电气控制与PLC应用(第2版)[陈建明]第5章

主编：陈建明副主编：巫付专朱晓东熊军华电气控制与PLC应用（第五章）第5章S7-200PLC的指令系统学习目标：◆熟练掌握梯形图和语句表的编程方法，掌握基本指令和功能指令中的常用指令，了解和会用其他指令。通过对本章的学习，做到可以根据需要编制出结构较复杂的控制程序。第5章S7-200PLC的指令系统教学内容：5.1S7-200PLC编程基础5.2S7-200PLC的基本指令及编程方法5.3S7-200PLC的功能指令及编程方法第5章S7-200PLC的指令系统S7-200系列PLC主机中有两类指令集：IEC1131—3指令集；SIMATIC指令集。IEC1131—3指令集是国际电工委员会（IEC）制定的PLC国际标准1131—3ProgrammingLanguage(编程语言)中推荐的标准语言，只能用梯形图（LAD）和功能块图（FBD）编程语言编程，通常指令执行时间较长。SIMATIC指令集是西门子公司为S7-200PLC设计的编程语言，该指令通常执行时间短，而且可以用梯形图（LAD）、功能块图（FBD）和语句表（STL）三种编程语言。5.1S7-200PLC编程基础5.1.1编程语言SIMATIC指令集是西门子公司专为S7-200PLC设计的编程语言。该指令集中，大多数指令也符合IEC1131—3标准。SIMATIC指令集不支持系统完全数据类型检查。使用SIMATIC指令集，可以用梯形图（LAD）、功能块图（FBD）和语句表（STL）编程语言编程。返回5.1.1编程语言1.梯形图（LAD）编程语言图5-1梯形图（LAD）◆梯形图（LAD）是与电气控制电路相呼应的图形语言。它沿用了继电器、触头、串并联等术语和类似的图形符号，并简化了符号，还增加了一些功能性的指令。梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列，最左边的竖线称为起始母线也叫左母线，然后按一定的控制要求和规则连接各个接点，最后以继电器线圈（或再接右母线）结束，称为一逻辑行或叫一“梯级”。通常一个梯形图中有若干逻辑行（梯级），形似梯子，如图5-1所示。右母线省略2.功能块图（FBD）编程语言5.1.1编程语言图5-2功能块图（FBD）对应图5-1中的I0.1长闭触点◆功能块图（FBD）类似于普通逻辑功能图，它沿用了半导体逻辑电路的逻辑框图的表达方式。一般用一种功能方框表示一种特定的功能，框图内的符号表达了该功能块图的功能。功能块图通常有若干个输入端和若干个输出端。输入端是功能块图的条件，输出端是功能块图的运算结果。5.1.1编程语言3.语句表（STL）编程语言语句表（STL）是用助记符来表达PLC的各种控制功能的。它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言更直观易懂，编程简单，因此也是应用很广泛的一种编程语言。这种编程语言可使用简易编程器编程，但比较抽象，一般与梯形图语言配合使用，互为补充。图5-3语句表（STL）通常梯形图（LAD）程序、功能块图（FBD）程序、语句表（STL）程序可有条件的方便地转换（以网络为单位转换）。但是，语句表（STL）可以编写梯形图（LAD）或功能块图（FBD）无法实现的程序。5.1.2数据类型1.基本数据类型及数据类型检查(1)基本数据类型S7-200PLC的指令参数所用的基本数据类型有:1位布尔型（BOOL）8位字节型（BYTE）16位无符号整数型（WORD）16位有符号整数型（INT）32位无符号双字整数型（DWORD）32位有符号双字整数型（DINT）32位实数型（REAL）。实数型（REAL）是按照ANSI/IEEE754—1985标准（单精度）的表示格式规定。返回5.1.2数据类型(2)数据类型检查PLC对数据类型检查有助于避免常见的编程错误。数据类型检查分为三级：完全数据类型检查、简单数据类型检查和无数据类型检查S7-200PLC的SIMATIC指令集不支持完全数据类型检查。