電氣控制與PLC應(yīng)用（第2版）課件：S7-200 PLC的編程語言及數(shù)據(jù)類型

S7-200PLC的編程語言及數(shù)據(jù)類型學(xué)習(xí)目標(biāo)（1)熟悉S7-200系列PLC的編程語言；（2)熟練應(yīng)用基本指令編程；（3)初步了解編程方法。一、任務(wù)導(dǎo)入PLC為用戶提供了完整的編程語言，以適應(yīng)編制用戶程序的需要。PLC提供的編程語言通常有以下幾種：梯形圖、指令表、功能塊圖。下面以S7-200系列PLC為例加以說明。二、相關(guān)知識（一）S7-200系列PLC的編程語言1.梯形圖程序設(shè)計(jì)語言

梯形圖（LAD)編程語言是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的。PLC的梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達(dá)方式上有一定區(qū)別。LAD圖形指令有3種基本形式：觸點(diǎn)、線圈、指令盒。（1）觸點(diǎn)。

觸點(diǎn)符號代表輸入條件，如外部開關(guān)、按鈕及內(nèi)部條件等。CPU運(yùn)行掃描到觸點(diǎn)符號時(shí)，到觸點(diǎn)位指定的存儲器位訪問（即CPU對存儲器的讀操作）。該位數(shù)據(jù)（狀態(tài)）為1時(shí)，表示“能流”能通過。計(jì)算機(jī)讀操作的次數(shù)不受限制，用戶程序中，常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)可以使用無數(shù)次。（2）線圈。線圈表示輸出結(jié)果，通過輸出接口電路來控制外部的指示燈、接觸器等及內(nèi)部的輸出條件等。線圈左側(cè)接點(diǎn)組成的邏輯運(yùn)算結(jié)果為1時(shí)，“能流”可以達(dá)到線圈，使線圈得電動作。CPU將線圈的位地址指定的存儲器的位置位為1時(shí)，邏輯運(yùn)算結(jié)果為0，線圈不通電；存儲器的位置0時(shí)，即線圈代表CPU對存儲器進(jìn)行寫操作。PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，所以在用戶程序中，每個(gè)線圈只能使用一次。（3）指令盒。指令盒代表一些較復(fù)雜的功能，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等。當(dāng)“能流”通過指令盒時(shí)，執(zhí)行指令盒所代表的功能。梯形圖按照邏輯關(guān)系可分成網(wǎng)絡(luò)段，分段只是為了閱讀和調(diào)試方便。梯形圖示例如圖4.5所示。

圖4.5梯形圖2.語句表程序設(shè)計(jì)語言語句表程序指令由操作碼和操作數(shù)組成，類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言。它的圖形顯示形式即為梯形圖程序指令‘語句表程序指令則顯示為文本格式，并具有下列特點(diǎn)：（1）采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶、便于掌握的特點(diǎn)。

（2）在編程器的鍵盤上采用助記符表示，具有便于操作的特點(diǎn)，可在無計(jì)算機(jī)的場合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。（3）用編程軟件可以將語句表與梯形圖相互轉(zhuǎn)換。語句表示例如圖4.6所示。

圖4.6語句表3.功能塊圖程序設(shè)計(jì)語言

功能塊圖程序指令由功能框元素表示。與（AND）/或（OR）功能塊圖程序指令如同梯形圖程序指令中的觸點(diǎn)一樣用于操作布爾信號，其他類型的功能塊圖與梯形圖程序指令中的功能框類似。功能塊圖示例如圖4.7所示。

