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PLC設(shè)計(jì)順序控制梯形圖的一些基本問(wèn)題

?設(shè)計(jì)順序控制梯形圖的一些基本問(wèn)題

??S7-300/400的S7-Graph是一種順序功能圖編程語(yǔ)言。S7-Graph屬于可選的編程語(yǔ)言，需要單的許可證密鑰，學(xué)習(xí)使用S7-Graph也需要花一定的時(shí)間。此外現(xiàn)在大多數(shù)PLC(包括S7-200和S7-1200)還沒(méi)有順序功能圖語(yǔ)言。因此有必要學(xué)習(xí)根據(jù)順序功能圖來(lái)設(shè)計(jì)順序控制梯形圖的編程方法。本節(jié)介紹使用置位復(fù)位指令的通用的編程方法，5.4節(jié)介紹具有多種工作方式的控制系統(tǒng)的編程方法，5.5節(jié)介紹S7-Graph的使用方法。

??本節(jié)介紹的編程方法很容易掌握，用它們可以迅速地、得心應(yīng)手地設(shè)計(jì)出任意復(fù)雜的數(shù)字量控制系統(tǒng)的梯形圖。它們的適用范圍廣，可以用于所有廠家生產(chǎn)的各種型號(hào)的PLC。

??1.程序的基本結(jié)構(gòu)

??絕大多數(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)除了自動(dòng)工作方式外，還需要設(shè)置手動(dòng)工作方式。下列兩種情況需要啟用手動(dòng)工作方式

??1)開始執(zhí)行自動(dòng)程序之前，要求系統(tǒng)處于規(guī)定的初始狀態(tài)。如果開機(jī)時(shí)系統(tǒng)沒(méi)有處于初始狀態(tài)，則應(yīng)進(jìn)入手動(dòng)工作方式，用手動(dòng)操作使系統(tǒng)進(jìn)入規(guī)定的初始狀態(tài)后，再切換到自動(dòng)工作方式。也可以設(shè)置使系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入初始狀態(tài)的工作方式(見5.4節(jié))。在調(diào)試階段也可以使用手動(dòng)工作方式。

??2)順序自動(dòng)控制對(duì)硬件的要求很高，如果有硬件故障，例如某個(gè)限位開關(guān)有故障，不可能正確地完成整個(gè)自動(dòng)控制過(guò)程。在這種情況下，為了使設(shè)備不至于停機(jī)，可以進(jìn)入手動(dòng)工作方式，對(duì)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)控制。

??有自動(dòng)、手動(dòng)工作方式的控制系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)如圖5-17所示，公用程序用于處理自動(dòng)方式和手動(dòng)方式都需要執(zhí)行的任務(wù)，以及處理兩種工作方式的相互切換。

??圖中的I2.0是自動(dòng)/手動(dòng)切換開關(guān)，I2.0為1狀態(tài)時(shí)調(diào)用手動(dòng)程序，為0狀態(tài)時(shí)調(diào)用自動(dòng)程序。

??2.執(zhí)行自動(dòng)程序的初始狀態(tài)

??系統(tǒng)滿足規(guī)定的初始狀態(tài)后，應(yīng)將順序功能圖的初始步對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器位M置為1狀態(tài)，使初始步變?yōu)榛顒?dòng)步，為啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行做好準(zhǔn)備。同時(shí)還應(yīng)將其余各步對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器位復(fù)位為0狀態(tài)，這是因?yàn)樵跊](méi)有并行序列或并行序列未處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，同時(shí)只能有一個(gè)活動(dòng)步。

??在5.3節(jié)中，假設(shè)剛開始執(zhí)行用戶程序時(shí)，系統(tǒng)已處于要求的初始狀態(tài)，為轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)做好

??3.雙線圈問(wèn)題

??自動(dòng)程序和手動(dòng)程序都需要控制PLC的輸出Q，因此同一個(gè)輸出位的線圈可能會(huì)出現(xiàn)兩次

??或多次，稱為雙線圈現(xiàn)象。像圖5-17這樣用相反的條件調(diào)用自動(dòng)程序和手動(dòng)程序時(shí)，允許同一個(gè)元件的線圈在這兩個(gè)程序中分別出現(xiàn)一次。因?yàn)閮蓚€(gè)程序的調(diào)用條件相反，在一個(gè)掃描周期內(nèi)只會(huì)調(diào)用其中的一個(gè)程序，而邏輯塊中的指令只是在該邏輯塊被調(diào)用時(shí)才執(zhí)行，沒(méi)有調(diào)用時(shí)則不執(zhí)行。因此實(shí)際上每次掃描循環(huán)只處理同一個(gè)輸出位的兩個(gè)線圈中的一個(gè)。

