PLC-S7-300400的编程语言与指令系统

S7-300/400的编程语言与指令系统3.1S7-300/400的编程语言3.1.1PLC编程语言的国际标准IEC61131是PLC的国际标准，1992～1995年发布了IEC61131标准中的1～4部分，我国在1995年11月发布了GB/T15969-1/2/3/4(相当于IEC61131-1/2/3/4)。IEC61131-3广泛地应用PLC、DCS和工控机、“软件PLC”、数控系统、RTU等产品。定义了5种编程语言1)指令表IL(Instructionlist)：西门子称为语句表STL。2)结构文本ST(Structuredtext)：西门子称为结构化控制语言（SCL）。3)梯形图LD(Ladderdiagram)：西门子简称为LAD。4)功能块图FBD(Functionblockdiagram)。5)顺序功能图SFC(Sequentialfunctionchart)：对应于西门子的S7Graph。3.1.2STEP7中的编程语言梯形图、语句表和功能块图是3种基本编程语言，可以相互转换。1．顺序功能图(SFC)：STEP7中的S7Graph2．梯形图(LAD)直观易懂，适合于数字量逻辑控制。“能流”(Powerflow)与程序执行的方向。3.语句表(STL)：功能比梯形图或功能块图强。4．功能块图(FBD)：“LOGO！”系列微型PLC使用功能块图编程。5．结构文本(ST)：STEP7的S7SCL（结构化控制语言）符合EN61131-3标准。SCL适合于复杂的公式计算、复杂的计算任务和最优化算法，或管理大量的数据等。6．S7HiGraph编程语言图形编程语言S7HiGraph属于可选软件包，它用状态图（stategraphs）来描述异步、非顺序过程的编程语言。7．S7CFC编程语言可选软件包CFC（ContinuousFunctionChart，连续功能图）用图形方式连接程序库中以块的形式提供的各种功能。8．编程语言的相互转换与选用在STEP7编程软件中，如果程序块没有错误，并且被正确地划分为网络，在梯形图、功能块图和语句表之间可以转换。如果部分网络不能转换，则用语句表表示。语句表可供喜欢用汇编语言编程的用户使用。语句表的输入快，可以在每条语句后面加上注释。设计高级应用程序时建议使用语句表。梯形图适合于熟悉继电器电路的人员使用。设计复杂的触点电路时最好用梯形图。功能块图适合于熟悉数字电路的人使用。S7SCL编程语言适合于熟悉高级编程语言（例如PASCAL或C语言）的人使用。S7Graph、HiGraph和CFC可供有技术背景，但是没有PLC编程经验的用户使用。S7Graph对顺序控制过程的编程非常方便，HiGraph适合于异步非顺序过程的编程，CFC适合于连续过程控制的编程。3.2S7-300/400CPU的存储区3.2.1数制1．二进制数二进制数的1位（bit）只能取0和1这两个不同的值，用来表示开关量的两种不同的状态。该位的值与线圈、触点的关系。ON/OFF，TURE/FALSE。二进制常数：2#1111_0110_1001_0001。2．十六进制数十六进制的16个数字是0～9和A～F,每个占二进制数的4位。B#16#，W#16#，DW#16#，W#16#13AF（13AFH）。逢16进1，例如B#16#3C＝3×16＋12＝60。表3-1不同进制的数的表示方法十进制数八进制数十六进制数二进制数BCD码01230123012300000000010001000011000000000000000100000010000000114567891011121314151617456710111213141516172021456789ABCDEF1011001000010100110001110100001001010100101101100011010111001111100001000100000100000001010000011000000111000010000000100100010000000100010001001000010011000101000001010100010110000101113．BCD码BCD码用4位二进制数表示一位十进制数，十进制数9对应的二进制数为1001。最高4位用来表示符号，16/32位BCD码的范围。BCD码实际上是十六进制数，但是各位之间逢十进一。296对应的BCD码为W#16#296，或2#0000001010010110。2#0000000100101000对应的十进制数也是296，对应的十进制数为。3.2.2基本数据类型1．位（bit）：位数据的数据类型为BOOL（布尔）型。I3.2的意义。2．字节（Byte）3．字(Word)表示无符号数。取值范围为W#16#0000～W#16#FFFF。4．双字（DoubleWord）表示无符号数。范围DW#16#0000_0000～DW#16#FFFF_FFFF。5．16位整数（INT，Integer）是有符号数，补码。最高位为符号位，为0时为正数，取值范围为32768～32767。6．32位整数（DINT，DoubleInteger）最高位为符号位，取值范围为2147483648～2147483647。图3-6字节、字和双字7．32位浮点数浮点数又称实数（REAL），表示为1.m，例如123.4可表示为1.234。指数E是有符号数。根据ANSI/IEEE标准浮点数＝1.m式中指数e=E+127（1≤e≤254），为8位正整数。ANSI/IEEE标准浮点数占用一个双字（32位）。因为规定尾数的整数部分总是为1，只保留尾数的小数部分m（0～22位）。浮点数的表示范围为±1.175495～±3.4028231038。图3-7浮点数的结构用很小的存储空间（4个字节）可以表示非常大和非常小的数。PLC输入和输出的数值大多是整数，浮点数的运算速度比整数运算的慢。L#为32位双整数常数，例如L#+5。