工業(yè)自動化概念

隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對生產(chǎn)過程的自動控制和信息通訊提出了更高的要求。工業(yè)自動化系統(tǒng)已經(jīng)從單機的可編程控制器（PLC，ProgrammableController）控制發(fā)展到多PLC以及包含人機界面（HMI，HumanMachineInterface）的網(wǎng)絡(luò)控制。目前PLC技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和HMI監(jiān)控技術(shù)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的各個方面，涵蓋了產(chǎn)品制造與過程控制領(lǐng)域，包括鋼鐵、機械、冶金、石化、玻璃、水泥、水處理、垃圾處理、食品和飲料業(yè)、包裝、港口、紡織、石油和天然氣、電力、汽車等各個行業(yè)。2024/7/23第1章工業(yè)自動化系統(tǒng)概述1/2西門子工業(yè)自動化系統(tǒng)2024/7/23第1章工業(yè)自動化系統(tǒng)概述2/2可編程序控制器的產(chǎn)生20世紀(jì)60年代，生產(chǎn)過程及各種設(shè)備的控制主要是繼電器控制系統(tǒng)。繼電器控制簡單、實用，但存在著明顯的缺點：控制設(shè)備體積大，動作速度慢，可靠性低，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，一旦動作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，就必須進行重新設(shè)計、布線、裝配和調(diào)試，所以通用性和靈活性都較差。生產(chǎn)企業(yè)迫切需要一種使用方便靈活、性能完善、工作可靠的新一代生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)。

1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號不斷更新的需要，想尋找一種方法，盡可能減少重新設(shè)計系統(tǒng)和接線的工作量，降低成本。為此，美國通用汽車公司公開招標(biāo)，提出需要一種新型的工業(yè)控制裝置，即保留繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便和價格便宜等優(yōu)點，又具有較強的控制功能性、靈活性和通用性。2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)3/9可編程序控制器的產(chǎn)生1969年美國數(shù)字公司（DEC）根據(jù)招標(biāo)的要求研制出了世界上第一臺可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC），并在通用公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。初期的PLC僅具備邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，只是用它來取代繼電器控制。

20世紀(jì)70年代中期，由于計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC采用通用微處理器為核心，不再局限于邏輯控制，具有了函數(shù)運算、高速計數(shù)、中斷技術(shù)和PID控制等功能，并可與上位機通訊、實現(xiàn)遠程控制，故改稱為可編程控制器（ProgrammableController，簡稱PC）。但由于PC已成為個人計算機（PersonalComputer）的代名詞，為了不與之混淆，人們習(xí)慣上仍將可編程控制器簡稱為PLC。經(jīng)過短短的幾十年發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)成為自動化技術(shù)的三大支柱（PLC、機器人和CAD／CAM）之一。2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)4/9可編程序控制器的定義“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字式，模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計?！?024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)5/9可編程序控制器的特點及應(yīng)用特點：可靠性高，抗干擾能力強結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用靈活編程方便，易于使用功能完善，適用性強應(yīng)用領(lǐng)域：邏輯控制運動控制閉環(huán)過程控制工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)6/9可編程序控制器的分類整體式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)通用型專用型按照I/O點數(shù)容量分類按照結(jié)構(gòu)形式分類按照使用情況分類小型機中型機大型機

2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)7/9可編程序控制器的硬件組成整體式PLC的結(jié)構(gòu)組成2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)8/9可編程序控制器的硬件組成模塊式PLC的結(jié)構(gòu)組成2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)9/9可編程序控制器的工作特點CPU自檢通信處理讀取輸入執(zhí)行程序刷新輸出PLC的掃描周期2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)10/9PLC采用輸入/輸出映象寄存器的優(yōu)點

在CPU一個掃描周期中，輸入映象寄存器向用戶程序提供一個始終一致的過程信號映象，這樣保證CPU在執(zhí)行用戶程序過程中數(shù)據(jù)的一致性。在CPU掃描周期結(jié)束時，將輸出映象寄存器的最終結(jié)果送給外設(shè)，避免了輸出信號的抖動。由于輸入/輸出映象寄存器區(qū)位于CPU的系統(tǒng)存儲器區(qū)，訪問速度比直接訪問信號模塊要快，縮短了程序執(zhí)行時間。抗干擾能力強。在CPU掃描周期中，僅在開始的很短時間內(nèi)讀取輸入模塊的狀態(tài)值，存入輸入映象寄存器，以后輸入模塊的干擾信號不會影響CPU程序的執(zhí)行。即使在某個掃描周期干擾侵入，并造成輸出值錯誤，由于掃描周期時間遠遠小于執(zhí)行器的機電時間常數(shù)，因此當(dāng)它還沒有來得及使執(zhí)行器發(fā)生錯誤的動作，下一個掃描周期正確的輸出就會將其糾正，使PLC的可靠性顯得更高。2024/7/23第2章可編程控制器基礎(chǔ)11/9物料灌裝自動生產(chǎn)線物料灌裝自動生產(chǎn)線示意圖PROFIBUS2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計12/28自動化控制系統(tǒng)設(shè)計流程PLC控制方案設(shè)計流程圖確定系統(tǒng)控制任務(wù)與設(shè)計要求制定電氣控制方案確定控制系統(tǒng)的輸入輸出信號硬件選型與配置I/O分配、繪制接線圖修改程序交付使用制作控制柜輸入輸出配線編寫符號表、設(shè)計控制程序現(xiàn)場運行調(diào)試項目歸檔YN程序初步調(diào)試安裝硬件模塊、I/O連線是否滿足要求？2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計13/28確定系統(tǒng)控制任務(wù)與設(shè)計要求了解機械運動與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系，仔細分析被控對象的控制過程和控制要求，熟悉工藝流程及設(shè)備性能，明確各項任務(wù)的要求、約束條件及控制方式。對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個獨立的部分，這樣可以化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計14/28制定電氣控制方案根據(jù)生產(chǎn)工藝和機械運動的控制要求，確定控制系統(tǒng)的工作方式，例如全自動、半自動、手動、單機運行、多機聯(lián)線運行等。還要確定控制系統(tǒng)應(yīng)有的其他功能，例如故障診斷與顯示報警、緊急情況的處理、管理功能、網(wǎng)絡(luò)通信等。2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計15/28確定控制系統(tǒng)的輸入輸出信號1.控制對象的類型數(shù)字量輸出對象:繼電器電磁閥電動機起動器指示燈蜂鳴器等模擬量輸入對象:溫度壓力流量液位電動機電流等數(shù)字（開關(guān)）量型模擬量型數(shù)字量輸入對象:按鈕選擇開關(guān)行程開關(guān)限位開關(guān)光電開關(guān)等模擬量輸出對象:電動調(diào)節(jié)閥變頻器等2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計16/28確定控制系統(tǒng)的輸入輸出信號外部負載電壓等級:DC24/48VDC48～125VAC120/230V外部輸入傳感器信號的類型（如電壓、電流、電阻等）及測量的量程范圍數(shù)字（開關(guān)）量型模擬量型外部輸入信號電壓等級:DC24VDC48125VAC120/230V外部負載的類型（如電壓或電流）及對應(yīng)的輸出值范圍2.控制對象的數(shù)值范圍2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計17/28硬件選型與配置PLC選型主要考慮以下幾點：I/O信號的點數(shù)根據(jù)已經(jīng)確定的I/O設(shè)備，統(tǒng)計所需要的I/O信號的點數(shù)，選擇是否支持?jǐn)U展機架的CPU網(wǎng)絡(luò)通信的模式特殊功能需求根據(jù)信號傳輸方式所需要的網(wǎng)絡(luò)接口形式，選擇支持現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)或點到點通信的CPU。如果網(wǎng)絡(luò)有路由要求，則要選擇支持路由功能的CPU如果現(xiàn)場有高速計數(shù)或高速脈沖輸出要求，可選擇集成了該功能的CPU。選擇硬件模塊時要留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚焊鶕?jù)已經(jīng)確定的I/O信號的點數(shù)和類型，預(yù)留10%～15%的容量。2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計18/28I/O分配通過對輸入輸出設(shè)備的分析、分類和整理，進行相應(yīng)的I/O地址分配，應(yīng)盡量將相同類型的信號、相同電壓等級的信號地址安排在一起，以便施工和布線，并繪制I/O接線圖。2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計19/28控制程序設(shè)計按照控制系統(tǒng)的要求進行PLC程序設(shè)計是工程項目設(shè)計的核心。程序設(shè)計時應(yīng)將控制任務(wù)進行分解，編寫完成不同功能的程序塊，包括循環(huán)掃描主程序、急停處理子程序、手動運行子程序、自動運行子程序、故障報警子程序等。編寫的程序要在實驗室進行模擬運行與調(diào)試，檢查邏輯及語法錯誤，觀察在各種可能的情況下各個輸入量、輸出量之間的變化關(guān)系是否符合設(shè)計要求，發(fā)現(xiàn)問題及時修改設(shè)計。2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計20/28現(xiàn)場運行調(diào)試在工業(yè)現(xiàn)場所有的設(shè)備都安裝到位，所有的硬件連接都調(diào)試好以后，要進行程序的現(xiàn)場運行與調(diào)試。在調(diào)試過程中，不僅要進行正?？刂七^程的調(diào)試，還要進行故障情況的測試，應(yīng)當(dāng)盡量將可能出現(xiàn)的情況全部加以測試，避免程序存在缺陷，確?？刂瞥绦虻目煽啃浴Ｖ挥薪?jīng)過現(xiàn)場運行的檢驗，才能證明設(shè)計是否成功。2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計21/28項目歸檔在設(shè)計任務(wù)完成后，要編制工程項目的技術(shù)文件。技術(shù)文件是用戶將來使用、操作和維護的依據(jù)，也是這個控制系統(tǒng)檔案保存的重要材料，包括總體說明、電氣原理圖、電器布置圖、硬件組態(tài)參數(shù)、符號表、軟件程序清單及使用說明等。2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計22/28物料灌裝自動生產(chǎn)線控制要求就地/遠程選擇開關(guān)物料灌裝自動生產(chǎn)線模型設(shè)計了就地和遠程兩種控制方式。就地控制是用操作面板上的按鈕和開關(guān)來控制設(shè)備的運行。遠程控制是通過網(wǎng)絡(luò)用HMI的監(jiān)控系統(tǒng)來控制設(shè)備的運行。