圖4.7功能塊圖（二）S7-200系列PLC數(shù)據(jù)類型及元件功能

1.數(shù)據(jù)類型S7-200系列PLC的數(shù)據(jù)類型可以是字符串、布爾型（0或1)、整數(shù)型和實(shí)數(shù)型（浮點(diǎn)數(shù)）。布爾型數(shù)據(jù)指字節(jié)型無符號整數(shù)；整數(shù)型數(shù)包括16位符號整數(shù)（INT)和32位符號整數(shù)（DINT).實(shí)數(shù)型數(shù)據(jù)采用32位單精度數(shù)來表示。2.編址方式S7-200PLC的存儲單元按字節(jié)進(jìn)行編址，無論所尋址的是何種數(shù)據(jù)類型，通常應(yīng)指出它所在存儲區(qū)域內(nèi)的地址。位存儲單元的地址由字節(jié)地址和位地址組成。例如，I3.2的含義為：I為區(qū)域標(biāo)識符，表示輸入；字節(jié)地址為3；位地址為2，位地址左邊為高，右邊為低，如圖4.9所示。輸入字節(jié)IB3，B是Byte的縮寫，由B.0—B.7這8位組成。3.尋址方式(1)直接尋址S7-200PLC的存儲單元的每個(gè)單元都有唯一的地址，直接尋址就是在指令中直接使用存儲器或寄存器的元件名稱（區(qū)域標(biāo)志）和地址編號，直接到指定的區(qū)域讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，有按位、字節(jié)、字、雙字的尋址方式。(2)間接尋址間接尋址是指數(shù)據(jù)存放在存儲器或寄存器中，在指令中只出現(xiàn)數(shù)據(jù)所在單元的內(nèi)存地址的地址。存取單元地址的地址又稱為地址指針。間接尋址時(shí)，操作數(shù)并提供直接數(shù)據(jù)位置，而是通過使用地址指針來存取存儲器中的數(shù)據(jù)。在S7-200中允許使用指針對I、Q、M、V、S、T、C(僅當(dāng)前值）存儲區(qū)進(jìn)行間接尋址。間接尋址在處理內(nèi)存連續(xù)地址中的數(shù)據(jù)時(shí)非常方便，而且縮短程序所生成的代碼長度，使編址更加靈活。使用間接尋址前，要先創(chuàng)建一個(gè)指向該位置的指針，指針建立好后，利用指針存取數(shù)據(jù)。4.編程元件（1）常用繼電器1）輸入繼電器I。輸入繼電器用戶PLC接收來自外部輸入的數(shù)字量信號。在每個(gè)掃描周期的開始，PLC通過光電耦合器，將外部信號的狀態(tài)讀入，CPU

對物理輸入點(diǎn)進(jìn)行采樣，并將采樣值存于輸入映像寄存器中。外部輸入電路接通時(shí)對應(yīng)的映像寄存器為

ON（1），反之為OFF（0）。輸入端可以外接常開觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn)，也可以接多個(gè)觸點(diǎn)組成的串、并聯(lián)電路。在線路圖中，可以多次使用輸入位的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。給出輸入繼電器I0.0的等效電路如圖4.12所示。由輸入按鈕信號驅(qū)動，其常開、常閉點(diǎn)供編程時(shí)使用。編程時(shí)應(yīng)注意，輸入繼電器只能由外部信號驅(qū)動，而不能在程序內(nèi)部用指令來驅(qū)動，其觸點(diǎn)也不能直接輸出帶動負(fù)載。I、QV_M、S、SM、L均可以按位、字節(jié)、字和雙字來存取。2）輸出繼電器Q。PLC的輸出端子是PLC向外部負(fù)載發(fā)出控制命令的。輸出繼電器的外部輸出觸點(diǎn)接到輸出端子，以控制外部負(fù)載。輸出繼電器的輸出方式有3種：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。在掃描周期的末尾，CPU將輸出過程映像寄存器的數(shù)據(jù)傳送給輸出模塊，再由后者驅(qū)動外部負(fù)載。顯然，輸出繼電器由程序執(zhí)行結(jié)果所激勵，它只有一對觸點(diǎn)輸出，直接帶動負(fù)載。這對觸點(diǎn)的狀態(tài)對應(yīng)于輸出刷新階段鎖存電路的輸出狀態(tài)。如果線路圖中Q0.0的線圈“通電”，則繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，使接在標(biāo)號為0.0的端子的外部負(fù)載工作，反之則外部負(fù)載斷電。3）輔助繼電器M。輔助繼電器作為控制繼電器來存儲中間操作狀態(tài)或其他控制信息，并不直接驅(qū)動外部負(fù)載。一般以位為單位使用，即等同于一個(gè)中間繼電器。也可以字節(jié)、字、雙字為單位來存取。在S7-200系列PLC中，CPU型號不同，輔助繼電器的數(shù)量也不同。圖4.14所示為輔助繼電器在線路中的應(yīng)用。（2）變量寄存器變量寄存器在程序執(zhí)行的過程中存放中間結(jié)果，或用來保存與工序或任務(wù)有關(guān)的其他數(shù)據(jù)。S7-200系列PLC有較大容量的變量寄存器，用于模擬量控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算、位移循環(huán)控制、邏輯運(yùn)算、設(shè)置參數(shù)用途。變量寄存器以位為單位使用，也可以字節(jié)、字、雙字為單位使用，其數(shù)目取決于CPU的型號。（3）特殊標(biāo)志位SM特殊標(biāo)志位是用戶程序與系統(tǒng)程序之間的界面，為用戶提供一些特殊的控制功能及系統(tǒng)信息，用戶對操作的一些特殊要求也可通過特殊標(biāo)志位通知系統(tǒng)。特殊標(biāo)志位的數(shù)目取決于CPU的型號。特殊標(biāo)志位分為只讀區(qū)和可讀可寫區(qū)兩大部分?？勺x可寫特殊標(biāo)志位用于特殊控制功能。例如，用于自由通信口設(shè)置的SMB30字節(jié)，用于定時(shí)中斷間隔時(shí)間設(shè)置的SMB34字節(jié)和SMB35字節(jié)，用于高速計(jì)數(shù)器設(shè)置的SMB36～SMB65字節(jié)，用于脈沖串輸出控制的SMB66～SMB85字節(jié)等。（4）定時(shí)器與計(jì)數(shù)器1）定時(shí)器。定時(shí)器相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器。S7-200有3種定時(shí)器，它們的時(shí)基增量，分別為1ms、10

