s7300-400第3章程序設計

1、第三章 S7-300程序設計方法3.1 系統(tǒng)設計的原則3.2 系統(tǒng)設計的內容3.3 S7-300的程序結構3.4 程序設計的方法與過程 3.5 開關量控制系統(tǒng)的設計 3.6 模擬量控制系統(tǒng)的設計 3.7 系統(tǒng)的安全設計方法3.1 系統(tǒng)設計的原則1 滿足要求滿足要求 最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計控制系統(tǒng)的首要前提。這就要求設計人員在設計前就要深入現場進行調查研究。收集控制現場的資料，收集控制過程中有效的控制經驗，進行系統(tǒng)設計。同時要注意要和現場的管理人員、技術人員、工程操作人員緊密配合，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。2 安全可靠安全可靠 控制系統(tǒng)長期運行中能否達到安全、可靠、穩(wěn)

2、定，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。為了能達到這一點，要求在系統(tǒng)設計上，器件選擇上，軟件編程上要全面考慮。比如說，在硬件和軟件的設計上應該保證PLC程序不僅在正常條件下能正確運行，而且在一些非正常情況下（如突然掉電再上電，按鈕按錯等），也能正常工作。程序只能接受合法操作，對非法操作程序能予以拒絕等等。3 經濟實用經濟實用 一個新的控制工程固然能提高產品的質量，提高產品的數量，從而為工程帶來巨大的經濟效益和社會效益。但是，新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也會導致工程的投入和運行資金的增加。在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的y運行成本。這就要求

3、，不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護即方便又低成本。 4 適應發(fā)展適應發(fā)展 社會在不斷地前進，科學在不斷地發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也一定會不斷地在提高、不斷地在完善。因此，在控制系統(tǒng)的設計時要考慮到今后的發(fā)展、完善。這就要求在選擇PLC機型和輸入/輸出模塊要能適應發(fā)展的需要，要適當留有余量。 3.2 系統(tǒng)設計的內容1選擇機型選擇機型（1 1）根據系統(tǒng)類型選擇機型根據系統(tǒng)類型選擇機型 單體控制的小系統(tǒng)單體控制的小系統(tǒng) 這種系統(tǒng)一般使用一臺可編程序控制器就能完成控制要求，控制對象常常是一臺設備或多臺設備中的一個功能。這種系統(tǒng)對可編程序控制器間的網絡問題要求不高，甚至沒有要求。但

4、有時功能要求全面，容量要求變化大，有些還要與原設備系統(tǒng)的其它機器連接。對這類系統(tǒng)的機型選擇要注意三種情況。 一是設備集中情況:設備的功率較小，如機床。這時需選用局部式結構，低電壓高密度輸入輸出模板。 二是設備分散情況:設備的功率較大，如料場設備。這時需選用離散式結構，高電壓低密度輸入輸出模板。 三是有專門要求的設備情況:如飛剪。輸入輸出容量不是關鍵參數，重要的是控制速度功能，選用高速計數功能模板等。 慢過程大系統(tǒng)慢過程大系統(tǒng) 對運行速度要求不高但設備間有連鎖關系，設備距離遠，控制動作多，如大型料場、高爐、碼頭、大型車站信號控制；也有的設備本身對運行速度要求高，但是部分子系統(tǒng)要求并不高，如大型熱

5、連續(xù)軋鋼廠、冷連續(xù)軋鋼廠中的輔助生產機組和供油系統(tǒng)、供風系統(tǒng)等。對這一類型對象，一般不選用大型機，因為它編程、調試都不方便，一旦發(fā)生故障，影響面也大。一般都采用多臺中小機型和低速網相連接。由于現代生產的控制器多為插件式模板結構，它的價格是隨輸入輸出板數和智能模板數的多少決定的。同一種機型輸入輸出點數少，則價格便宜，反之則貴。所以一般使用網絡相連后就不必要選大型機。這樣選用每一臺中小型可編程序控制器控制一臺單體設備，功能簡化，程序好編，調試容易，運行中一旦發(fā)生故障影響面小，且容易查找。 快速控制大系統(tǒng)快速控制大系統(tǒng) 隨著可編程序控制器在工業(yè)領域應用的不斷擴大，在中小型的快速系統(tǒng)中，可編程序控制器

