可编程序控制器原理及应用 教学课件 ppt 作者 吉顺平 第04章

第4章 S7-200 PLC编程指令,2,2019/5/26,本章的主要内容,4.1 S7-200/300/400编程指令与RLO,4.2 位逻辑操作指令,4.3 定时器指令,4.4 计数器指令,4.5 传送、比较、移位与转换指令,4.6 数学运算指令,4.7 表功能指令,4.8 字符串操作指令,4.9 其他指令,3,2019/5/26,4.1.1 IEC61131与SIMATIC指令体系,由第1章和第2章可知，PLC具备可编程性和高可靠性等优点，已经成为工业自动化领域中广泛应用的工业控制器。在PLC的发展过程中，各PLC生产厂家逐步形成了自己的产品体系，其基本原理一致，但指令系统却不尽相同。目前PLC制造商已形成了多个大型公司和若干小型公司PLC产品并存的局面。由于各PLC厂家产品在指令系统上的差异，这给工程师的PLC系统设计带来了很大的困难，特别对于不同PLC的技术细节的处理上。,4,2019/5/26,4.1.1 IEC61131与SIMATIC指令体系,为统一PLC的技术规范，IEC（国际电工委员会）制定了PLC编程语言标准IEC61131（1993年IEC颁布的国际标准为IEC1131）。IEC61131标准共分为5个部分。IEC61131-1为一般信息，对通用逻辑编程做了一般性介绍，并讨论了逻辑编程的基本概念、术语和定义；IEC61131-2为装配和测试需要，从机械和电气两部分介绍了逻辑编程对硬件设备的要求和测试需要；IEC61131-3为编程语言的标准，它吸取了多种编程语言的长处，制定了5种标准语言；IEC61131-4为用户指南，提供了有关选择、安装、维护的信息资料和用户指导手册；IEC61131-5为通信规范，规定了逻辑控制设备与其他装置的通信联系规范。,5,2019/5/26,4.1.1 IEC61131与SIMATIC指令体系,PLC编程语言标准IEC61131-3，是PLC指令系统的参考标准，它要求不同的PLC制造商的PLC支持相似的指令，以方便PLC控制系统设计。它的主要内容包括以下几点。 1）编译为标准代码的规则，定义了PLC必须满足的程序编译标准； 2）软件模型、通信模型和编程模型； 3）可编程序控制器语言中的通用元件，如变量和数据类型、功能和功能块、程序和任务。,6,2019/5/26,4.1.1 IEC61131与SIMATIC指令体系,西门子从小型到大中型PLC均支持IEC61131指令系统。除了IEC61131指令系统外，西门子PLC指令系统中还包含了SIMATIC指令。SIMATIC指令是西门子PLC的指令，是对IEC61131指令系统的扩展和补充。SIMATIC指令比IEC61131指令更加丰富。在学习使用中，需要掌握IEC61131基本指令，这样就掌握了PLC指令系统的主要部分。对一些专用的和特殊的SIMATIC指令也要了解，SIMATIC指令对于西门子PLC中的具体应用可能带来很大的便利。IEC61131指令系统可移植性强，而SIMATIC指令功能强大。,7,2019/5/26,4.1.1 IEC61131与SIMATIC指令体系,在指令系统的学习中，典型的程序段（常用电路）需要理解，并加强记忆，它们是经验法编程的基础。常用电路是实现基本控制的程序，体现了PLC控制的精髓，而且对于不同PLC是通用的。,8,2019/5/26,4.1.2 西门子PLC编程语言,IEC61131-3规定了指令表（STL）、梯形图（LAD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）和结构化文本（ST）五种编程语言。 西门子PLC支持梯形图（LAD）、指令表（STL）、顺序功能图（SFC）和功能块图（FBD）四种编程语言。在S7-200中，顺序功能图是通过步控指令实现的，在形式上是梯形图形式，在思路上却是顺序控制的思想。