ms和100

ms。定時(shí)器的當(dāng)前值寄存器是16位有符號整數(shù)，用于存儲定時(shí)器累計(jì)的時(shí)基增量值（1～32

767）。定時(shí)器位用來描述定時(shí)器的延時(shí)動作的觸點(diǎn)狀態(tài)。定時(shí)器位為l時(shí)，線路圖中對應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開；定時(shí)器位為0時(shí)則觸點(diǎn)的狀態(tài)相反。2）計(jì)數(shù)器C。計(jì)數(shù)器用來累計(jì)其計(jì)數(shù)輸入端脈沖電平由低到高的次數(shù)，CPU提供加計(jì)數(shù)器、減計(jì)數(shù)器和加減計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)與定時(shí)器基本一樣，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值為16位有符號整數(shù)，用來存放累計(jì)的脈沖數(shù)（1～32767）。用計(jì)數(shù)器地址來存取當(dāng)前值和計(jì)數(shù)器位，帶位操作數(shù)的指令存取計(jì)數(shù)器位，帶字操作數(shù)的指令存取當(dāng)前值。3）高速計(jì)數(shù)器HSC。高速計(jì)數(shù)器用來累計(jì)比CPU的掃描速率更快的事件，計(jì)數(shù)過程與掃描周期無關(guān)。其當(dāng)前值和設(shè)定值為32位有符號整數(shù)，當(dāng)前值為只讀數(shù)據(jù)。高速計(jì)數(shù)器的地址由區(qū)域標(biāo)示符HC和高速計(jì)數(shù)器號組成。S7-200有6個(gè)高速計(jì)數(shù)器，編號為：HSC0、HSC1、HSC2、HSC3、HSC4、HSC5。其中，CPU221和CPU222僅有4個(gè)高速計(jì)數(shù)器：HSC0、HSC3、HSC4、HSC5。4）累加器AC。累加器是可以像存儲器那樣使用的讀/寫單元。例如，可以用它向子程序傳遞參數(shù)，或從子程序返回參數(shù)，以及用來存放計(jì)算的中間值。CPU提供了4個(gè)32位累加器（AC0～AC3），可以按字節(jié)、字和雙字來存取累加器中的數(shù)據(jù)。按字節(jié)、字只能存取累加器的低8位或低16位，雙字存取全部的32位，存取的數(shù)據(jù)長度由所用的指令決定。（5）其他元件1）狀態(tài)元件S。狀態(tài)元件是使用步進(jìn)控制指令編程時(shí)的重要元件，通常與步進(jìn)控制指令LSCR、SCRT、SCRE結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)順序功能流程圖編程即SFC編程，狀態(tài)元件的數(shù)目取決于CPU型號。2）模擬量輸入／輸出映像寄存器（AI/AQ)。模擬量信號經(jīng)A/D、D/A轉(zhuǎn)換，在PLC外為模擬量，在PLC內(nèi)為數(shù)字量。S7-200的模擬量輸入電路是將外部輸入的模擬量信號轉(zhuǎn)換成1個(gè)字長的數(shù)字量存入模擬量輸入映像寄存器區(qū)域，且從偶數(shù)號字節(jié)進(jìn)行編址，區(qū)域標(biāo)志符為AI.在PLC