其它S7 PLC的通信。 2MAC地址是以太网端口设备的物理地址，6个字节用短划线分隔，例如00-05-BA-CE-07-0C。

14、 3IP地址由4个字节组成，用小数点分隔。 4子网掩码由4个字节组成，高位是连续的1，低位是连续的0，子网掩码将IP地址划分为子网地址和子网内的节点地址。 S7-200 SMART CPU出厂时默认的IP地址为，子网掩码为。 5网关是局域网之间的链路器。 6用系统块设置CPU的IP地址 如果选中多选框“IP地址数据固定为”，不能用“通信”对话框和用户程序中更改IP信息。“背景时间”一般采用默认值。 同一子网中各设备的IP地址中的子网地址和子网掩码应完全相同，各设备的子网内的地址不能重叠。 7用通信对话框设置CPU的IP地址 用“网络接口卡”列表设置使用的以太网网卡，单击“查找CPU”按钮，显示

15、出网络上所有可访问的设备的IP地址。“闪烁指示灯”按钮用来确认谁是选中的CPU。 8在用户程序中可用指令SIP_ADDR设置CPU的IP信息 。 9设置计算机网卡的IP地址 Windows XP操作系统：双击控制面板中的“网络连接”，右键单击所用网卡的连接图标，执行“属性”命令。选中列表中的“Internet协议（TCP/IP）”，单击“属性”按钮，设置计算机的IP地址和子网掩码。 Windows 7操作系统：单击控制面板的“查看网络状态和任务”，再单击“本地连接”，单击“属性”按钮，选中列表框中的“Internet协议版本4”，单击“属性”按钮，设置计算机的IP地址和子网掩码。2.2.4 下

16、载与调试用户程序下载与调试用户程序 1以太网电缆的安装与通信设置 两台设备可以直接连接，多台设备需要使用交换机或路由器。 2下载程序 单击工具栏上的“下载”按钮 ，如果弹出“通信”对话框并且找到的CPU的IP地址正确无误，单击“确定”按钮，出现下载对话框。用户可以用多选框选择要下载的块，单击“下载”按钮，开始下载。只选中“选项”区的“成功后关闭对话框” 3读取PLC信息 单击“PLC”菜单功能区的“PLC”按钮，显示PLC的状态和实际的模块配置。可查看时间日志和扫描速度。 4上传项目组件 新建一个空的项目，单击工具栏上的“上传”按钮。 5更改CPU的工作模式 编程软件与PLC之间建立起通信连接

17、后，单击工具栏上的运行按钮和停止按钮。 6运行和调试程序 在RUN模式用外接的小开关模拟按钮信号和过载信号。 2.3 符号表与符号地址的使用符号表与符号地址的使用 1打开符号表 在符号表中定义的符号属于全局变量，可以在所有的POU中使用它们。单击导航栏或双击项目树的符号表图标，打开符号表。 2专用的符号表 可用右键菜单命令删除或打开I/O符号表或系统符号表。不能直接改写POU符号表的内容。 3生成符号 左边两列是地址重叠和未使用的符号列，绿色波浪下划线表示未定义的符号。红色的文本表示有语法错误，红色波浪下划线表示用法无效。 4用右键菜单命令生成用户符号表 5表格的通用操作 调节列的宽度，用右键

18、菜单命令插入新的行，用键在表格的底部增添一个新的行，按TAB键光标将移至右边下一个单元格。 单击最左边的行号，选中整个行。单击某个单元格，按住Shift键，单击对角线的单元格，同时选中矩形范围内所有的单元格。删除、复制和粘贴选中的对象。 6用右键菜单命令在程序编辑器和状态图表中定义、编辑和选择符号。 7单击“符号”列和“地址”列的列标题，对符号表排序。 8切换地址的显示方式 单击“视图”菜单功能区的“符号”区域中的按钮、单击工具栏上的“切换寻址”左边和右边的按钮、使用Ctrl+Y键，在三种符号显示方式之间切换。 9单击工具栏上的“符号信息表”按钮，打开或关闭符号信息表 。2.4 用编程软件监控

19、与调试程序用编程软件监控与调试程序 2.4.1 用程序状态监控与调试程序用程序状态监控与调试程序 1梯形图的程序状态监控 将程序下载到PLC后，单击工具栏上的按钮，启用程序状态监控。 时间戳不匹配的处理。 梯形图中蓝色表示带电和触点、线圈接通。红色方框表示指令执行出错。灰色表示无能流、指令被跳过、未调用、或处于STOP模式。用外接的小开关模拟按钮信号，观察程序状态的变化。 执行右键快捷菜单中的“强制”、“写入”等命令。 图2-22中的T38和它的常闭触点产生周期为2s的锯齿波。MB10每2s加1。 用“暂停状态开/关”按钮启动和关闭T38当前值的采集。 2语句表程序状态监控 切换到语句表编辑器

20、后单击“程序状态”按钮 ，出现“时间戳不匹配”对话框。操作数3的右边是逻辑堆栈中的值。最右边的列是方框指令的使能输出位（ENO）的状态。用外接的小开关模拟按钮信号，观察程序状态的变化。 单击“工具”菜单功能区的“选项”按钮，选中“选项”对话框左边窗口“STL”下面的“状态”，可以设置监控语句表程序状态的内容。2.4.2 用状态图表监控与调试程序用状态图表监控与调试程序 1打开和编辑状态图表 在程序运行时，用状态图表来读、写、强制和监控PLC中感兴趣的变量。 双击指令树的“状态图表”文件夹中的“图表1”，或单击导航栏上的按钮，打开状态图表。 2生成要监控的地址 在状态图表的“地址”列键入要监控的