6、不僅僅完成邏輯控制和主令控制，它已逐步進入了設備控制級，如高速線材，中低速熱連軋等速度控制系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中即使選用輸入輸出容量大、運行速度快、計算功能強的一臺大型可編程序控制器也難以滿足控制要求。如用多臺可編程序控制器，則有互相間信息交換與系統(tǒng)響應要求快的矛盾。采用可靠的高速網能滿足系統(tǒng)信息快速交換的要求。高速網一般價格都很貴，適用于有大量信息交換的系統(tǒng)。 對信息交換速度要求高，但交換的信息又不太多的系統(tǒng)，也可以采用可編程序控制器的輸出端口與另一臺可編程序控制器的輸入端口硬件互聯，通過輸出輸入直接傳送信息，這樣傳送速度快而且可靠。當然傳送的信息不能太多，否則輸入輸出點占用太多。（2 2）根

7、據控制對象選擇機型根據控制對象選擇機型 根據控制對象要求的輸入/輸出點數的多少，可以估計出PLC的規(guī)模。根據控制對象的特殊要求，可以估計出PLC的性能。根據控制對象的操作規(guī)則可以估計出控制程序所占內存的容量。有了這些初步估計，會使得機型選擇的可行性更大了。為了對控制對象進行粗估，首先要了解下列問題。 對輸入對輸入/ /輸出點數的估計輸出點數的估計 對開關量輸入，按參數等級分類統(tǒng)計。 對開關量輸出，按輸出功率要求及其它參數分類統(tǒng)計。 對模擬量輸出/輸入，按點數進行粗估。 對對PLCPLC性能要求的估計性能要求的估計 是否有特殊控制功能要求，如高速計數器等。 機房離現場的最遠距離為多少？ 現場對控

8、制器響應速度有何要求。 在此基礎上選擇控制器時尚需注意兩個問題。其一是PLC可帶I/O點數。有的手冊或產品目錄單上給出的最大輸入點數或最大輸出點數，常意味著只插輸入模塊或只插輸出模塊的容量，即實際給出的是輸入輸出容量之和，有時也稱為掃描容量，需格外注意。其二是PLC通訊距離和速度。手冊上給出的覆蓋距離，有時叫最大距離，包括遠程I/O板在內達到的距離。但遠程I/O板的I/O反應速度大大下降，一般為19.2k波特率。 對所需內存容量的估計對所需內存容量的估計 用戶程序所需內存與下列因素有關。 邏輯量輸入輸出點數的估計。 模擬量輸入輸出點數的估計。 內存利用率的估計。 程序編制者的編程水平的估計。

9、從上面內容的綜合可以選擇出合適的機型。2 選擇接口設備選擇接口設備 目前PLC的產品很多，在選擇機型和接口設備時要注意選擇質量好，控制可靠的產品。這里所說的接口設備包含兩類。一類是PLC自身的I/O模塊、功能模塊，一類是和接口模塊相連的外部設備。對于PLC自身的模塊的選擇主要注意兩個問題。 接口設備和接口設備和PLCPLC模塊對接模塊對接 這一點請注意模塊的型號、規(guī)格要配套。最好類型、型號一致。這樣才能使對接的方便、可靠、穩(wěn)定。 PLCPLC模塊和外部設備對接模塊和外部設備對接 這就考慮到模塊和外部設備要匹配，要性能匹配、速度匹配、電平匹配。不僅要注意它們穩(wěn)態(tài)特性，也要注意它們的動態(tài)特性。在系

10、統(tǒng)的硬件選定之后，主要的問題是程序設計。為了能夠便于程序設計，便于日常維護，合理地分配輸入/輸出點、恰當地對輸入/輸出點進行命名、完整地編制輸入輸出變量表是必要的。3 3 分配輸入輸出點分配輸入輸出點 輸入輸出定義是指整體輸入輸出點的分布和每個輸入輸出點的名稱定義，它們會給程序編制、系統(tǒng)調試和文本打印等帶來很多方便。（1 1）單臺）單臺PLCPLC系統(tǒng)的輸入輸出點的分配系統(tǒng)的輸入輸出點的分配 一臺可編程序控制器完成多個功能，若把輸入輸出點統(tǒng)一按順序排列，則會給編寫程序與調試程序帶來不便。如果把輸入輸出點分組按控制設備把輸入、輸出點分組，同一個設備的輸入/輸出點相對的集中，會給程序編寫與調試帶來

