第08章_S7-200 PLC程序设计

第8章S7-200PLC程序设计8.1经验设计法PLC的产生和发展与继电接触器控制系统密切相关，可以采用继电接触器电路图的设计思路来进行PLC程序的设计，即在一些典型梯形图程序的基础上，结合实际控制要求和PLC的工作原理不断修改和完善，这种方法称为经验设计法。8.1.1常用典型梯形图电路1．启保停电路通过分析，可以看出这种电路具备启动（I0.0），保持（Q0.0）和停止（I0.1）的功能，这也是其名称的由来。•2．延时接通/断开电路•3．“长时间”的定时•4．闪烁电路8.1.2PLC程序设计原则1．继电器触点的使用2．梯形图的母线梯形图的每一行都是从左边母线开始，继电器线圈或指令符号接在最右边。S7-200PLC右边的母线未画出。3．指令的输入与输出必须有能流输入才能执行的功能块或线圈指令称为条件输入指令，它们不能直接连接到左侧母线上。有的线圈或功能块的执行与能流无关，应将它们直接接在左侧母线上。不能级连的指令块没有ENO输出端和能流流出。4．程序的结束S7-200PLC编程软件在程序结束时默认有END，RET，RETI等指令，用户不必输入。5．尽量避免双线圈输出使用线圈输出指令时，同一编号的继电器线圈在同一程序中使用两次以上，称为双线圈输出。8.2顺序功能图•8.2.1顺序控制•所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。8.2.2顺序功能图1．步•将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步(Step)。•与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，可以看出图8-8中M0.0为初始步，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。2．活动步当系统正处于某一步所在的阶段时，称该步处于活动状态，即该步为“活动步”，可以通过编程元件的位状态来表征步的状态。步处于活动状态时，执行相应的动作。3．有向连线与转换条件•有向连线表明步的转换过程，即系统输出状态的变化过程。•转换将相邻两步分隔开，表示不同的步或者说系统不同的状态。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。•转换条件是实现步的转换的条件，即系统从一个状态进展到下一个状态的条件。4．与步对应的动作或命令•系统每一步中输出的状态或者执行的操作标注为步对应的动作或命令，用矩形框中的文字或符号表示。表8-1列出了各种动作或命令的表示方法。•如果某一步有几个动作，则要将几个动作全部标注在步的后面，可以平行并列排放，也可以上下排放，如图8-10所示，但同一步的动作之间无顺序关系。5．子步(Microstep)•在顺序功能图中，某一步可以包含一系列子步和转换，通常这些序列表示系统的一个完整的子功能。设计者可以从最简单的对整个系统的全面描述开始，然后画出更详细的顺序功能图，子步中还可以包含更详细的子步。8.2.3顺序控制的设计思想•顺序控制设计法的最基本思想是将系统的一个工作周期划分为称为步的若干个顺序相连的阶段，并用编程元件来代表各步。•用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制可编程序控制器的各输出位，如图8-12所示。•步序发生器根据转换条件发出步序标志；而步序标志再控制相应的操作动作。•经验设计法通过记忆、联锁、互锁等方法来处理复杂的输入输出关系，而顺序控制设计法则是用输入控制代表各步的编程元件（如位存储器M），再通过编程元件来控制输出，实现了输入输出的分离，如图8-13所示。8.2.4顺序功能图的基本结构1．单序列图8-14（a）所示即为单序列的结构。2．选择序列图8-14（b）所示的结构称为选择序列，选择序列的开始称为分支，一般只允许选择一个序列。选择序列的结束称为合并，几个选择序列合并到一个公共序列时，都需要有转换和转换条件来连接它们。3．并列序列图8-14（c）所示的结构称为并列序列，并行序列用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。并行序列的结束称为合并，在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转换符号。8.2.5绘制顺序功能图的基本规则1．转换实现的条件转换实现必须同时满足两个条件：(1)该转换所有的前级步都是活动步；(2)相应的转换条件得到满足。如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现称为同步实现，如图8-15所示。2．转换实现应完成的操作转换实现时应完成以下两个操作：（1）使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步；（2）使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。8.2.6绘制顺序功能图的注意事项（1）顺序功能图中两个步绝对不能直接相连必须用一个转换将它们隔开；（2）顺序功能图中两个转换不能直接相连必须用一个步将它们隔开；（3）顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待启动的初始状态，不要遗漏这一步；（4）实际控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环回路（5）在顺序功能图中，只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步。8.3顺序控制设计法学习了绘制顺序功能图的方法后，对于提供顺序功能图编程语言的PLC在编程软件中生成顺序功能图后便完成了编程工作，而对于没有提供顺序功能图编程语言的PLC则需要根据顺序功能图编写梯形图程序，编程的基础是顺序功能图的规则。8.3.1使用启保停电路1．单序列对于图8-16所示的单序列顺序功能图，采用启保停方法实现的梯形图程序如图8-17所示。•2．选择序列•对于图8-19所示的选择序列顺序功能图，采用启保停方法实现的梯形图程序如图8-20所示。