手動/自動選擇開關(guān)物料灌裝自動生產(chǎn)線模型設(shè)計了手動和自動兩種工作模式。手動模式用于設(shè)備的調(diào)試和系統(tǒng)復(fù)位，包括：允許通過點動按鈕使傳送帶正向或反向運行，用來調(diào)試設(shè)備；允許按下計數(shù)值清零按鈕對計數(shù)統(tǒng)計值進行復(fù)位。自動模式下允許啟動生產(chǎn)線運行。只有在設(shè)備停止運行的狀態(tài)下，才允許切換手動/自動模式。

控制面板模型啟動停止就地遠程故障1故障2故障3急停正向點動反向點動計數(shù)值清零故障復(fù)位手動自動2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計23/28物料灌裝自動生產(chǎn)線控制要求啟動按鈕在自動模式下，按下啟動按鈕，啟動生產(chǎn)線運行。物料灌裝工藝流程為：（1）按下啟動按鈕，電動機正轉(zhuǎn)，傳送帶正向運行。（2）空瓶子到達灌裝位置時電動機停止轉(zhuǎn)動，灌裝閥門打開，開始灌裝物料。（3）灌裝時間到，灌裝閥門關(guān)閉，電動機正轉(zhuǎn)，傳送帶繼續(xù)運行，直到下一個空瓶子到達灌裝位置。

停止按鈕在自動模式下，按下停止按鈕，停止生產(chǎn)線運行，電動機停止轉(zhuǎn)動，傳送帶停止運行，灌裝閥門關(guān)閉。急停按鈕當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，按下急停按鈕停止生產(chǎn)線的一切運行。

控制面板模型啟動停止就地遠程故障1故障2故障3急停正向點動反向點動計數(shù)值清零故障復(fù)位手動自動2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計24/28物料灌裝自動生產(chǎn)線控制要求

正向點動/反向點動按鈕在手動模式下，正向點動/反向點動按鈕用于調(diào)試設(shè)備。按下正向點動按鈕，傳送帶正向運行，松手后傳送帶停止運行；按下反向點動按鈕，傳送帶反向運行，松手后傳送帶停止運行。工件計數(shù)統(tǒng)計要求控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)工件的計數(shù)統(tǒng)計，包括空瓶數(shù)、成品數(shù)和廢品數(shù)。成品數(shù)顯示在操作面板的數(shù)碼管上。

模擬量檢測灌裝液罐的液位由模擬量液位傳感器進行監(jiān)視。液位低于下限時要打開進料閥門，液位高于上限時要關(guān)閉進料閥門。

控制面板模型啟動停止就地遠程故障1故障2故障3急停正向點動反向點動計數(shù)值清零故障復(fù)位手動自動2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計25/28物料灌裝自動生產(chǎn)線控制要求故障報警當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)能夠立即響應(yīng)，操作面板上相應(yīng)的故障報警燈會閃亮。按下故障應(yīng)答按鈕后，如果故障已經(jīng)排除則故障報警燈不亮；如果故障依然存在則故障報警燈常亮。

PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)物料灌裝自動生產(chǎn)線上的I/O信號通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與控制柜中的CPU進行通信。HMI監(jiān)控系統(tǒng)在計算機組態(tài)上位監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)視與控制生產(chǎn)線的運行。