P#为地址指针常数，例如P#M2.0是M2.0的地址。S5T#是16位S5时间常数，格式为S5T#aD_bH_cM_dS_eMS。S5T#4S30MS=4s30ms，取值范围为S5T#0～S5T#2H_46M_30S_0MS（9990s），时间增量为10ms。C#为计数器常数（BCD码），例如C#250。8位ASCII字符用单引号表示，例如‘ABC’。T#为带符号的32位IEC时间常数:T#1D_12H_30M_0S_250MS。DATE是IEC日期常数，例如D#2004-1-15。取值范围D#1990-1-1～D#2168-12-31。TOD#是32位实时时间（Timeofday）常数，例如TOD#23:50:45.300。B（b1，b2）、B（b1，b2，b3，b4）用来表示2个字节或4个字节常数。3.2.3复合数据类型与参数类型1．复合数据类型通过组合基本数据类型和复合数据类型可以生成下面的数据类型：(1)数组（ARRAY）将一组同一类型的数据组合在一起。(2)结构（STRUCT）将一组不同类型的数据组合在一起。(3)字符串（STRING）是最多有254个字符（CHAR）的一维数组。(4)日期和时间（DATE_AND_TIME）用于存储年、月、日、时、分、秒、毫秒和星期，占用8个字节，用BCD格式保存。星期天、星期一～星期六的代码为1～7。例如DT#2004-07-15-1230:15.200为2004年7月15日12时30分15.2秒。(5)用户定义的数据类型UDT(user-defineddatatypes)。在数据块DB和逻辑块的变量声明表中定义复合数据类型。2．参数类型为在逻辑块之间传递参数的形参（formalparameter，形式参数）定义的数据类型：(1)TIMER（定时器）和COUNTER（计数器）：对应的实参（actualparameter，实际参数）应为定时器或计数器的编号，例如T3，C21。(2)BLOCK（块）：指定一个块用作输入和输出，实参应为同类型的块。(3)POINTER（指针）：指针用地址作为实参，例如P#M50.0。(4)ANY：用于实参的数据类型未知或实参可以使用任意数据类型的情况，占10个字节。3.2.5系统存储器1．过程映像输入/输出（I/Q）在扫描循环开始时，CPU读取数字量输入模块的输入信号的状态，并将它们存入过程映像输入（processimageinput，PII）中。在扫描循环中，用户程序计算输出值，并将它们存入过程映像输出表（processimageoutput，PIQ）。在循环扫描结束时将过程映像输出表的内容写入数字量输出模块。I和Q均可以按位、字节、字和双字来存取，例如I0.0、IB0、IW0和ID0。与直接访问I/O模块相比有延迟，在一个扫描周期内I/O保持不变，比访问模块更快。6．外设I/O区（PI/PO）外设输入（PI）和外设输出（PQ）区允许直接访问本地的和分布式的输入模块和输出模块。可以按字节（PIB或PQB）、字（PIW或PQW）或双字（PID或PQD）存取，不能以位为单位存取PI和PO。2．内部存储器标志位（M）存储器区3．定时器（T）存储器区时间值可以用二进制或BCD码方式读取。4．计数器（C）存储器区计数值（0～999）可以用二进制或BCD码方式读取。5．共享数据块（DB）与背景数据块（DI）DB为共享数据块，DBX2.3、DBB5、DBW10和DBD12。DI为背景数据块，DIX3.5、DIB2、DIW4和DID6。3.2.6CPU中的寄存器1．累加器（ACCUx）累加器用于处理字节、字或双字的寄存器。S7-300有两个32位累加器（ACCU1和ACCU2），S7-400有4个累加器（ACCU1～ACCU4）。数据放在累加器的低端（右对齐）。2．状态字寄存器（16位）首次检测位/FC,逻辑运算结果（RLO）；状态位STA不能用指令检测；OR位暂存逻辑“与”的操作结果（先与后或）；图3-9状态字的结构算术运算或比较指令执行时出现错误，溢出位OV被置1。OV位被置1时溢出状态保持位OS位也被置1，OV位被清0时OS仍保持为1，用于指明前面的指令执行过程中是否产生过错误。条件码1（CC1）和条件码0（CCO）综合起来用于表示在累加器1中产生的算术运算或逻辑运算的结果与0的大小关系、比较指令的执行结果或移位指令的移出位状态。二进制结果位（BR）对应于梯形图中的ENO，在一段既有位操作又有字操作的程序中，用于表示字操作结果是否正确。在梯形图的方框指令中，BR位与ENO输出的能流有对应关系，用于表明方框指令是否被正确执行：如果执行出现了错误，BR位为0，ENO也为0；如果功能被正确执行，BR位为1，ENO也为1。将下图转换为语句表时，将会出现“ABR”指令。A(AI0.1JNB_001LMW2TMW4SET//RLO置1SAVE//RLO保存到BRCLR//RLO清零_001:ABR)JNB_002LIB2TIB8_002:NOP03．数据块寄存器：DB和DI寄存器分别用来保存打开的共享数据块和背景数据块的编号。3.3位逻辑指令位逻辑指令用于二进制数的逻辑运算。位逻辑运算的结果简称为RLO。3.3.1触点指令1.触点与线圈A（And，与）指令来表示串联的常开触点。O(Or，或)指令来表示并联的常开触点。AN(AndNot，与非)来表示串联的常闭触点。ON(OrNot)来表示并联的常闭触点。输出指令“=”将RLO写入地址位，与线圈相对应。A(AI0.0ANI0.1OI0.2)AI0.3ONC5=L20.0AL20.0=Q4.3AL20.0=Q4.4AL20.0ANI3.4=Q4.6L20.0是局域变量。将梯形图转换为语句表时，局域变量L20.0是自动分配的。A*B+C*D=Q(A+B)*(C+D)=Q4．中线输出指令下面是图3-14(b)中第一行对应的语句表。AI0.0ANI0.1=M0.1AM0.1AI0.3=Q4.3后执行的优先Network1：AI0.3