11、方便。 （2 2）多臺）多臺PLCPLC系統(tǒng)中輸入輸出點的分配系統(tǒng)中輸入輸出點的分配 在多臺可編程序控制器系統(tǒng)中，應根據整體要求，按控制類別統(tǒng)一分組，規(guī)定出每臺可編程序控制器都要遵循的原則，對其多道工序進行控制。這些工序雖然控制內容不同，所用設備也很不相同。但是所控制的對象總起來可以分幾類，比如各工序的控制器都有控制臺、電源、電機、輸入檢測信號、輸出控制信號等等。能按類對各臺PLC的輸入/輸出統(tǒng)一分組，統(tǒng)一編號，則可以十分有利于編程和維修。4 4 建立輸入輸出變量表建立輸入輸出變量表（1 1） 輸入輸出點信號名稱定義輸入輸出點信號名稱定義 輸入/輸出點名稱定義要簡短，明確，合理。下面提出邏輯變

12、量在名稱定義時應當注意的問題。信號的有效狀態(tài)信號的有效狀態(tài) 有些信號在“1”狀態(tài)有效，有些信號在“0”狀態(tài)有效。在名稱定義上也有對“1”信號有效還是對“0信號有效的問題。信號有效方式信號有效方式 持續(xù)狀態(tài)有效，在編程序時，使用的是信號的狀態(tài)。例如I0.0=1時系統(tǒng)啟動，I0.1=0系統(tǒng)停止。 信號狀態(tài)變化有效是指信號由一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)變化時，發(fā)出的控制要求。當一個電機的啟動和停止由兩個按鈕完成的時候，就是這種情況。電機啟動按鈕是能自動回位的常開節(jié)點，按下啟動按鈕時，I2.0的狀態(tài)由“0”變?yōu)椤?”，發(fā)出電機啟動要求，抬起時啟動按鈕，I2.0自動復位由“1”變“0”，已不再影響對電機的控制。

13、（3）建立內存）建立內存變量分配表變量分配表 輸入輸出點占用PLC的一部分內存單元，即輸入輸出映像區(qū)。此外，一個應用程序還會用到定時器、計數器和一系列的PLC內部變量。在編制程序之前，對于程序可能用到的各種變量都要充分考慮，并建立內存變量分配表。內存變量分配表包含了程序中所用到的全部元件和變量，它是閱讀程序、查找故障的依據。如果把內存變量分配表寫到S7-300的符號表內，就可以用變量名稱代替變量地址編寫程序。3.3 S7-300的程序結構1 線性程序設計線性程序設計 線性程序設計就是把工程中需要控制的 任務按照工藝要求書寫在主程序（0B1） 中。例如一個控制工程共有四個控制任 務分別為，任務A

14、控制、任務B控制、任 務C控制和任務D控制。線性程序設計就 是把這4個控制程序按照要求編寫在一個 主程序中。 線性程序的結構簡單，分析起來一目了然。這種結構適用于編 寫一些規(guī)模較小，運行過程比較簡單的控制程序。對于一些控 制規(guī)模較大，運行過程比較復雜的控制程序，特別是分支較多 的控制程序則不宜選用這種結構。2 2 分塊程序設計分塊程序設計 分塊結構的程序是根據工程的特點，把一個復雜的控制工程分成多個比較簡單的、規(guī)模較小的控制任務。可以把這些控制任務分配給一個個程序塊。在程序塊中編制具體任務的控制程序，最后由主程序利用調用的方式把整個控制程序統(tǒng)管起來。 分塊程序有更大的靈活性，適用于比較復雜、規(guī)

15、模較大的控制工程的程序設計。3 3 結構化程序設計結構化程序設計 結構化程序設計是在分塊程序設計的基礎上，把一些結構相同參數不同的過程的多個程序塊，用同一程序塊而配有不同的數據塊來代替。例如設計成電機控制通用功能塊，特殊算法功能塊 結構化程序比分塊程序有更大的靈活性，繼承性。適用于比較復雜、規(guī)模較大的控制工程的程序設計。3.4 程序設計的方法與過程1設計方法設計方法 時序流程圖法：時序流程圖法：時序流程圖法是首先畫出控制系統(tǒng)的時序圖，再根據時序關系畫出對應的控制任務的程序框圖，最后把程序框圖寫成PLC程序。時序流程圖法很適合于以時間為基準的控制系統(tǒng)的編程方法。 步進順控法：步進順控法：一般比較