控制面板模型啟動停止就地遠程故障1故障2故障3急停正向點動反向點動計數(shù)值清零故障復(fù)位手動自動2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計26/28物料灌裝自動生產(chǎn)線信號分析序號名稱1生產(chǎn)線運行指示燈2手動模式指示燈3自動模式指示燈4就地控制指示燈5遠程控制指示燈6故障1報警指示燈7故障2報警指示燈8故障3報警指示燈9急停指示燈10灌裝罐進料閥門11灌裝罐排料閥門12物料灌裝閥門13終端指示燈14傳送帶正向運行15傳送帶反向運行16蜂鳴器174位數(shù)碼顯示（占16位）序號名稱1灌裝罐液位傳感器2灌裝罐溫度傳感器數(shù)字量輸入信號數(shù)字量輸出信號模擬量輸入信號序號名稱1啟動按鈕2停止按鈕3正向點動按鈕4反向點動按鈕5手動/自動模式選擇開關(guān)6就地/遠程控制選擇開關(guān)7計數(shù)值清零按鈕8故障1信號源9故障2信號源10故障3信號源11故障應(yīng)答按鈕12急停按鈕13空瓶位置接近開關(guān)14灌裝位置接近開關(guān)15成品位置接近開關(guān)2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計27/28工程項目設(shè)計報告2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計28/28自動化項目設(shè)計軟件STEP7或啟動SIMATIC?管理器2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計29/28SIMATIC?管理器用戶自定義選項定義存盤路徑定義軟件和編程的語言退出STEP7重新進入有效2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計30/28設(shè)置編程器通信接口2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計31/28檢查通信狀態(tài)2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計32/28STEP7項目結(jié)構(gòu)2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計33/28輸入項目名選擇存盤路徑確定項目名創(chuàng)建S7項目2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計34/28在項目中插入站點2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計35/28設(shè)置項目屬性2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計36/28STEP7的幫助系統(tǒng)幫助文檔2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計37/28STEP7的幫助系統(tǒng)F1功能鍵在線幫助2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計38/28任務(wù)1新建物料灌裝自動生產(chǎn)線項目1．啟動STEP7軟件，設(shè)置用戶自定義選項。2．設(shè)置PC機與CPU通信的接口，檢查通信狀態(tài)。3．新建物料灌裝自動生產(chǎn)線項目FILL，插入SIMATIC300站點。2024/7/23第3章自動化工程項目設(shè)計39/28S7-300/400硬件模塊S7-300/400屬于模塊式PLC，主要由機架、電源模塊、CPU模塊、信號模塊、通信模塊、功能模塊、接口模塊等組成，所有模塊均安裝在機架上。3124S7-400系列PLC1-電源2-CPU3-信號模塊4-機架32S7-300系列PLC1-電源2-CPU3-信號模塊4-機架142024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計40/36機架S7-300機架S7-400機架1.中央機架中央機架帶有K總線（串行通訊總線）和P總線（并行I/O總線），可以安裝CPU模塊、信號模塊、通信模塊、功能模塊和接口模塊等。2.擴展機架擴展機架只帶有P總線，不能安裝需要K總線通訊的功能模塊和通信模塊。3.通用機架通用機架帶有K總線和P總線，既可以用于中央機架也可以用于擴展機架，在擴展機架上也可以安裝功能模塊和通信模塊。五種不同的長度：160毫米，482毫米，530毫米，830毫米，2000毫米2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計41/36電源模塊（PS，PowerSupply）S7-300電源模塊S7-400電源模塊2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計42/36S7-300系列CPU的類型通用型S7-312~S7-319

實現(xiàn)計算、邏輯處理、定時、通信等CPU的基本功能。緊湊型S7-300CCPU集成了輸入/輸出端口、高速計數(shù)器、簡單定位和脈沖輸出等功能，適用于對處理能力有較高要求的中小型設(shè)備的控制。故障安全型S7-300FCPU經(jīng)過TUV（技術(shù)監(jiān)督學(xué)會）組織的認(rèn)證，可以組態(tài)為一個故障安全型自動化系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生故障時，確保控制系統(tǒng)切換到安全的模式，用于對安全要求較高的設(shè)備。技術(shù)功能型S7-300T

具有智能技術(shù)/運動控制功能的SIMATICCPU。寬溫型S7-300SIPLUS

水平安裝-25~60℃，垂直安裝-25~40℃。CPU315T-2DPCPU313CCPU315-2DPCPU317F-2DP2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計43/36S7-400系列CPU的特色

可在運行中更改組態(tài)在操作過程中，可修改S7-400的分布式I/O組態(tài)。熱插拔可帶電連接和斷開信號模塊（熱插拔）。這使得擴展系統(tǒng)非常容易，在發(fā)生故障時方便更換模塊。冗余結(jié)構(gòu)

S7-400H是附帶兩個同類型H-CPU的控制器，所有的重要部件都是冗余配置。在發(fā)生故障時，可從主站系統(tǒng)切換至備用站。適用于要求高可用性的、具有熱備份的控制過程（即切換時間不超過100ms的過程）。CPU412-1CPU412-2DPCPU400H2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計44/36S7-300/400CPU面板512341-模式選擇器STOP——

停止模式RUN——

運行模式MRES——

模塊復(fù)位（ModuleReset），CPU清除硬件組態(tài)信息和用戶程序。3-指示燈SF（紅色） =系統(tǒng)錯誤，CPU內(nèi)部錯誤或帶診斷功能模塊錯誤BF（紅色） =總線錯誤，（帶DP接口的CPU）BATF（紅色） =電池故障，備份電池電量不足或不存在DC5V（綠色） =內(nèi)部5VDC電壓指示FRCE（黃色） =強制有效，指示至少有一個輸入或輸出被強制RUN（綠色） =當(dāng)CPU啟動時閃爍，在運行模式下常亮STOP（黃色） =在停止模式下常亮；存儲器復(fù)位時閃爍2-存儲器卡S7-300CPU由于內(nèi)部沒有集成裝載存儲器，因此CPU必須插入一個MMC，其類型為FlashMemory（非易失存儲器），否則無法工作。S7-400CPU內(nèi)部集成了裝載存儲器，其類型為RAM（易失存儲器）。需要保存用戶程序在掉電的情況下不丟失，可以插入FlashMemory卡。4-MPI接口多點接口MPI（MultipointInterface）用于CPU與編程設(shè)備的連接，或用于MPI網(wǎng)絡(luò)的通訊。5-DP接口部分CPU集成了DP通訊接口，CPU型號為CPU31X-2DP或CPU41X-2DP，表明該CPU有兩個接口，除了MPI接口外，另一個為DP接口。DP接口用于將分布式I/O通過現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接到CPU。注意：對于模式選擇器是旋轉(zhuǎn)鑰匙開關(guān)的CPU，處于RUN運行模式時，不能向CPU下載組態(tài)數(shù)據(jù)和程序。只有在RUN-P模式下，CPU執(zhí)行用戶程序，并可以向CPU下載組態(tài)數(shù)據(jù)和程序。132早期的CPU314新型的CPU31445新型的CPU315-2DP2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計45/36接口模塊（IM，InterfaceModulel）CPU模塊所在的機架稱為中央機架，如果一個機架不能容納控制系統(tǒng)的全部模塊，可以增設(shè)一個或多個擴展機架。在中央機架上安裝的接口模塊為IMS（發(fā)送器），在擴展機架上安裝的接口模塊為IMR（接收器）。IM360和IM361IM460-0和IM461-02024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計46/36PLC的擴展能力S7-300的擴展能力S7-400的擴展能力S7-400系列PLC最多可以擴展21個機架。在中央機架最多可插入6個IMS模塊，每個IMS有2個接口，每個接口最多可支持4個IMR模塊。S7-400CPU的最大擴展能力為300多個模塊。2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計47/36信號模塊（SM，SignalModule）