在S7-300/400中，顺序功能图是以图形化的方式，通过S7-GRAPH软件包开发GRAPH程序实现。,9,2019/5/26,4.1.2 西门子PLC编程语言,考虑到PLC在国内应用的现状和国内用户的思维习惯，本书只介绍梯形图（LAD）和顺序功能图（SFC）两种编程语言。不同编程语言是对同样的逻辑关系的不同表达形式，应根据需要选择。在实际应用中，应优先选择梯形图和顺序功能图语言。,10,2019/5/26,4.1.3 逻辑操作结果RLO,PLC中程序执行的结果就是确定和改变变量的值。这需要通过线圈来实现，PLC程序的线圈可以广义地分为两类：普通线圈和功能线圈。如图4-1所示的程序中，线圈M0.0和Q0.0是普通线圈，而MOV_B为功能线圈。,11,2019/5/26,4.1.3 逻辑操作结果RLO,对于普通线圈，只要该线圈左侧的逻辑操作结果（Result of Logic Operation，RLO）为1，则线圈动作，对应的变量等于1；否则线圈不动作，对应的变量等于0。注意，线圈不动作（变量结果等于0）也是程序执行的结果。任何一个网络中的程序执行完成后，变量均会有结果，无论结果是1还是0。,12,2019/5/26,4.1.3 逻辑操作结果RLO,对于功能线圈，只要该线圈左侧的RLO为1，则实现相应的功能。图4-1中的MOV_B线圈左侧的RLO等于1时，则按功能线圈的规则，实现数据传送功能。 线圈的执行是和其左侧的RLO密切相关的，实际上PLC程序的所有分析和设计均和RLO相关。RLO是西门子PLC中的重要概念，它是对传统PLC程序分析和设计中电流、能流等概念的高度概括。,13,2019/5/26,4.1.3 逻辑操作结果RLO,在程序中，RLO永远属于线上面的所有点，而且相连接的线上的所有点的RLO是相同的。在最左侧的母线位置，RLO的值为1。RLO的值可能被接点改变，当触点接通时，其两端的RLO相同，若不通，则其右侧RLO为0；在并联时，只要有一个触点右侧的RLO等于1，则所有触点右侧的RLO等于1。,14,2019/5/26,4.1.3 逻辑操作结果RLO,梯形图语言是一种图形化语言，类似于继电器电路图，相对于其他几种编程语言更加直观易懂，特别适合于数字量逻辑控制，初学者几乎不需要花费太多的精力就能掌握；现在许多熟练的工程技术人员也都十分青睐它。让我们先来认识一下梯形图编程的形式：,15,2019/5/26,4.1.3 逻辑操作结果RLO,在图4-1所示的程序中，位置1、2和4的RLO的值为1；位置2和7的RLO的值由I0.0和I0.1的触点状态决定，若触点通，则位置2和7的RLO的值为1；网络2中的NOT触点会改变RLO的值，位置8和位置7的RLO的值相反。 再次强调一下，触点的状态由触点所对应的继电器（变量）的状态决定。当继电器动作（变量为1）时，常开触点接通，常闭触点断开；当继电器不动作（变量为0）时，常开触点断开，常闭触点接通。该结论对于所有继电器（或位变量）均适用。,16,2019/5/26,4.1.4 S7-200/300/400 PLC指令分类,西门子S7-200/300/400 PLC指令包括位逻辑、定时器（计时器）、计数器、传送（移动）、移位、比较、转换、逻辑操作、中断和通信等10多类指令。西门子S7-200和S7-300/400 PLC在形式上有的时候有差别，但差别不大，而且本质上是一致的。 本章主要介绍S7-200位逻辑、定时器（计时器）、计数器、传送（移动）、移位和比较等指令，中断、顺序控制、通信等指令和编程在后续章节中介绍。,17,2019/5/26,本章的主要内容,4.1 S7-200/300/400编程指令与RLO,4.2 位逻辑操作指令,4.3 定时器指令,4.4 计数器指令,4.5 传送、比较、移位与转换指令,4.6 数学运算指令,4.7 表功能指令,4.8 字符串操作指令,4.9 其他指令,18,2019/5/26,4.2.0 位逻辑指令概述,位逻辑指令是对以位进行计量的数据进行控制的指令。