16、復雜的程序，都可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。從這個角度去看，一個復雜的系統(tǒng)的控制過程是由這樣若干個步組成的。系統(tǒng)控制的任務實際上可以認為在不同時刻或者在不同進程中去完成對各個步的控制。 經驗法編程經驗法編程經驗法是運用自己的或別人的經驗進行設計。多數是設計前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗程序”。結合自己工程的情況，對這些“試驗程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。這里所說的經驗，有的是來自自己的經驗總結，有的可能是別人的設計經驗。 計算機輔助設計編程計算機輔助設計編程 計算機輔助設計是通過PLC編程軟件在計算機上進行

17、程序設計、離線或在線編程、離線仿真和在線調試等等。S7-3200的編程軟件“STEP 7”, 仿真軟件“PLCSIM”和“WINCC”等都是S7-300系列PLC編程專用軟件。使用這些編程軟件可以十分方便地在計算機上離線或在線編程、在線調試。 5 設計過程設計過程 對系統(tǒng)任務分塊對系統(tǒng)任務分塊 分塊的目的就是把一個復雜的工程，分解成多個比較簡單的小的任務。這樣就把一個復雜的、大的問題化為多個簡單的、小的問題。這樣是便于編制程序。 編制控制系統(tǒng)的邏輯關系圖編制控制系統(tǒng)的邏輯關系圖 從邏輯關系圖上可以反應出某一邏輯關系的結果是什么，這一結果又應該導出哪些動作。這個邏輯關系可以是以各個控制活動順序為

18、基準，也可能是以整個活動的時間節(jié)拍為準。邏輯關系圖反映了輸入與輸出的關系。 繪制各種電路圖繪制各種電路圖 在繪制PLC的輸入電路時，要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適，也要考慮到在特殊條件下運行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導到PLC的輸入端，把高壓引入PLC的輸入端會對PLC造成比較大的傷害。 在繪制PLC的輸出電路時，不僅要考慮到PLC輸出模塊的帶負載能力和耐電壓能力，還要考慮到電源的輸出功率和極性問題。在整個電路的繪制中還要考慮就設計的原則，努力提高其穩(wěn)定性和可靠性。在電路的設計上需要緊慎、全面。在繪制電路圖時要考慮周全，何處該裝按鈕，何處該裝開關，都要一絲不茍。 編

19、制編制PLCPLC程序并進行模擬調試程序并進行模擬調試 (略） 制作控制臺與控制柜制作控制臺與控制柜 (略） 現場調試現場調試 (略） 編寫技術文件并現場試運行編寫技術文件并現場試運行 經過現場調試以后，控制電路和控制程序基本被確定了。這時就要全面整理技術文件，包括整理電路圖、PLC程序、使用說明及幫助文件。3.5 開關量控制系統(tǒng)的設計1. 1. 關于開關量控制系統(tǒng)關于開關量控制系統(tǒng) 開關量控制是指控制系統(tǒng)的輸入信號和輸出信都是只有兩個狀態(tài)的開關量。這類系統(tǒng)包含手動、單次和自動控制。這類系統(tǒng)的設計要特別注意I/O模塊的隔離、接口的匹配和功率的消耗問題。手動控制 手動控制在調試、維修過程中是不可

20、少的。單次控制 這種控制的特點是一旦控制系統(tǒng)被啟動起來之后，控制過程將自動完成一個周期。如果系統(tǒng)需要再次啟動，則必須再次人工啟動。這種系統(tǒng)更便于參數的修改、調整。自動控制 系統(tǒng)啟動之后，就可以按照工程要求進行控制。整個控制過程無人工干預。系統(tǒng)對輸入/輸出要求都很嚴格，系統(tǒng)的可靠性、安全性設計尤為重要。2.2.開關量控制系統(tǒng)設計方法舉例（開關量控制系統(tǒng)設計方法舉例（機械手控制系統(tǒng)）控制要求：機械手一個循環(huán)周期可分為八步?？刂品绞剑鹤詣?、單動和手動。 下面主要討論自動控制過程。硬件選擇硬件選擇 由邏輯流程圖設計程序由邏輯流程圖設計程序 由時序流程圖設計程序由時序流程圖設計程序 由時序流程圖來設計程

21、序，首先要把整個工程的各個任務分成多個時序，在不同的時序中完成不同的任務。例如本例子中可分成8個時序。用M1.0、M1.1M1.7分別表述各個時序的特征位。當M1.O=1時為機械手下降1時序，M1.1為機械手抓緊時序等等。 3.3.開關量控制系統(tǒng)程序設計舉例（攪拌控制系統(tǒng)）開關量控制系統(tǒng)程序設計舉例（攪拌控制系統(tǒng)） 初始狀態(tài)及初始狀態(tài)及 操作工藝操作工藝 （1 1）硬件設計硬件設計 內存變量分配表內存變量分配表 控制流程圖控制流程圖（2 2）線性結構線性結構軟軟件設計（件設計（S7-PRO8S7-PRO8）OB1OB1塊塊OB1續(xù)OB1續(xù) 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真I0.0=ONI0.0=ONI0.4=