數(shù)字量輸入模塊DI

數(shù)字量輸出模塊DO

數(shù)字量輸入/輸出模塊DI/DO

（S7-300系列）模擬量輸入模塊AI

模擬量輸出模塊AO

模擬量輸入/輸出模塊AI/AO

（S7-300系列）前連接器S7-300信號模塊及前連接器S7-400信號模塊及前連接器2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計48/36通信模塊（CP，CommunicationProcessor）

用于PLC之間、PLC與遠程I/O之間、PLC與計算機和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于實現(xiàn)點對點通信。用于PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的CP342-5和CP443-5擴展型用于工業(yè)以太網(wǎng)的CP343-1和CP443-1

用于AS-i網(wǎng)絡(luò)的CP343-2CP343-1CP342-5CP443-1CP443-5擴展型2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計49/36功能模塊（FM，F(xiàn)unctionModule）

功能模塊負責(zé)處理那些CPU通常無法以規(guī)定速度執(zhí)行的任務(wù)，例如高速脈沖計數(shù)、定位控制、閉環(huán)控制或驅(qū)動控制等，從而釋放CPU資源用于其它重要的過程控制任務(wù)。FM350計數(shù)器模塊FM351定位模塊FM352電子凸輪控制器FM355閉環(huán)控制模塊2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計50/36仿真器模塊

有些場合調(diào)試程序時沒有現(xiàn)場的I/O信號，可以使用仿真器模塊替代現(xiàn)場的信號。SM374上有16個開關(guān)和16個LED燈，通過功能選擇開關(guān)可以使其工作在三種模式下：（1）16個輸入點，此時16個開關(guān)有效。（2）16個輸出點，此時16個LED燈有效。（3）8個輸入點和8個輸出點，此時下半部分的8個開關(guān)和上半部分的8個LED燈有效。功能選擇開關(guān)2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計51/36硬件安裝S7-300的部件

部件功能導(dǎo)軌是S7-300的機架電源（PS）將電網(wǎng)電壓（120/230V）變換為S7-300所需的24VDC工作電壓中央處理單元（CPU）執(zhí)行用戶程序附件：備份電池，MMC存儲卡接口模塊（IM）連接兩個機架的總線信號模塊（SM）（數(shù)字量/模擬量）把不同的過程信號與S7-300相匹配附件：總線連接器，前連接器功能模塊（FM）完成定位、閉環(huán)控制等功能通訊處理器（CP）連接可編程控制器附件：電纜、軟件、接口模塊2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計52/36S7-300的安裝位置

根據(jù)安裝位置不同，可編程控制器的控制柜的環(huán)境溫度要求如下：垂直裝配0℃至40℃

水平裝配0℃至60℃

機架在控制柜中的最小安裝間距：機架左右為20mm

單層組態(tài)安裝時，上下為40mm

兩層組態(tài)安裝時，上下至少為80mm2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計53/36更換模塊更換S7-300的SM模塊:1.將CPU處于“STOP”模式，并切斷該模塊的負載電源2.先取下前連接器，再擰松模塊的固定螺釘拆下模塊3.更換同型號的新模塊，在插入原前連接器之前，應(yīng)將前連接器上面的編碼塊拔下來更換S7-400的SM模塊:S7-400PLC允許帶電插拔I/O模塊，但要確保用戶程序允許在RUN模式下更換模塊。更換模塊時會產(chǎn)生插/拔模塊中斷，用戶需要編寫OB83處理中斷，為新模塊分配參數(shù)，使其投入運行。2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計54/36硬件組態(tài)硬件組態(tài)包括兩部分的內(nèi)容，“組態(tài)硬件模塊”和“配置模塊參數(shù)”。組態(tài)硬件模塊——在STEP7軟件的“硬件配置”工具中模擬真實的PLC硬件系統(tǒng)，將工程項目中選用的電源、CPU、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）、通信處理器模塊（CP）以及分布式I/O模塊等硬件設(shè)備安裝到表示機架的組態(tài)表中。配置模塊參數(shù)——對PLC硬件模塊屬性以及網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)等進行設(shè)置。例如：設(shè)置CPU的中斷系統(tǒng)，設(shè)置SM模塊的I/O地址，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信速率及各站地址等。2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計55/36雙擊啟動硬件組態(tài)編輯器硬件安裝區(qū)硬件詳細信息區(qū)打開“硬件目錄”2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計56/36安裝機架2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計57/36安裝模塊訂貨號2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計58/36配置CPU的屬性“常規(guī)”標(biāo)簽2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計59/36配置CPU的屬性“啟動”標(biāo)簽2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計60/36配置CPU的屬性“周期/時鐘存儲器”標(biāo)簽時鐘存儲器位76543210周期（s）21.610.80.50.40.20.1頻率（Hz）0.50.62511.2522.55102024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計61/36配置CPU的屬性“保存存儲器”標(biāo)簽2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計62/36配置CPU的屬性“保護”標(biāo)簽早期的CPU314新型的CPU315-2DP2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計63/36S7-300DI/DO固定的編址方式2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計64/36可變的編址方式雙擊2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計65/36配置輸入/輸出屬性2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計66/36保存組態(tài)參數(shù)將組態(tài)下載到CPU保存和編譯下載到CPU2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計67/36快速硬件組態(tài)

選擇模塊的訂貨號2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計68/36復(fù)位CPU和暖啟動

1.S7-400CPU和帶鑰匙開關(guān)的S7-300CPU

通過鑰匙開關(guān)進行復(fù)位，刪除用戶程序塊及硬件配置信息。復(fù)位步驟如下：把鑰匙開關(guān)放在“STOP”位置把鑰匙開關(guān)保持在“MRES”位置，直到“STOP”指示燈閃爍兩次（慢速）松開鑰匙開關(guān)（自動回到“STOP”位置）再把鑰匙開關(guān)快速撥回“MRES”位置然后松開（STOP指示燈快速閃爍表示模塊正在復(fù)位）把鑰匙開關(guān)撥到“RUN”或“RUN-P”位置，實現(xiàn)暖啟動2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計69/36復(fù)位CPU和暖啟動2.插有微存儲器卡（MMC）的S7-300CPU