21、变量的地址，用“格式”列更改显示格式。格式BOOL监控的是T、C的位，格式“有符号”监控的是T、C的当前值。可将符号表中的符号或地址复制到状态图表的“地址”列。 3用右键菜单中的命令或状态图表工具栏上的按钮创建新的状态图表。 4单击工具栏上的“图表状态”按钮，起动和关闭状态图表的监控功能 。 5STOP模式或未启动监控功能时，用工具栏上的按钮单次读取状态信息 。 7趋势视图 趋势视图用随时间变化的曲线跟踪PLC的状态数据。 启动状态图表监控功能后，单击工具栏上的趋势视图按钮，切换表格视图与趋势视图。可用右键菜单中的命令，修改趋势视图的时间基准。用工具栏上的“暂停趋势图”按钮，“冻结”和“解冻”

22、趋势视图。2.4.3 写入与强制数值写入与强制数值 1写入数据 单击工具栏上的“写入”按钮，将状态图表的“新值”列所有的值传送到PLC，并在“当前值”列显示出来。 在程序状态监控时，用右键菜单中的命令改写某个操作数的值。 在RUN模式时修改的数值可能很快被程序改写为新的数值，不能用写入功能改写物理输入点（地址I或AI）的状态。 2强制的基本概念 可以强制所有的I/O点，还可以同时强制最多16个V、M、AI或AQ地址。强制的数据用EEPROM永久性地存储。可以通过对输入点的强制来调试程序。 3强制的操作方法 将要强制的值16#1234键入VW0的“新值”列，单击工具栏上的“强制”按钮，VW0被显

23、式强制、VB0和V1.3被隐式强制，VW1被部分隐式强制。 取消对单个操作数的强制：选择一个被显式强制的操作数，单击工具栏上的“取消强制”按钮。 单击工具栏上的按钮取消全部强制。 关闭状态图表监控时，单击工具栏上的按钮，读取全部强制。 4STOP模式下强制 应先按下“调试”菜单功能区的“STOP下强制”按钮。2.4.4 调试用户程序的其他方法调试用户程序的其他方法 1使用书签 单击工具栏上的按钮，生成和删除书签。可以用工具栏上的按钮使光标移动到下一个或上一个标有书签的程序段。 2单次扫描 在STOP模式单击“调试”菜单功能区的“执行单次”按钮，执行一次扫描后，自动回到STOP模式，可以观察首次

24、扫描后的状态。 3多次扫描 在STOP模式单击“调试”菜单功能区的“执行多次”按钮，指定扫描的次数，执行完后自动返回STOP模式。 4交叉引用表 用于检查程序中参数当前的赋值情况，防止重复赋值。编译程序成功后才能查看交叉引用表。 2.5 使用系统块设置使用系统块设置PLC的参数的参数2.5.1 组态组态PLC的参数的参数 1系统块概述 系统块用于CPU、信号板和扩展模块的组态，下载后生效。 2设置PLC断电后的数据保存方式 选中系统块中的CPU模块，选中“保持范围”，设置V、M、C和TONR（有记忆接通延时定时器）的地址偏移量（起始地址）和元素数目。上电时定时器位和计数器位被清除。断电时CPU

25、将设置的保持性存储器的值保存到永久存储器。 3组态系统安全 单击左边窗口的“安全”，默认的是完全权限，没有密码。最低权限禁止读写。设置了“不允许上传”，有密码也不能上载程序。密码由字母、数字和符号的组成，区分大小写。系统块下载后，密码才起作用。 选中 “限制”多选框，禁止通过通信改写I、Q、AQ、M存储区和用“偏移量”和“字节数”设置的V存储区。 选中“允许”多选框，通过串行端口，无需密码，可以更改CPU的工作模式和读写实时时钟。 4设置启动方式 只能用编程软件工具栏上的按钮来切换RUN/STOP模式。启动模式LAST用于程序开发或调试，正式投运后应选RUN模式。 5清除PLC的存储区 CPU

26、在STOP模式时，单击“PLC”菜单功能区的 “清除”按钮，可删除选中的块。如果忘记了密码，需要在STOP模式插入专门为此创建的“复位为出厂默认存储卡”（见节）。2.5.2 组态输入输出参数组态输入输出参数 1组态数字量输入的滤波器时间 为了消除触点抖动的影响，应选12.8ms。 2组态脉冲捕捉功能 脉冲捕捉功能锁存输入状态的变化，保存到下一次输入刷新。脉冲捕捉功能在输入滤波器之后，使用脉冲捕捉功能时，必须同时调节输入滤波时间。 3组态数字量输出 选中“将输出冻结在最后一个状态”，从RUN模式变为STOP模式时，所有数字量输出点将保持RUN模式最后的状态。 如果未选“冻结”模式，进入STOP模式各输出点的状态用输出表来设置。 4组态模拟量输入 设置模拟量信号的类型和测量范围，干扰抑制频率一般设为50Hz。采用平均值滤波，可选“无、弱、中、强”。 滤波后的值是预选的采样次数的各次模拟量输入的平均值。 5组态模拟量输出 设置模拟量信号的类型和测量范围， “将输出冻结在最后一个状态”选项的意义与数字量输出的相同。