SIMATIC 設(shè)計(jì)形式的 SITOP
適用于 SIMATIC S7 等的*電源
可按照 SIMATIC 電源的設(shè)計(jì)形式和功能，將它們*合并到 PLC 網(wǎng)絡(luò)中。除以下 SIMATIC系統(tǒng)外，它們還可為其他負(fù)載可靠提供 24 V 電壓：

SIMATIC S7-1200;
緊湊型 PM1207 電源模塊可為小型 PLC 供電。自動(dòng)范圍切換功能可確保順利連接到單相 120 - 230 V 電網(wǎng)。
SIMATIC S7-200;
扁型電源也適用于較低的安裝深度。
SIMATIC S7-300;
PS307 系統(tǒng)和負(fù)載電源在 S7 控制器上所需空間較小。向單相 120/230 VAC電網(wǎng)的范圍切換是自動(dòng)進(jìn)行的，從而避免了操作錯(cuò)誤。供貨范圍內(nèi)包括用于 CPU 的梳形連接件，可通過(guò)一個(gè)適配器選件安裝到 DIN導(dǎo)軌上。
SIMATIC ET200pro；
防護(hù)等級(jí)為 IP67 的電源可用作電子裝置和編碼器的電源，并可為 I/O 設(shè)備提供負(fù)載電壓。它帶有一個(gè)用于發(fā)出“24 VOK和敁過(guò)熱信號(hào)的信號(hào)觸點(diǎn)，以及用于連通輸入電壓的第二個(gè)插入式連接器。"
針對(duì)特殊應(yīng)用進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)
用于完成特殊任務(wù)和滿足特殊條件 – 具有特殊設(shè)計(jì)、用于特殊應(yīng)用的電源
SITOP 電源適用于各種饋電任何。它們可應(yīng)對(duì)安裝空間有限和環(huán)境條件十分苛刻的情況。這些標(biāo)準(zhǔn)電源還可滿足特殊要求。

尺寸小的電源：24 V/0.375 A 和 0.5 A； 
這些小型電源的寬度僅為 22.5 mm，尤其適合為低壓控制裝置供電。

通用型：24 V/2.5 A, 4 A 和 10 A：
電源帶有通用輸入，可連接到單相交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)。

DC/DC 轉(zhuǎn)換器：24 V/2 A;
輸入范圍 38 - 121 VDC，適用于從電池供電的系統(tǒng)和直流系統(tǒng)。

SITOP PSA100E;
該單相電源滿足 2.5 - 12 A 的基本工業(yè)電流要求，可安裝到標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌上，或直接安裝到墻壁上。

扁平設(shè)計(jì)：24 V/5 A 和 10 A：
可將緊湊型金屬外殼安放到安裝深度有限的位置，甚至安裝到機(jī)器支撐框架或鉸接框架中。

SITOP PSU300P：24 V/8 A;
具有防護(hù)等級(jí)為 IP67 的堅(jiān)固金屬外殼，針對(duì)無(wú)機(jī)柜的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，溫度范圍 -25 至 +55 °C。其設(shè)計(jì)形式與 SIMATICET200pro PS 相同，但不帶用于連通輸入電壓的第二個(gè)連接器。

其他電壓
不僅是 24 V 電源，還可提供其他輸出電壓
SITOP 不僅可向 24 V 負(fù)載可靠提供、穩(wěn)定的電壓，而且提供其他負(fù)載電壓。

SITOP compact:12 V/2 A;
這些薄型電源在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)（甚至在空載運(yùn)行期間）保持低功耗。關(guān)于其他功能，請(qǐng)參見 SITOP compact：

SITOP DC/DC：12 V/2.5 A;
DC/DC 轉(zhuǎn)換器具有薄型標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌外殼，電源電壓為 24 V。SITOP DC UPS 也可用于提供 12 V不間斷電源。

SITOP flexi：3 ... 52 V/10 A;
輸出可變，應(yīng)用廣泛?？稍?3 和 52 V 之間靈活調(diào)節(jié)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電源可提供不同的特殊電壓。

SITOP dual：2 x 15 V/3.5 A;
電子電源適合在控制柜上使用。該工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝電源具有兩個(gè) 15 V 輸出。例如，可向電子負(fù)載提供 ±15 V 電壓。

LOGO!Power：5, 12, 15 V;
具有這些輸出電壓的小型電源分為兩個(gè)性能級(jí)別。有關(guān)其他特點(diǎn)，請(qǐng)參見 LOGO!Power。