位逻辑指令的操作数是位数据，包括I、Q、M、T和C等。 位逻辑指令是PLC中最常用和最重要的指令。,19,2019/5/26,4.2.1 基本位逻辑指令,基本位逻辑指令包括常开触点、常闭触点和普通线圈，如表4-1所示。触点和触点之间可以形成与、或和非的基本逻辑关系，也可以组合形成复杂的逻辑关系，从而决定线圈左侧的RLO。线圈的动作状态由线圈左侧的RLO决定。,20,2019/5/26,4.2.1 基本位逻辑指令,21,2019/5/26,4.2.1 基本位逻辑指令,例4.1 自保持电路1。 自保持电路如图4-2所示，I0.0有输入（只要保持有一个扫描周期），同时I0.1没有输入，则Q0.0有输出，即便此后I0.0不再有输入，Q0.0也一直保持有输出，直到I0.1有输入为止。,图4-2 自保持电路和时序图,自保持电路是常用的控制程序，是从很多程序中抽象出来的电路，其应用特别广泛。例如，电动机起停PLC控制中，起动按钮接I0.0，停止按钮接I0.1，Q0.0的输出控制电动机接触器，则用自保持电路可以实现电动机起停控制。,22,2019/5/26,4.2.1 基本位逻辑指令,例4.2 互锁电路。,图4-3 线圈互锁电路和触点互锁电路,23,2019/5/26,4.2.1 基本位逻辑指令,例4.3 多输入电路。,图4-4 多输入电路和时序图,24,2019/5/26,4.2.1 基本位逻辑指令,由表4-1中给出的触点，可以按照与、或、非的逻辑关系组合成更加复杂的逻辑块，如表4-2所示。,25,2019/5/26,4.2.2 置位与复位指令,置位与复位指令包括S指令、R指令、SR指令和RS指令。 置位指令是特殊的线圈状态控制指令，使用时也需要指定一个位变量作为存储位。只要其左边的RLO为1，存储位就被置为1，即使其左边的RLO变为0，该存储位始终保持为1，只有使用复位指令对其复位，该存储位才会被清为0。 复位指令也是特殊的线圈状态控制指令，同样需指定一个位变量作为存储位，即复位的对象。它的主要功能是对置位后的地址进行复位。经常与置位指令配合使用。,26,2019/5/26,4.2.2 置位与复位指令,27,2019/5/26,4.2.2 置位与复位指令,例4.4 自保持电路2。 用复位优先的置位复位组合线圈也可以实现自保持电路，如图4-5所示。,图4-5 用复位优先的置位复位组合线圈实现自保持电路,28,2019/5/26,4.2.3 边沿触发指令,边沿触发指令的功能主要是通过比较相邻两个扫描周期间流过该指令输入位置RLO的状态，决定自身导通与否以及导通时间是多长。,29,2019/5/26,4.2.3 边沿触发指令,在图4-6中， 是上升沿触发指令，每个扫描周期都会计算其左侧的RLO，并与上一个扫描周期的RLO进行比较。如果上一周期RLO为0，当前RLO为1，则认为检测到上升沿，则使其右侧的RLO等于1，并保持一个扫描周期；如果上一周期RLO为1，无论当前左侧的RLO状态如何，均认为没有上升沿发生，则其右侧的RLO等于0。上一周期的左侧RLO的值，都会保存在系统中，并且每周期都更新一次。,图4-6 S7-200 PLC边沿触发指令的梯形图和时序图,30,2019/5/26,4.2.3 边沿触发指令,在图4-6中， 是下降沿触发指令，每个扫描周期都要计算其左侧的RLO，并与上一个扫描周期的RLO进行比较。如果上一周期RLO为1，当前RLO为0，则认为检测到下降沿，则使其右侧的RLO等于1，并保持一个扫描周期；如果上一周期RLO为0，无论当前左侧的RLO状态如何，均认为没有下降沿发生，则其右侧的RLO等于0。上一周期的左侧RLO的值，都会保存在系统中，并且每周期都更新一次。 由于在相连的两个周期中，不可能连续出现上升沿或下降沿，因此出现边沿后，该触点后的RLO等于1，只能保持一个扫描周期。,31,2019/5/26,4.2.4 立即读写指令,立即读写指令是为了加快系统的响应速度而设计的指令，他们允许系统对