使用局部变量时，执行简单数据类型检查；使用全局变量时，指令操作数为地址而不是可选的数据类型时，执行无数据类型检查。完全数据类型检查时，用户选定的数据类型和等价的数据类型如表5-1所示。简单数据类型检查时用户选定的数据类型和等价的数据类型如表5-2所示。在无数据类型检查时，用户选定地址与分配的等价数据类型如表5-3所示。5.1.2数据类型用户选定的数据类型与之等价的数据类型BOOLBOOLBYTEBYTEWORDWORDINTINTDWORDDWORDDINTDINTREALREAL用户选定的数据类型与之等价的数据类型BOOLBOOLBYTEBYTEWORDWORD，INTINTWORD，INTDWORDDWORD，DINTDINTDWORD，DINTREALREAL用户选定的数据类型与之等价的数据类型V0.0BOOLVB0BYTEVW0WORD，INTVD0DWORD,DINT，REAL表5-1完全数据类型检查表5-2简单数据类型检查表5-3无数据类型检查5.1.2数据类型2.数据长度与数值范围CPU存储器中存放的数据类型可分为BOOL、BYTE、WORD、INT、DWORD、DINT、REAL。不同的数据类型具有不同的数据长度和数值范围。在上述数据类型中，用字节（B）型、字（W）型、双字（D）型分别表示8位、16位、32位数据的数据长度。不同的数据长度对应的数值范围如表5-4所示。SIMATIC指令集中，指令的操作数是具有一定的数据类型和长度。如整数乘法指令的操作数是字型数据；数据传送指令的操作数可以是字节或字或双字型数据。由于S7-200SIMATIC指令集不支持完全数据类型检查。因此编程时应注意操作数的数据类型和指令标识符相匹配。5.1.3存储器区域PLC的存储器分为程序区、系统区、数据区。程序区用于存放用户程序，存储器为EEPROM。系统区用于存放有关PLC配置结构的参数，如PLC主机及扩展模块的I/O配置和编址、配置PLC站地址，设置保护口令、停电记忆保持区、软件滤波功能等，存储器为EEPROM。数据区是S7-200CPU提供的存储器的特定区域。它包括输入映象寄存器（I）、输出映像寄存器（Q）、变量存储器（V）、内部标志位存储器（M）、顺序控制继电器存储器（S）、特殊标志位存储器（SM）、局部存储器（L）、定时器存储器（T）、计数器存储器（C）、模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出映像寄存器（AQ）、累加器（AC）、高速计数器（HC）。存储器为EEPROM和RAM。返回5.1.3存储器区域1.数据区存储器的地址表示格式(1)位地址格式数据区存储器区域的某一位的地址格式为：Ax.y。必须指定存储器区域标识符A、字节地址x及位号y。例I4.5表示图5-4中黑色标记的位地址。I是变量存储器的区域标识符，4是字节地址，5是位号，在字节地址4与位号5之间用点号“.”隔开。存储器是由许多存储单元组成，每个存储单元都有惟一的地址，可以依据存储器地址来存取数据。数据区存储器地址的表示格式有位、字节、字、双字地址格式。5.1.3存储器区域图5-4位寻址格式MSB表示最高位LSB表示最低位5.1.3存储器区域(2)字节、字、双字地址格式数据区存储器区域的字节、字、双字地址格式为：ATx。必须指定区域标识符A、数据长度T以及该字节、字或双字的起始字节地址x。图5-5中，用VB100、VW100、VD100分别表示字节、字、双字的地址。VW100由VB100、VB101两个字节组成；VD100由VB100~VB103四个组成。图5-5字节、字、双字寻址格式5.1.3存储器区域(3)其他地址格式数据区存储器区域中，还包括定时器存储器（T）、计数器存储器（C）、累加器（AC）、高速计数器（HC）等，它们是模拟相关的电器元件的。它们的地址格式为：Ay。由区域标识符A和元件号y组成，例T24表示某定时器的地址，T是定时器的区域标识符，24是定时器号，同时T24又可表示此定时器的当前值。