07.S7-1200-PLC基本原理

电气控制与可编程控制器PLC2016年春自动化与电子工程学院邢关生[e-mail]邢关生PART2S7-1200PLC编程及应用第1章.S7-1200PLC基本原理第2章.S7-1200硬件组成与组态第3章.S7-1200程序设计基础第4章.梯形图程序设计方法第5章.S7-1200高级指令第6章.用户程序结构与故障诊断PLC的起源需求的产生：1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司期望找到一种新的方法，尽可能减少重新设计继电器控制系统和重新接线的工作。把计算机通用、灵活、功能完备等优点和继电控制系统的简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置。第一章S7-1200PLC基本原理PLC的起源要求：1、编程方便，现场可修改程序；2、维修方便，采用模块化结构；3、可靠性高于继电接触器控制装置；4、体积小于继电接触器控制装置；5、数据可直接送入管理计算机；6、成本可与继电接触器控制装置竞争；7、输入可以是交流115V；8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器；9、在扩展时，原系统只要很小变更；10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K第一章S7-1200PLC基本原理PLC的起源已变成了实际意义上的一种工业控制计算机随着计算机技术的发展，可编程逻辑控制的功能不断扩展和完善，其功能远远超出了逻辑控制的范围，具有了PID、A/D、D/A、算术运算、数字量智能控制、监控、通信联网等多方面的功能。第一章S7-1200PLC基本原理1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在通用汽车自动装配线上试用成功早期PLC是继电器控制装置的替代物第一章S7-1200PLC基本原理1.1S7-1200的基本硬件构成1.2S7-1200的程序结构1.3S7-1200的工作原理第一章S7-1200PLC基本原理1.1S7-1200的基本硬件构成1.2S7-1200的程序结构1.3S7-1200的工作原理一般的PLC控制系统示意图1.1S7-1200基本硬件构成1.1S7-1200基本硬件构成CPU模块•电源、微处理器、存储器、I/O•Profinet工业以太网接口•高速计数器（100、30kHz）、高速脉冲输出（100kHz）信号板（SB）、信号模块（SM）•扩展I/O点：数字I/O、模拟I/O（DI、DQ、AI、AQ）•DI：接按钮、行程开关、接近开关、继电器触点•AI：接变送器的模拟量信号•DQ：控制接触器、电磁阀、指示灯、数显、报警装置•AQ：控制电动调节阀、变频器通信模块：RS-485或RS-232串行通信S7-1200的构成1.1S7-1200基本硬件构成（1）I/O点数（2）存储器容量（3）扫描速度（4）指令种类和条数（5）内存分配及编程元件的种类和数量此外，不同PLC还有其他一些指标，如编程语言及编程手段、输入/输出方式、特殊功能模块种类、自诊断、监控、主要硬件型号、工作环境及电源等级等。PLC的技术性能指标S7-1200的技术性能指标概览CPU特征CPU1211CCPU1212CCPU1214C3CPUsDC/DC/DC，AC/DC/RLY，DC/DC/RLY集成的工作存储区/KB252550集成的装载存储区/MB112集成的保持存储区/KB222内存卡件可选SIMATIC记忆卡集成的数字量I/O点数6输入/4输出8输入/6输出14输入/10输出集成的模拟量I/O点数2输入过程映像区大小1024字节输入/1024字节输出信号扩展板最多1个信号扩展模块不含最多2个最多8个最大本地数字量I/O点数1482284最大本地模拟量I/O点数3155113S7-1200PLC在西门子PLC系列产品中的定位第一章PLC基本原理1.1S7-1200的基本硬件构成1.2S7-1200的程序结构1.3S7-1200的工作原理1.2S7-1200的程序结构操作系统调用用户程序用户程序按“块”组织，“块”对应于子任务•代码块：组织块（OB）、功能块（FB）、功能（FC）•数据块：背景数据块（DB）、全局数据块（DB）FB与FC的区别：FB有专用的背景数据块，FC没有专用数据块（