創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊DB1 說(shuō)明:

　　1.在Step7 中對(duì)PKW (參數(shù)區(qū))讀寫參數(shù)時(shí)調(diào)用SFC14 和 SFC15

　　2. SFC14(“DPRD_DAT”)用于讀Profibus 從站的數(shù)據(jù)

　　3. SFC15(“DPWR_DAT”)用于將數(shù)據(jù)寫入Profibus 從站

　　4. W#16#100(即256)是硬件組態(tài)時(shí)PKW 的起始地址

　　程序舉例1(讀參數(shù)r015)

　　注:PKW ,IND 的詳細(xì)說(shuō)明見附錄

?(1) S7-300/400 PLC的程序功能塊。S7-300/400 PLC的用戶程序結(jié)構(gòu)與S7-200PLC有明顯的不同，可以使用線性化結(jié)構(gòu)及功能調(diào)用式結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)化編程。

??采用調(diào)用式結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)化編程時(shí)，程序以組織塊(OB)、程序塊(FC)、功能塊(FB)、系統(tǒng)程序塊(SFC)、系統(tǒng)功能塊(SFB)、數(shù)據(jù)塊(DB)等形式出現(xiàn)。其中，組織塊(OB)、程序塊(FC)、功能塊(FB)統(tǒng)稱為"邏輯塊"(LogicBlok)；系統(tǒng)程序塊(SFC)、系統(tǒng)功能塊(SFB)統(tǒng)稱為"系統(tǒng)塊"。

??1) 組織塊(QB)。組織塊(Organization Blocks，簡(jiǎn)稱OB)提供了PLC內(nèi)部CPU操作系統(tǒng)與用戶程序間的接口，它是由CPU操作系統(tǒng)直接進(jìn)行調(diào)用的邏輯塊，用來(lái)管理PLC程序中各組成部分的調(diào)用和執(zhí)行中斷。OB決定了PLC用戶程序的結(jié)構(gòu)與塊的調(diào)用順序，起到了"管理"用戶程序的作用。

??S7-300/400 PLC不同的 CPU類型。可以選擇、支持不同的 OB 塊，但 OBI 是所有 PLC用戶程序的循環(huán)控制塊，它是運(yùn)行PLC用戶程序的前提條件，因此，任何PLC程序、任何CPU都不可以缺少OBI。

??OB塊的調(diào)用條件被稱為"觸發(fā)事件"，根據(jù)"觸發(fā)事件"的不同，OB塊可以分為若干級(jí)別，各個(gè)級(jí)別有不同的優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)的OB可以中斷低優(yōu)先級(jí)OB的執(zhí)行。如果需要，S7系列PLC除OB1外，還可以使用多個(gè)OB塊。

??2)程序塊(FC)*。程序塊(Function，F(xiàn)C)是由用戶編寫的、不需要專門數(shù)據(jù)塊的常用邏輯塊。FC塊在程序中一般不可以重復(fù)調(diào)用，在大多數(shù)場(chǎng)合，F(xiàn)C塊應(yīng)直接使用PLC的"juedui地址"或"符號(hào)地址”進(jìn)行編程，但根據(jù)需要可以定義部分程序變量。

??與S7-200PLC一樣，F(xiàn)C塊的“臨時(shí)變量”同樣存儲(chǔ)在局部變量數(shù)據(jù)堆棧(L)中，這一區(qū)域?yàn)槿砍绦驂K所公用，只可以用于FC塊內(nèi)部使用的中間運(yùn)算結(jié)果寄存(這些中間運(yùn)算結(jié)果不可以用于FC塊外部)；程序塊執(zhí)行完成后，局部變量數(shù)據(jù)堆棧內(nèi)的數(shù)據(jù)將被其他塊所需要的內(nèi)容所替代。如果需要保存可以用于其他邏輯塊的狀態(tài)，應(yīng)使用PLC的內(nèi)部標(biāo)志寄存器M或使用"數(shù)據(jù)塊DB"。

??在程序塊FC中，有部分為PLC生產(chǎn)廠家所提供的、集成在S7PLC的CPU操作系統(tǒng)中的邏輯塊，稱為系統(tǒng)程序塊(SystemFunction，SFC)。系統(tǒng)程序塊SFC屬于PLC內(nèi)部操作系統(tǒng)的一部分，用戶不需要編寫，也不可以對(duì)其進(jìn)行編輯，但可以根據(jù)需要直接調(diào)用。