(1)输入/输出映像寄存器（I/Q）①输入映像寄存器（I）PLC的输入端子是从外部接收输入信号的窗口。每一个输入端子与输入映像寄存器（I）的相应位相对应。输入点的状态，在每次扫描周期开始（或结束）时进行采样，并将采2.数据区存储器区域5.1.3存储器区域样值存于输入映像寄存器，作为程序处理时输入点状态的依据。输入映像寄存器的状态只能由外部输入信号驱动，而不能在内部由程序指令来改变。输入映像寄存器（I）的地址格式为：位地址：I[字节地址].[位地址]，如I0.1。字节、字、双字地址：I[数据长度][起始字节地址]，如IB4、IW6、ID10。CPU226模块输入映像寄存器的有效地址范围为：I（0.0~15.7）；IB（0~15）；IW（0~14）；ID（0~12）。5.1.3存储器区域②输出映像寄存器（Q）每一个输出模块的端子与输出映像寄存器的相应位相对应。CPU将输出判断结果存放在输出映像寄存器中，在扫描周期的结尾，CPU以批处理方式将输出映像寄存器的数值复制到相应的输出端子上。通过输出模块将输出信号传送给外部负载。输出映像寄存器（Q）地址格式为：位地址：Q[字节地址].[位地址]，如Q1.1字节、字、双字地址：Q[数据长度][起始字节地址]，如QB5、QW8、QD11。CPU226模块输出映像寄存器的有效地址范围为：Q（0.0~15.7）；QB（0~15）；QW（0~14）；QD（0~12）。5.1.3存储器区域在程序的执行过程中，对于输入或输出的存取通常是通过映像寄存器，而不是实际的输入、输出端子。S7-200CPU执行有关输入输出程序时的操作过程如图5-6所示。图5-6S7-200CPU输入、输出的操作返回5.1.3存储器区域(2)内部标志位存储器（M）内部标志位存储器（M）也称内部线圈，是模拟继电器控制系统中的中间继电器，它存放中间操作状态，或存储其他相关的数据。内部标志位存储器（M）以位为单位使用，也可以字节、字、双字为单位使用。内部标志位存储器（M）的地址格式为：位地址：M[字节地址].[位地址]，如M26.7。字节、字、双字地址：M[数据长度][起始字节地址]，如MB11、MW23、MD26。CPU226模块内部标志位存储器的有效地址范围为：M（0.0~31.7）；MB（0~31）；MW（0~30）；MD（0~28）。5.1.3存储器区域(3)变量存储器（V）变量存储器（V）存放全局变量、存放程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果或其他相关的数据。变量存储器是全局有效。全局有效是指同一个存储器可以在任一程序分区（主程序、子程序、中断程序）被访问。V存储器的地址格式为：位地址：V[字节地址].[位地址]，如V10.2。字节、字、双字地址：V[数据长度][起始字节地址]，如VB20、VW100、VD320。CPU226模块变量存储器的有效地址范围为：V（0.0~5119.7）；VB（0~5119）；VW（0~5118）；VD（0~5116）。5.1.3存储器区域(4)局部存储器（L）局部存储器用来存放局部变量。局部存储器是局部有效的。局部有效是指某一局部存储器只能在某一程序分区（主程序或子程序或中断程序）中使用。S7-200PLC提供64个字节局部存储器,局部存储器可用作暂时存储器或为子程序传递参数。可以按位、字节、字、双字访问局部存储器。可以把局部存储器作为间接寻址的指针，但是不能作为间接寻址的存储器区。局部存储器（L）的地址格式为：位地址：L[字节地址].[位地址]，如L0.0。字节、字、双字地址：L[数据长度][起始字节地址]，如LB33、LW44、LD55。CPU226模块局部存储器的有效地址范围为：L（0.0~63.7）；LB（0~63）；LW（0~62）；LD（0~60）。5.1.3存储器区域(5)顺序控制继电器存储器（S）顺序控制继电器（S）用于顺序控制（或步进控制)。顺序控制继电器指令（SCR）基于顺序功能图（SFC）的编程方式。SCR指令提供控制程序的逻辑分段，从而实现顺序控制。顺序控制继电器存储器（S）的地址格式为