對于新型的CPU，需要在線刪除MMC的內(nèi)容。刪除方法如下：在SIMATICManager窗口中選中塊文件夾，點擊“在線”按鈕顯示當(dāng)前CPU中的程序塊，選中用戶程序刪除。S打頭的程序塊（如SFC、SFB）是出廠時已經(jīng)固化在CPU中的標(biāo)準(zhǔn)子程序塊，用戶是無法刪除的?！跋到y(tǒng)數(shù)據(jù)”是硬件配置信息。2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計70/36自動生產(chǎn)線硬件設(shè)計物料灌裝自動生產(chǎn)線的硬件模塊選擇與配置2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計71/36物料灌裝自動生產(chǎn)線的I/O地址分配表2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計72/36物料灌裝自動生產(chǎn)線的I/O接線圖數(shù)字量輸入模塊32DI的接線圖數(shù)字量輸出模塊32DO的接線圖2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計73/36物料灌裝自動生產(chǎn)線的I/O接線圖數(shù)字量輸入/輸出模塊8DI/8DO的接線圖模擬量輸入模塊2AI的接線圖2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計74/36任務(wù)2物料灌裝自動生產(chǎn)線項目硬件設(shè)計1．復(fù)位CPU2．硬件選型與配置3．分配I/O地址4．繪制模塊的接線圖2024/7/23第4章PLC的硬件設(shè)計75/36STEP7編程基礎(chǔ)數(shù)制數(shù)制數(shù)碼基數(shù)計數(shù)規(guī)則舉例十進制（Decimal）0123456789共10個10逢十進一123，789二進制（Binary）01共2個2逢二進一二進制數(shù)1101110的值為十進制數(shù)110（=1×26+1×25+1×23+1×22+1×21）十六進制（Hexadecimal）0123456789ABCDEF共16個16逢十六進一二進制數(shù)01101110可表示為十六進制數(shù)6E其值為十進制數(shù)110（=6×161+14×160）在對計算機的位數(shù)長度進行描述時，定義了下列術(shù)語：位（Bit）——1位二進制數(shù)稱為一個位字節(jié)（Byte）——8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)字（Word）——2個字節(jié)稱為一個字，占16位雙字（DoubleWord）——2個字稱為一個雙字，占32位2024/7/23第5章PLC的軟件設(shè)計76/144STEP7編程基礎(chǔ)編碼

1.BCD碼——用四位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)BCD碼（四位二進制數(shù)）十進制數(shù)BCD碼（四位二進制數(shù)）十進制數(shù)000000101500011011060010201117001131000801004100192.ASCII碼（AmericanStandardCodedforInformationInterchange）——美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。ASCII碼由8位二進制數(shù)組成，最高位一般用于奇偶校驗，其余7位代表128個字符編碼。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計77/144STEP7編程基礎(chǔ)常數(shù)的表示格式

數(shù)制和代碼表示格式實例二進制2#數(shù)據(jù)2#11010101十六進制16#數(shù)據(jù)16#38AC，16#1000十進制±整數(shù).小數(shù)123.456，-456.321BCD碼16#數(shù)據(jù)16#123，16#123ASCII碼‘字符’‘T’、‘TEXT’、‘Showresult’注意：用十六進制數(shù)表示BCD碼時，不能出現(xiàn)16#5A等非BCD碼。

數(shù)據(jù)類型及表示格式2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計78/144STEP7編程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型及表示格式變量的數(shù)據(jù)類型、長度及范圍

數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)類型

位（Bit）字節(jié)（Byte）字（Word）雙字（DoubleWord）無符號數(shù)1/0或TURE/FALSE16#00~16#FF16#0000~16#FFFF16#00000000~16#FFFFFFFF整數(shù)————-32768~+32767-2147483648~2147483647實數(shù)——————正數(shù)1.175495×10-38~3.402823×10+38負數(shù)-1.175495×10-38~-3.402823×10+38BCD碼————-999~+999-9999999~+99999992024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計79/144S7-300/400的內(nèi)部資源裝載存儲器（新型S7-300CPU由MMC卡替代）所有下載的OB，F(xiàn)C，F(xiàn)B，DB和系統(tǒng)數(shù)據(jù)工作存儲器與運行有關(guān)的OB，F(xiàn)C，F(xiàn)B，DB系統(tǒng)存儲器區(qū)輸入過程映象區(qū)PII輸出過程映象區(qū)PQI位存儲器M定時器T計數(shù)器C局域數(shù)據(jù)區(qū)L2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計80/144CPU存儲器區(qū)的信息2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計81/144存儲區(qū)的尋址方式位尋址——位尋址是對存儲器中的某一位進行讀寫訪問。格式——標(biāo)識符字節(jié)地址．位地址例如——訪問輸入過程映象區(qū)中的第3字節(jié)第4位，地址表示為：

76543210字節(jié)0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5字節(jié)6字節(jié)7I3．4位地址字節(jié)地址區(qū)域標(biāo)識符2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計82/144存儲區(qū)的尋址方式字節(jié)尋址、字尋址、雙字尋址——

對數(shù)據(jù)存儲區(qū)以1個字節(jié)或2個字節(jié)或4個字節(jié)為單位進行一次讀寫訪問格式——

標(biāo)識符

數(shù)據(jù)長度類型

字節(jié)起始地址2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計83/144存儲區(qū)的尋址方式存儲區(qū)可訪問的地址單元地址標(biāo)識符舉例輸入過程映象區(qū)位II0.0字節(jié)IBIB1字IWIW2雙字IDID0輸出過程映象區(qū)位QQ8.5字節(jié)QBQB5字QWQW6雙字QDQD10位存儲器區(qū)位MM10.3字節(jié)MBMB30字MWMW32雙字MDMD34數(shù)據(jù)塊位DBXDBX3.4字節(jié)DBBDBB3字DBWDBW6雙字DBDDBD8外設(shè)輸入/輸出區(qū)字節(jié)PIBPIB50字PIWPIW62雙字PIDPID86外設(shè)輸入/輸出區(qū)字節(jié)PQBPQB99字PQWPQW106雙字PQDPQD1682024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計84/144STEP7編程語言梯形圖LAD（LadderDiagram）名稱梯形圖符號觸點

1閉合觸點（常開觸點）

0閉合觸點（常閉觸點）線圈數(shù)據(jù)處理指令母線|—……—|I0.1I0.2M0.3M0.4IN1IN2OUTQ5.0EN2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計85/144梯形圖的觸點符號與電氣圖中的觸點符號的差異FRPLCKM24VML~220VSB2SB1I0.0I0.1Q8.52024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計86/144STEP7編程語言語句表STL（StatementList）功能塊圖FBD（FunctionBlockDiagram）2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計87/144程序結(jié)構(gòu)設(shè)計——程序塊類型