??3) 功能塊(FB)。功能塊(Function Blocks，F(xiàn)B塊)是由用戶編寫的、需要專用數(shù)據(jù)塊(Instance DataBlocks，稱為"即時(shí)數(shù)據(jù)塊"或"背景數(shù)據(jù)塊"，簡(jiǎn)稱DI)支持的常用邏輯塊。

??FB與FC的作用基本相同，但FB中除可以使用"juedui地址"或"符號(hào)地址"進(jìn)行編程外，在結(jié)構(gòu)化編程時(shí)必須使用“程序變量”進(jìn)行編程，因此，F(xiàn)B必須配套獨(dú)立的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域——“即時(shí)數(shù)據(jù)塊DI”。DI一方面可以為調(diào)用FB提供執(zhí)行程序所需要的“程序變量”賦值與其他數(shù)據(jù)，另一方面，功能塊FB也能通過(guò)DI給調(diào)用它的邏輯塊返回所需要的數(shù)據(jù)。

??與功能調(diào)用塊FC一樣，功能塊FB中也有部分為PLC生產(chǎn)廠家所提供的、集成在S7CPU操作系統(tǒng)中的功能塊，稱為系統(tǒng)功能塊(SystemFunctionBlocks，SFB)。系統(tǒng)功能塊SFB同樣屬于PLC內(nèi)部操作系統(tǒng)的一部分，用戶不需要編寫，也不可以對(duì)其進(jìn)行編輯，但可以根據(jù)需要直接調(diào)用。

??4) 數(shù)據(jù)塊(DB)。數(shù)據(jù)塊(DmaBlocks，DB)是用來(lái)存放執(zhí)行用戶程序時(shí)所需的數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)程序執(zhí)行結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，其作用與標(biāo)志寄存器類似，但數(shù)量更多。數(shù)據(jù)塊DB按不同的用途可以分為即時(shí)數(shù)據(jù)塊(InstanceData Blocks，又稱背景數(shù)據(jù)塊，簡(jiǎn)稱DI)和通用數(shù)據(jù)塊(Data Blocks，又稱共享數(shù)據(jù)塊，簡(jiǎn)稱DB)兩類。

??即時(shí)數(shù)據(jù)塊(DI)用于傳遞功能塊的參數(shù)，只能被指定的功能塊FB訪問(wèn)。調(diào)用功能塊FB時(shí)，必須同時(shí)指定用于該功能塊的即時(shí)數(shù)據(jù)塊DI，即時(shí)數(shù)據(jù)塊內(nèi)的數(shù)據(jù)可以自動(dòng)生成，它們可以是FB變量聲明表中的數(shù)據(jù)(不含臨時(shí)變量)。

??通用數(shù)據(jù)塊(DB)用于存儲(chǔ)PLC的全局?jǐn)?shù)據(jù)，所有的FB、FC或OB都可以對(duì)通用數(shù)據(jù)塊進(jìn)行讀寫操作，因此，它又被稱為共享數(shù)據(jù)塊。通用數(shù)據(jù)塊內(nèi)的數(shù)據(jù)不會(huì)因用戶程序的結(jié)束而刪除。

??有關(guān)功能塊、數(shù)據(jù)塊的調(diào)用、編程以及程序變量、局部變量等概念，將在下面的實(shí)例中予以詳細(xì)介紹。

??(2) S7-300/400 PLC的程序結(jié)構(gòu)。S7-300/400PLC的程序結(jié)構(gòu)隨著編程人員所采用的程序設(shè)計(jì)方法的不同而不同。一般而言，程序設(shè)計(jì)可以采用線性化編程、調(diào)用式編程、結(jié)構(gòu)化編程的方法(見圖5-32)。

??采用線性化編程時(shí)，所有程序指令都編寫在一個(gè)連續(xù)的程序塊-組織塊OB1中，無(wú)須編制程序塊、功能塊、數(shù)據(jù)塊等。

??采用調(diào)用式編程的程序由組織塊OB、程序塊(FC)、功能塊(FB)、系統(tǒng)程序塊(SFC)、系統(tǒng)功能塊(SFB)、數(shù)據(jù)塊(DB)等組成，由組織塊OB1對(duì)各邏輯塊與數(shù)據(jù)塊進(jìn)行組織與管理。

??采用結(jié)構(gòu)化編程的程序結(jié)構(gòu)形式與調(diào)用式編程相同，程序同樣由組織塊OB、程序(FC)、功能塊(FB)、系統(tǒng)程序塊(SFC)、系統(tǒng)功能塊(SFB)、數(shù)據(jù)塊(DB)等組成，并通過(guò)組織塊OB1對(duì)其進(jìn)行組織與管理。功能塊(FB)可以用于結(jié)構(gòu)化編程，為了滿足參數(shù)化編程的需要，功能塊(FB)需要配套的即時(shí)數(shù)據(jù)塊DI，組織塊OBI在調(diào)用FB時(shí)，需要根據(jù)不同的控制要求，通過(guò)即時(shí)數(shù)據(jù)塊DI對(duì)參數(shù)進(jìn)行賦值。