可指定）背景数据块与全局数据块的区别：全局数据块供所有代码块共享，背景数据块属于对应的FB块简要描述组织块(OB)操作系统与用户程序的接口，决定用户程序的结构功能块(FB)用户编写的包含经常使用的功能的子程序，有专用的背景数据块功能(FC)用户编写的包含经常使用的功能的子程序，没有专用的背景数据块背景数据块(DB)用于保存FB的输入变量、输出变量和静态变量，其数据在编译时自动生成全局数据块(DB)存储用户数据的数据区域，供所有的代码块共享1.2S7-1200的程序结构操作系统调用用户程序用户程序按“块”组织，“块”对应于子任务编程时被调用的块应该是已经存在的块，即应先创建被调用的块及其背景数据块。在块调用中，调用者可以是各种代码块，被调用的块是OB之外的代码块。调用功能时需要为它指定一个背景数据块。嵌套调用:被调用的代码块又可以调用别的代码块。教材P7“块”的调用组织块(OrganizationBlock，OB)是操作系统与用户程序的接口。由操作系统调用。组织块的程序由用户编写。程序循环组织块（OB1）OB1是用户程序中的主程序，CPU循环执行操作系统程序，在每一次循环中，操作系统调用一次OB1。启动组织块(StartupOB)当CPU的工作模式从STOP切换到RUN时，执行一次启动组织块，来初始化“程序循环组织块OB”中的某些变量中断组织块(InterruptOB)中断服务程序。执行完，返回断点。组织块（OB）没有可以调用OB的指令，S7-1200CPU具有基于事件的特性，只有发生了某些特定事件，相应的OB才会被执行19FC和FB是用户程序的子程序FC和FB有与调用它的块共享的输入参数和输出参数。执行完FC和FB后，返回调用它的代码块。FC没有固定的存储区，执行结束后，其临时变量中的数据就丢失了。可以用全局数据块或M存储区来存储那些在功能执行结束后需要保持的数据。CPU执行FB中的程序代码，将块的输入、输出参数和局部静态变量保存在背景数据块中。一个FB可以对应多个DB块功能（FC）、功能块（FB）第一章PLC基本原理1.1S7-1200的基本硬件构成1.2S7-1200的程序结构1.3S7-1200的工作原理1.3S7-1200基本工作原理操作系统与用户程序操作系统：组织与具体的控制任务无关的所有的CPU功能•处理暖启动、刷新输入/输出过程映像、调用用户程序、检测中断事件和调用中断组织块等。用户程序：处理具体的自动化任务必须的所有功能•检查是否满足暖启动需要的条件，例如限位开关是否在正确的位置，安全继电器是否处于正常的工作状态；•处理过程数据，例如用读取的输入信号来控制输出信号等；•用OB中的程序对中断事件作出反应，例如在诊断错误中断组织块OB82中发出报警信号；•在程序执行中处理错误。CPU有三种工作模式：STOP模式：CPU不执行任何程序，而用户可以下载项目。STARTUP模式：执行一次“启动OB”(如果存在)。在RUN模式的启动阶段，不处理任何中断事件。RUN模式：重复执行扫描周期。中断事件可能会在程序循环阶段的任何点发生并进行处理。处于RUN模式下时，无法下载任何项目。1.3S7-1200基本工作原理CPU面板上的状态LED指示当前工作模式。在STOP模式下，CPU①处理所有通信请求（如果适用）并②执行自诊断。1.3S7-1200基本工作原理在STOP模式下，CPU不执行用户程序，过程映像也不会自动更新。上电后CPU进入STARTUP模式，进行上电诊断和系统初始化。检查到某些错误时，将禁止CPU进入RUN模式，保持在STOP。STARTUP模式：A复位I存储区（过程映像输入区）B使用上一次RUN模式最后的值或替换值初始化输出C执行启动OB块D将物理输入的状态复制到I存储器E将所有中断事件存储到要在RUN模式下处理的队列中F将Q存储区(过程映像输出区)的值写到物理输出1.3S7-1200基本工作原理启动阶段结束后，进入RUN模式，CPU执行下图所示的任务RUN模式：①将Q存储区的值写到物理输出②将物理输入的状态复制到I存储区③执行程序循环OB④处理通信请求和进行自诊断⑤在扫描周期的任何阶段处理中断和通信1.3S7-1200基本工作原理上次循环计算的结果CPU模块上没有切换工作模式的模式选择开关，只能用STEP7在线工具中的CPU操作员面板，或工具栏上的按钮，来切换STOP或RUN工作模式。也可以在程序中用STP指令使CPU进入STOP模式。1.3S7-1200基本工作原理如何切换S7-1200的工作模式？