（1）組織塊OB（OrganizationBlock）——操作系統(tǒng)與用戶程序之間的接口，只有在OB中編寫的指令或調(diào)用的程序塊才能被CPU的操作系統(tǒng)執(zhí)行。（2）功能FC（Function）——由用戶自己編寫的子程序塊或帶形參的函數(shù)，可以被其它程序塊（OB、FC和FB）調(diào)用。（3）功能塊FB（FunctionBlock）——由用戶自己編寫的子程序塊或帶形參的函數(shù)，可以被其它程序塊（OB、FC和FB）調(diào)用。與FC不同的是FB擁有自己的稱為背景數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，常用于編寫復(fù)雜功能的函數(shù)，例如閉環(huán)控制任務(wù)。（4）系統(tǒng)功能SFC（SystemFunction）——已經(jīng)固化在CPU中廠家預(yù)先編好的帶形參的函數(shù)，提供一些系統(tǒng)級的調(diào)用功能，例如通訊功能等。（5）系統(tǒng)功能塊SFB（SystemFunctionBlock）——已經(jīng)固化在CPU中廠家預(yù)先編好的帶形參的函數(shù)，但并不包含背景數(shù)據(jù)塊DB，在調(diào)用時需要生成相應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊。（6）數(shù)據(jù)塊DB（DataBlock）——用戶定義的存放數(shù)據(jù)的區(qū)域。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計88/144CPU支持的程序塊CPU的性能數(shù)據(jù)2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計89/144程序結(jié)構(gòu)形式OB1主程序FC60攪拌機控制FC70產(chǎn)品輸出OB1主程序FC5配方AFC10配方BFC15混料、加工FC20包裝、輸出1.線性編程設(shè)計將用戶的所有指令均放在OB1中，從第一條到最后一條順序執(zhí)行。這種方式適用于一個人完成的小項目，不適合多人合作設(shè)計和程序調(diào)試。2.模塊化編程設(shè)計當(dāng)工程項目比較大時，可以將大項目分解成多個子項目，由不同的人員編寫相應(yīng)的子程序塊，在OB1中調(diào)用，最終多人合作完成項目的設(shè)計與調(diào)試。3.參數(shù)化編程設(shè)計如果項目中多處使用的控制程序指令相同，只是程序中所用的地址不同，為了避免重復(fù)編寫相同的指令，減少程序量，可以編寫帶形參的函數(shù)，在每次調(diào)用時賦不同的實參。參數(shù)化編程設(shè)計有利于對常用功能進行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，減少重復(fù)勞動。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計90/144程序塊的嵌套調(diào)用操作系統(tǒng)循環(huán)OB組織塊定時過程故障FB帶背景數(shù)據(jù)塊FCSFCFBFBDBDBSFBFC可嵌套程序塊的數(shù)目（嵌套深度）取決于CPU的型號，S7-300CPU支持8層（對CPU318為16層），S7-400CPU支持24層。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計91/144工程項目程序結(jié)構(gòu)主程序OB1的程序結(jié)構(gòu)流程圖讀取當(dāng)前運行模式調(diào)用模擬量處理程序FC70手動/自動模式？自動調(diào)用手動程序FC20調(diào)用自動程序FC30調(diào)用故障處理程序FC50調(diào)用急停處理程序FC10手動2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計92/144程序塊的編輯新建用戶程序塊

2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計93/144LAD/STL/FBD編輯器

變量聲明表代碼區(qū)細節(jié)窗口程序元素

2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計94/144切換編程語言2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計95/144在OB1中調(diào)用塊2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計96/144塊的保存當(dāng)前項目的路徑2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計97/144下載塊到

PLC2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計98/144監(jiān)視程序運行2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計99/144任務(wù)3設(shè)計手動運行程序編寫手動運行程序FC20，控制傳送帶點動正向或反向運行的程序。1．按下操作面板上的正向點動按鈕I0.2，控制傳送帶的電動機正向轉(zhuǎn)動Q8.5=1。2．按下操作面板上的反向點動按鈕I0.3，控制傳送帶的電動機反向轉(zhuǎn)動Q8.6=1。3．如果兩個按鈕同時按下，電動機的正反轉(zhuǎn)要實現(xiàn)互鎖。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計100/144編輯符號表2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計101/144顯示符號信息絕對地址顯示符號顯示2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計102/144符號選擇器2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計103/144符號表的導(dǎo)入和導(dǎo)出2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計104/144任務(wù)4編輯項目的符號表根據(jù)硬件設(shè)計的I/O分配表和數(shù)據(jù)處理占用的內(nèi)存單元，物料自動灌裝生產(chǎn)線項目部分地址單元的符號表見表5-5，在符號編輯器中定義符號名稱。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計105/144邏輯與（AND），或（OR），異或（XOR）指令

L1(Q4.0)S1(I0.0)S2(I0.1)

L2(Q4.1)電路圖I0.0I0.1Q4.0Q4.1I0.2I0.3Q4.2L3(Q4.2)S3(I0.2)S4(I0.3)或指令與異或I0.4I0.5I0.4I0.5Q4.32024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計106/144賦值I1.1I1.2()Q4.1復(fù)位賦值，置位，復(fù)位指令(S)Q4.2I1.3I1.4置位注意：

置位和復(fù)位指令并不意味著永遠具有保持性，如果后面有其他賦值指令是會改變其狀態(tài)。I1.5I1.6(R)Q4.22024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計107/144觸發(fā)器的置位/復(fù)位指令注意：

SR觸發(fā)器為復(fù)位優(yōu)先，

RS觸發(fā)器為置位優(yōu)先。

2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計108/144影響RLO的指令

取反指令

清零、置位指令2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計109/144邊沿檢測指令

檢測RLO的上升沿

AI1.0I1.1RLOM1.0M8.0M8.1M1.1OB1-掃描周期檢測RLO的下降沿

B2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計110/144邊沿檢測指令檢測信號I1.1的上升沿

檢測信號I1.1的下降沿

I1.0I1.1M1.0M8.0M8.1M1.1OB1-掃描周期2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計111/144任務(wù)5設(shè)計啟動物料灌裝生產(chǎn)線運行的程序1．編寫主程序（OB1）（1）選擇生產(chǎn)線的工作模式，設(shè)備處于停機狀態(tài)時可以用選擇開關(guān)I0.4確定運行模式：當(dāng)I0.4=0時，手動模式有效，Q4.2=1；當(dāng)I0.4=1時，自動模式有效，Q4.3=1。（2）只有在手動模式下（Q4.2=1）且急停無效時才允許調(diào)用手動運行程序FC20。（3）只有在自動模式下（Q4.3=1）且急停無效時才允許調(diào)用自動運行程序FC30。（4）急停按鈕按下時，調(diào)用急停處理程序FC10。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計112/1442．生產(chǎn)線運行控制（FC30）生產(chǎn)線啟動/停止控制：按下操作面板上的啟動按鈕I0.0，控制生產(chǎn)線設(shè)備啟動Q4.1=1。按下操作面板上的停機按鈕I0.1，控制生產(chǎn)線設(shè)備停止Q4.1=0。3．急停處理（FC10）當(dāng)生產(chǎn)線在運行過程中出現(xiàn)問題時，按下急停按鈕使各執(zhí)行部件立即停止動作，保持在當(dāng)前狀態(tài)。任務(wù)5設(shè)計啟動物料灌裝生產(chǎn)線運行的程序注意：為保證能夠可靠停機，停機按鈕和急停按鈕是接在常閉觸點上的。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計113/144數(shù)據(jù)傳送指令S7-300CPU有兩個累加器ACCU1和ACCU2。執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送指令MOVE指令時，先將ACCU1的數(shù)據(jù)傳送給ACCU2，再將輸入端的數(shù)據(jù)送到ACCU1。S7-400CPU有四個累加器ACCU1、ACCU2、ACCU3和ACCU4。同S7-300CPU一樣，執(zhí)行MOVE指令時，是依次傳送的。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計114/144數(shù)據(jù)傳送指令注意：1.數(shù)據(jù)源與目的地址要匹配。整數(shù)要占用16位地址，雙整數(shù)和實數(shù)要占用32位地址。2.S7-300/400CPU的累加器是32位的，如果數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)小于32位，則累加器空出的高位用0填充。如果目的地址的長度小于32位，則只能將累加器低字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送到目的地址，高字節(jié)的信息丟失。