22、OFF Q0.0=ONI0.4=OFF Q0.0=ONI0.3=ON Q0.0=OFF Q0.1=ONI0.3=ON Q0.0=OFF Q0.1=ONI0.2=ON Q0.1=OFF Q0.2=OFF T1I0.2=ON Q0.1=OFF Q0.2=OFF T1T1=ON Q0.2=OFF Q0.3=ON I0.4=OFF T2T1=ON Q0.2=OFF Q0.3=ON I0.4=OFF T2T2=ON Q0.3=OFFT2=ON Q0.3=OFF（3 3）分塊結構分塊結構軟軟件設計（件設計（S7-PRO9S7-PRO9） 塊結構塊結構 OB1主程序OB100由停止轉為運行時初始化程序FC1

23、為配料1控制程序FC2為配料1控制程序FC3為攪拌控制程序FC4為出料控制程序OB1：OB1續(xù)OB100OB100FC1FC1FC2FC2FC3FC3FC4FC4 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真I0.0=ONI0.0=ONI0.4=OFF Q4.0=ONI0.4=OFF Q4.0=ONI0.3=ON Q4.0=OFF Q4.1=ONI0.3=ON Q4.0=OFF Q4.1=ONI0.2=ON Q4.1=OFF Q40.2=OFF T1I0.2=ON Q4.1=OFF Q40.2=OFF T1T1=ON Q4.2=OFF Q4.3=ON I0.4=OFF T2T1=ON Q4.2=OFF Q4.3=ON I

24、0.4=OFF T2T2=ON Q4.3=OFFT2=ON Q4.3=OFF3.6 模擬量控制系統(tǒng)的設計1. 1. 關于開關量控制系統(tǒng)關于開關量控制系統(tǒng) 模擬量控制系統(tǒng)是指輸入信號為模擬量的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的控制方式上可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。閉環(huán)控制根據其設定值的不同，又可分為調節(jié)系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)兩種。調節(jié)系統(tǒng)的設定值是由控制系統(tǒng)的控制器給出，控制器的作用就是使反饋值向給定值靠近，以反饋值對設定值的偏差最小為目的。隨動系統(tǒng)的設定值是由被控制對象給出的，控制器的作用就是使控制目標不斷地向被控對象靠近。各種跟蹤系統(tǒng)都是隨動系統(tǒng)。 模擬量控制系統(tǒng)設計中應該注意抗干擾問題。解決干擾的辦法有4個。其一

25、是接地問題。這里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地。這里所說的接地就是接大地。其二是模擬信號線的屏蔽向題，屏蔽線的始端和終端都要接地。信號線的屏蔽是防止干擾的重要措施。其三是對某些高頻信號要解決匹配問題。如果不匹配很容易在信號傳送中引進干擾，使信息失真。其四是對信號進行濾波。2.2.模擬量控制系統(tǒng)設計舉例模擬量控制系統(tǒng)設計舉例 （攪拌控制系統(tǒng)）攪拌控制系統(tǒng)） 初始狀態(tài)及初始狀態(tài)及 操作工藝操作工藝 （1 1）硬件設計硬件設計 （2 2）線性結構線性結構軟軟件設計（件設計（S7-PRO111S7-PRO111）系統(tǒng)結構OB1塊OB1續(xù) FC1塊 FC2塊 FC3塊 FC4塊 OB100塊

26、 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真I0.0=ONI0.0=ONPIW256100 Q4.0=ONPIW256=100 Q4.0=OFF Q4.1=ONPIW256=100 Q4.0=OFF Q4.1=ONPIW256=200 Q4.1=OFF Q4.2=OFF T1PIW256=200 Q4.1=OFF Q4.2=OFF T1T1=ON Q4.2=OFF Q4.3=ON PIW256=0 T2T1=ON Q4.2=OFF Q4.3=ON PIW256=0 T2T2=ON Q4.3=OFFT2=ON Q4.3=OFF（3 3）結構化結構化軟軟件設計（件設計（S7-PRO112S7-PRO112）系統(tǒng)結構OB1塊OB1續(xù)OB1續(xù)FB1FC1FC2OB100DB1DB2 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真