??*在Siemens早期的SS系列PLC中，只有組織塊OB、功能塊FB、數(shù)據(jù)塊DB與程序塊PB四類邏輯塊。在S7系列PLC中，取消了程序塊PB的名字，而是用英文的"Function"代替了原程序塊PB。"Function"可以直譯為功能，因此，在許多書中稱為"功能"；在這里考慮到SS的繼承性，同時(shí)便于讀者與“功能塊”區(qū)別，仍然將“Function”稱為“程序塊”。

??圖5-32為采用三種不同編程方式的程序結(jié)構(gòu)示意圖，在實(shí)際調(diào)用式編程、結(jié)構(gòu)化編程時(shí)，被組織塊OB1調(diào)用的邏輯塊還可以調(diào)用其他邏輯塊(程序嵌套)。

??(3) S7-300/400 PLC的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。S7-300/400PLC的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可以分為基本存儲(chǔ)區(qū)域與程序處理區(qū)兩大部分。

??1) 基本存儲(chǔ)區(qū)域。S7-300/400PLC的基本存儲(chǔ)區(qū)域又可以分為裝載存儲(chǔ)區(qū)、系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)、工作存儲(chǔ)區(qū)3部分，具體如下。

??● 裝載存儲(chǔ)區(qū)(Laad Memory)：相當(dāng)于S7-200 PLC的程序存儲(chǔ)區(qū)，用于PLC用戶程序邏輯塊、數(shù)據(jù)塊的存儲(chǔ)。

??● 系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)(System Memory)：相當(dāng)于S7-200PLC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，用于存儲(chǔ)PLC運(yùn)算、處理的中間結(jié)果。如輸入/輸出映像，標(biāo)志、變量的狀態(tài)存儲(chǔ)、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器的中間值，模擬量輸入/輸出狀態(tài)等，使用PLC內(nèi)部RAW。

??圖5-32 S7-300/400PLC的程序結(jié)構(gòu)與執(zhí)行過(guò)程

??(a)線性編程;(b)調(diào)用式編程;(c)結(jié)構(gòu)化編程

??圖5-33 S7-300/400PLC存儲(chǔ)器區(qū)域的作用及相互關(guān)系

??● 工作存儲(chǔ)區(qū)(WorkMemory)：用于存儲(chǔ)當(dāng)前處理的可執(zhí)行程序塊、程序塊所生成的局部變量L等。3個(gè)存儲(chǔ)器區(qū)域的作用以及相互間的關(guān)系如圖5-33所示。

??2) 程序處理區(qū)域。S7-300/400PLC的程序處理區(qū)域又可以分為累加器、地址寄存器、數(shù)據(jù)塊地址寄存器、狀態(tài)寄存器4部分，具體如下。

??●累加器：S7-300/400PLC共有2個(gè)32位累加器ACCU1、ACCU2，用來(lái)進(jìn)行讀人、傳送、運(yùn)算、移位等操作。

??●地址寄存器：S7-300/400PLC共有2個(gè)32位地址寄存器AR1、AR2，用于存放寄存器間接尋址時(shí)的地址指針。

??●數(shù)據(jù)塊地址寄存器：S7-300/400PLC共有2個(gè)32位數(shù)據(jù)塊地址寄存器DB、DI，用于存放程序中被打開的數(shù)據(jù)塊地址。程序執(zhí)行過(guò)程中允許同時(shí)被打開的數(shù)據(jù)塊Zui大為2個(gè)，其中一個(gè)為共享數(shù)據(jù)塊(DB)，在程序中可以任意使用；另一個(gè)為瞬時(shí)數(shù)據(jù)塊(DD)，它是與功能塊FB配套使用的數(shù)據(jù)塊，在調(diào)用FB時(shí)同時(shí)打開。

??●狀態(tài)寄存器：S7-300/400PLC共有1個(gè)16位狀態(tài)寄存器STW，狀態(tài)寄存器用于存放程序的處理結(jié)果，如邏輯運(yùn)算結(jié)果RLO、溢出標(biāo)志OV、溢出記憶0S、條件碼CC0與CC1、二進(jìn)制值BR等，以顯示指令的執(zhí)行結(jié)果。