2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計115/144計數(shù)器指令每個計數(shù)器占用計數(shù)器狀態(tài)的1位地址空間和計數(shù)值的16位地址空間，計數(shù)范圍為0～+999。加減計數(shù)器——S_CUD加計數(shù)器——S_CU減計數(shù)器——S_CD2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計116/144計數(shù)器各引腳的功能

R——清零端。R端的上升沿使計數(shù)器的值清零。PV——給計數(shù)器賦初值端。初值前需加“C#”修飾。計數(shù)器的值在初值的基礎(chǔ)上加1或減1。S——置初值端。S端的上升沿觸發(fā)賦初值動作，將PV端的初值送給計數(shù)器。CD——減計數(shù)脈沖輸入端，上升沿觸發(fā)計數(shù)器的值減1。計數(shù)值減到最小值0以后，計數(shù)器不再動作，保持0不變。CU——加計數(shù)脈沖輸入端，上升沿觸發(fā)計數(shù)器的值加1。計數(shù)值達到最大值999以后，計數(shù)器不再動作，保持999不變。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計117/144計數(shù)器各引腳的功能

CV_BCD——當(dāng)前計數(shù)值以BCD碼格式輸出端。CV——當(dāng)前計數(shù)值以二進制格式輸出端。Q——計數(shù)器狀態(tài)輸出端。Q端的狀態(tài)與計數(shù)器的位地址（C5）狀態(tài)相同，只有當(dāng)計數(shù)器的值為0時，Q端輸出“0”信號；否則，只要計數(shù)器的值不為0，Q端就輸出“1”信號。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計118/144加減計數(shù)器的功能圖

6543210CUCDSRCountQ2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計119/144定時器指令每個定時器占用定時器狀態(tài)的1位地址空間和定時時間值的16位地址空間。PULSE——脈沖定時器PEXT——擴展脈沖定時器ODT——接通延時定時器ODTS——帶保持的接通延時定時器OFFDT——關(guān)斷延時定時器2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計120/144定時器的數(shù)據(jù)格式10ms～9990s（2h46m30s）S5T#1h30mS5T#15m20sS5T#16s100ms等定時時間值的格式定時器時間范圍固定的時間值輸入格式定時時間值以BCD碼的格式存放，BCD碼的低3組存放時間常數(shù)，其范圍為0～999。最高1組用于定義時間基準(zhǔn)，分別為0.01s、0.1s、1s和10s2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計121/144接通延時定時器ODT

定時器操作QS處的RLOR處的RLOTVTVS——定時器啟動端TV——定時時間值輸入端R——定時器復(fù)位端BI——以二進制格式表示的剩余時間常數(shù)值BCD——以BCD碼格式表示的剩余時間常數(shù)值Q——定時器狀態(tài)輸出端2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計122/144可變的定時時間001001100000000010分鐘為600秒，時基取1秒001010010000000015分鐘為900秒，時基取1秒2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計123/144帶保持的接通延時定時器ODTS

S處的RLOR處的RLO定時器操作QTVTV2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計124/144關(guān)斷延時定時器OFFDT

S處的RLOR處的RLO定時器操作QTVTV2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計125/144脈沖定時器PULSE

S處的RLOR處的RLO定時器操作QTV2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計126/144擴展脈沖定時器PEXT

S處的RLOR處的RLO定時器操作QTVTV2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計127/144定時器指令

注意：

S7-300/400的定時器不是在掃描周期開始或執(zhí)行定時器指令時被刷新，而是由系統(tǒng)按基準(zhǔn)時間進行刷新。當(dāng)掃描周期大于定時器的基準(zhǔn)時間時，在一個掃描周期里，該定時器可能被刷新多次，導(dǎo)致其當(dāng)前值和觸點狀態(tài)在一個掃描周期里前后會不一致。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計128/144任務(wù)6設(shè)計物料灌裝生產(chǎn)線自動運行的程序1．自動循環(huán)灌裝程序（FC30）（1）生產(chǎn)線運行后（Q4.1＝1），傳送帶電機正向運轉(zhuǎn)（Q8.5＝1），直到灌裝位置傳感器I8.6檢測到有瓶子，傳送帶停下來（Q8.5＝0）。（2）到達灌裝位置開始灌裝，灌裝閥門打開（Q8.4=1），灌裝時間5秒。瓶子灌滿后灌裝閥門關(guān)閉（Q8.4=0），傳送帶繼續(xù)向前運動（Q8.5＝1）。（3）按下停止按鈕I0.1，傳送帶停止運動。（4）當(dāng)傳送帶上已經(jīng)沒有瓶子時，傳送帶停止運行。

2．計數(shù)統(tǒng)計程序（FC40）（1）物料灌裝生產(chǎn)線運行后，利用空瓶位置傳感器I8.5和成品位置傳感器I8.7分別對空瓶數(shù)和成品數(shù)進行統(tǒng)計。C1用于統(tǒng)計空瓶數(shù)，C2用于統(tǒng)計成品數(shù)。（2）在數(shù)碼管（QW6）上顯示成品數(shù)。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計129/1443．完善手動運行程序（FC20）為防止電動機正反轉(zhuǎn)頻繁切換造成負載變化太大，電動機正反向切換之間要有時間限制，切換時間間隔要在2秒鐘以上。即：點動電動機正轉(zhuǎn)停下來2秒鐘后點動反轉(zhuǎn)才有效；點動電動機反轉(zhuǎn)停下來2秒鐘后點動正轉(zhuǎn)才有效。任務(wù)6設(shè)計物料灌裝生產(chǎn)線自動運行的程序2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計130/144基本數(shù)學(xué)運算指令

整數(shù)加整數(shù)減整數(shù)乘整數(shù)除雙整數(shù)加雙整數(shù)減雙整數(shù)乘雙整數(shù)除雙整數(shù)取余數(shù)實數(shù)加實數(shù)減實數(shù)乘實數(shù)除求實數(shù)的絕對值求平方根求平方求自然對數(shù)求指數(shù)值求正弦值求余弦值求正切值求反正弦值求反余弦值求反正切值注意：執(zhí)行基本數(shù)學(xué)運算指令時，輸入端參與運算的兩個數(shù)的類型要與指令的類型相一致。結(jié)果的地址要與數(shù)據(jù)類型的長度相匹配。浮點數(shù)運算指令中三角函數(shù)類指令的角度單位為弧度。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計131/144比較指令

注意：參與比較的兩個數(shù)的類型要與指令的類型相一致。④①②③等于——EQ不等于——NE大于——GT小于——LT大于等于——GE小于等于——LE2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計132/144轉(zhuǎn)換指令