由于步序标志控制输出动作的程序是类似的，在此省略步序后面的动作，而只是说明如何实现步序标志的状态控制。•3．并列序列对于图8-21所示的并列序列顺序功能图，采用启保停方法实现的梯形图程序如图8-22所示。图8-22并列序列的梯形图实现图8-23启保停电路的时序图8.3.2使用置位复位指令1．单序列对于图8-16所示的单序列顺序功能图，采用置位复位法实现的梯形图程序如图8-24所示。图8-24单序列顺序功能图的置位复位法实现•2．选择序列对于图8-19所示的选择序列，采用置位复位法实现的梯形图程序如图8-25所示。选择序列的分支如图8-25所示的“网络3”和“网络4”，选择序列的合并如图8-25“网络7”所示。图8-25选择序列的置位复位法实现3．并列序列对于图8-21所示的并列序列，采用置位复位法实现的梯形图程序如图8-26所示。并列序列的分支如图8-26示“网络3”，并列序列的合并如图8-26所示“网络６”。图8-26并列选择序列的置位复位法实现8.3.3使用SCR指令S7-200中的顺序控制继电器（SCR）指令专门用于编制顺序控制程序。一个SCR程序段一般有以下三种功能：(1)驱动处理(2)指定转移条件和目标(3)转移源自动复位功能S7-200PLC提供了三条顺序控制指令：装载SCR指令（LSCR）、SCR传输指令（SCRT）和SCR结束指令（SCRE）。使用SCR指令时有以下的限制：•1）顺序控制继电器指令仅对元件S有效，顺控继电器S也具有一般继电器的功能，所以对它能够使用其它指令；•2）不能把同一个S位用于不同程序中•3）在SCR段中不能使用JMP和LBL指令•SCR段；但可以在SCR段附近使用跳转和标号指令或者在段内跳转；•4）在SCR段中不能使用FOR、NEXT和END指令；•5）在状态发生转移后，所有的SCR段的元器件一般也要复位•6）在使用功能图时，状态器的编号可以不按顺序编排。1．单序列•采用顺序控制继电器作为步序标志写出图8-29所示的单序列顺序功能图，SCR指令实现的梯形图程序如图8-30所示。S0.1S0.0I0.0S0.2I0.1S0.3I0.2I0.3SM0.1Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2图8-29单序列2.选择序列•对于图8-31所示的选择序列，采用SCR指令实现的梯形图程序如图8-32所示，请结合顺序控制指令自行分析。图8-32选择序列的SCR指令实现3.并列序列•对于图8-33所示的并列序列，采用SCR指令实现的梯形图程序如图8-34所示，请结合顺序控制指令自行分析。图8-34并列序列的SCR指令实现8.4使用向导为了减少编写程序的难度，S7-200的编程软件STEP7Micro/Win设置了各种指令向导。下面以PID指令向导为例来说明向导的使用。8.4.1使用PID指令向导及编写程序图8-35PID回路选择对话框单击图8-35“下一步”，进入“PID参数设置”对话框，如图8-36所示。图8-36PID参数设置对话框图8-36•单击图8-36“下一步”，进入PID输入输出参数设定对话框，如图8-37所示.图8-37•单击图8-37“下一步”，进入回路报警设定对话框，如图8-38所示。图8-38回路报警设定对话框•单击图8-38“下一步”，为PID指令向导分配存储区，如图8-39所示。图8-39分配存储区对话框•单击图8-39中“下一步”，则进入定义向导所生成的PID初始化子程序和中断程序名及手/自动模式对话框，如图8-40所示。可以选择添加PID手动控制模式。图8-40定义向导所生成的PID初始化子程序和中断程序名及手/自动模式对话框•单击图8-40“下一步”，生成PID子程序、中断程序及符号表等，即完成PID向导的组态。图8-41PID向导生成的符号表示例•图8-42所示为在主程序调用PID子程序的清单及注释。调用PID子程序时，不用考虑中断程序。子程序会自动初始化相关的定时中断处理事项，然后中断程序会自动执行。8.4.2PID参数自整定与PID调节控制面板新型S7-200PLC具有PID参数自整定功能，编程软件STEP7Micro/WINV4.0版本增加了PID调节控制面板。用PID调节控制面板可以启动、中止自整定过程。控制面板用图形方式监视整定的结果，还可以显示可能产生的错误或警告。1．自整定的基本方法与自整定过程（1）基本方法（2）自整定的条件•要进行自整定的回路必须处于自动模式，回路的输出必须由PID指令来控制。•在启动自整定之前，控制过程应处于一种稳定状态。•整定过程在回路输出中加入一些小的阶跃变化，使控制过程产生振荡。如果回路输出值接近其控制范围的任何一端，自整定过程引入的阶跃变化可能使输出值超出上限或下限。（3）自动确定滞后和偏差•参数“滞后”（Hysteresis）指定了过程变量相对于给定值的正负偏移量，过程变量在这个偏移范围内时，不会使继电控制器改变输出值。•参数“偏差”(Deviation)指定了希望的过程变量围绕给定值的峰-峰值波动量。•自整定除了推荐整定值外，还可以自动确定滞后值和过程变量峰值偏差值。•如果选择自动计算滞后值，PID自整定会启动一个滞后运算序列，在一段时间内对过程变量值采样，然后根据采样结果计算出标准偏差。•在自动滞后计算过程中不会进行正常的PID计算。（4）自整定过程•在确定了滞后值和偏差值之后，将初始阶跃施加到PID的输出量，开始执行自整定过程。PID输出值的阶跃变化会使过程变量值产生相应的变化。在发生过零事件时，自整定将向相反方向改变输出值，如图8-43所示。•自整定继续对过程变量进行采样，并等待下一个过零事件，该过程总共需要12次过零才能完成。过程变量的峰-峰值（峰值偏差）和过零事件产生的速率都与控制过程的动态特性直接相关。•过程变量振荡的频率和幅度代表了控制过程的增益和自然频率。•自整定过程完成后，回路的输出将恢复到初始值，在下一扫描周期开始正常的PID计算。图8-43自整定过程的波形图（5）错误报警在自整定执行过程中会产生3种警告。用回路表的ASTAT域中的3位来表示这3种警告，并且一旦被置位，将会一直保持到下一次自整定序列启动。1）当偏移设定没有超过滞后设定的4倍时产生警告0。2）在自整定过程最开始的2.5个循环周期内，如果两次峰值误差超出8倍，产生警告