16位BCD碼轉(zhuǎn)換為整數(shù)整數(shù)轉(zhuǎn)換為16位BCD碼整數(shù)轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)32位BCD碼轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為32位BCD碼雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實數(shù)求整數(shù)的反碼求雙整數(shù)的反碼求整數(shù)的補碼求雙整數(shù)的補碼實數(shù)的符號取反4舍6入5取偶（使結(jié)果為偶數(shù)）舍小數(shù)取整向上取整向下取整注意：

BCD_I指令輸入端的數(shù)據(jù)類型必須為BCD碼，否則將引發(fā)BCD碼轉(zhuǎn)換錯誤，導(dǎo)致CPU停機故障。I_BCD指令輸入端的數(shù)據(jù)如果超出允許的數(shù)值范圍±999，則轉(zhuǎn)換不被執(zhí)行，輸入端的數(shù)據(jù)直接送入輸出端。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計133/144整數(shù)與實數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

注意：數(shù)據(jù)源地址和目的地址要與數(shù)據(jù)類型相匹配。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計134/144任務(wù)7生產(chǎn)線數(shù)據(jù)處理1．由于計數(shù)器能夠統(tǒng)計的數(shù)值范圍有限（0～+999），編寫計數(shù)統(tǒng)計程序FC42，改用加法指令實現(xiàn)計數(shù)統(tǒng)計，空瓶數(shù)保存在MW30，成品數(shù)保存在MW32。2．計算廢品率（%），保存在MD50。3．當(dāng)廢品率超過10%時，Q8.4指示燈閃亮。4．計算包裝箱數(shù)（1箱24瓶），保存在MW36，將包裝箱數(shù)顯示在數(shù)碼管上。5．手動模式下，按下計數(shù)值清零按鈕I1.0，使空瓶數(shù)MW30、成品數(shù)MW32、廢品率MD50和數(shù)碼顯示值清零。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計135/144程序調(diào)試方法S7-PLCSIM仿真軟件2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計136/144使用程序編輯器調(diào)試程序切換顯示的數(shù)據(jù)格式修改位變量的值修改數(shù)值變量的值2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計137/144使用變量表調(diào)試程序SIMATICManagerLAD/STL/FBD編輯器2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計138/144設(shè)置“監(jiān)視/修改變量”觸發(fā)點循環(huán)程序執(zhí)行的開始循環(huán)程序的結(jié)束轉(zhuǎn)換：

RUN-->STOP循環(huán)程序

執(zhí)行PIIPIQ監(jiān)視變量

修改變量(根據(jù)觸發(fā)點)更新監(jiān)視數(shù)值

激活修改數(shù)值(一次監(jiān)視/修改)設(shè)定觸發(fā)點2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計139/144監(jiān)視/修改變量

2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計140/144數(shù)據(jù)塊（DB）的使用功能FC10功能FC20功能塊FB1OB1全局?jǐn)?shù)據(jù)DB20所有程序塊都可以訪問背景數(shù)據(jù)DB5FB1的背景DB2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計141/144STEP7的數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型(到32位)?

位數(shù)據(jù)類型(BOOL,BYTE,WORD,DWORD,CHAR)?

數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)類型(INT,DINT,REAL)?

定時器類型(S5TIME,TIME,DATE,TIME_OF_DAY)復(fù)雜數(shù)據(jù)類型(長于32位)?

時間(DATE_AND_TIME)?

矩陣

(ARRAY)?

結(jié)構(gòu)

(STRUCT)?

字符串

(STRING)2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計142/144新建立數(shù)據(jù)塊2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計143/144定義數(shù)據(jù)塊列說明地址顯示完成聲明的輸入后由STEP7自動為變量分配的地址名稱此處輸入必須分配給每個變量的符號名類型輸入想要分配給變量的數(shù)據(jù)類型(BOOL、INT、WORD、ARRAY等)變量可以具有基本數(shù)據(jù)類型、復(fù)雜數(shù)據(jù)類型或者用戶自定義的數(shù)據(jù)類型初始值可在此處輸入初始值，所有的值都必須與數(shù)據(jù)類型相匹配。初始值不寫默認(rèn)為0當(dāng)?shù)谝淮伪４鎵K時，如果還沒有為變量明確定義實際值，那么該初始值將用作實際值注釋在該域中輸入對變量的注釋，注釋最多80個字符2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計144/144保存、下載和監(jiān)視數(shù)據(jù)塊下載監(jiān)視存盤2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計145/144尋址數(shù)據(jù)單元078位數(shù)據(jù)字節(jié)0DBB0數(shù)據(jù)字節(jié)1DBW0數(shù)據(jù)字節(jié)8191DBD8188DBW8190DBB8191數(shù)據(jù)字節(jié)2DBD0數(shù)據(jù)字節(jié)3DBX4.12024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計146/144完全表示方法訪問數(shù)據(jù)塊位訪問

DB5.DBX0.0字節(jié)訪問

DB6.DBB1字訪問

DB8.DBW2雙字訪問

DB2.DBD42024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計147/144復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的應(yīng)用——電動機參數(shù)的結(jié)構(gòu)電動機參數(shù)（Motor_data）數(shù)據(jù)類型額定電流（Rated_current）實數(shù)（Real）啟動電流（Starting_current）實數(shù)（Real）轉(zhuǎn)速（Speed）整數(shù)（Integer）方向（Direction）布爾型（Bool）鍵入db5.motor.speed2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計148/144自定義的數(shù)據(jù)類型的應(yīng)用2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計149/144用數(shù)據(jù)類型生成數(shù)據(jù)塊2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計150/144用數(shù)據(jù)類型定義數(shù)據(jù)2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計151/144恢復(fù)數(shù)據(jù)塊的初值數(shù)據(jù)視圖顯示方式下2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計152/144任務(wù)8應(yīng)用數(shù)據(jù)塊進行計數(shù)統(tǒng)計新建數(shù)據(jù)塊DB40，定義空瓶數(shù)、成品數(shù)、包裝箱數(shù)和廢品數(shù)，數(shù)據(jù)類型為整數(shù)（INT）。定義廢品率，數(shù)據(jù)類型為實數(shù)（REAL）。定義兩個位地址（BOOL）用于記錄空瓶位置傳感器和成品位置傳感器的上升沿。修改計數(shù)統(tǒng)計程序FC42，使用數(shù)據(jù)塊DB40存放數(shù)據(jù)。2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計153/144編輯帶形參的函數(shù)任務(wù)要求——故障報警故障信號故障報警應(yīng)答信號故障記錄2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計154/144定義FC的形式參數(shù)參數(shù)類型定義使用方法圖形顯示輸入?yún)?shù)IN只能讀顯示在函數(shù)塊的左側(cè)輸出參數(shù)OUT只能寫顯示在函數(shù)塊的右側(cè)輸入/輸出參數(shù)IN_OUT可讀/可寫顯示在函數(shù)塊的左側(cè)2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計155/144編輯帶形參的FC

2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計156/144調(diào)用帶形參的FC2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計157/144FB和它的背景數(shù)據(jù)塊定義FB的形參FB的背景數(shù)據(jù)塊2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計158/144編輯帶形參的FB

2024/7/23第4章PLC的軟件設(shè)計159/144