《工業(yè)控制系統(tǒng)與PLC》 課件 第4-6章 PLC及S7-1200概述、S7-1200的指令系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與SCL編程語言

工業(yè)控制系統(tǒng)與PLC第四章PLC及S7-1200概述4.1PLC簡介4.2PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理4.3PLC的分類與發(fā)展趨勢4.4S7-1200的硬件4.5S7-1200的軟件學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)：１、掌握PLC的結(jié)構(gòu)、原理和性能。２、了解PLC的分類和發(fā)展。３、掌握S7-1200的硬件模塊和軟件基礎(chǔ)。技能目標(biāo)：１、用S7-1200的硬件模塊進(jìn)行安裝和搭建系統(tǒng)。２、用博途軟件進(jìn)行配置和調(diào)試?！?.1PLC簡介可編程序控制器（PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一。PLC裝置已成為自動化系統(tǒng)的基本手段，PLC控制技術(shù)代表著當(dāng)今自動控制的先進(jìn)水平，它在各行各業(yè)獲得了非常廣泛的應(yīng)用?！?.1.1PLC的定義及特點(diǎn)工業(yè)自動化系統(tǒng)與用于科學(xué)計算、一般數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域的計算機(jī)系統(tǒng)有較多的不同，其最大的不同之處在于計算機(jī)控制的對象是具體物理過程，因此會對物理過程產(chǎn)生影響和作用。計算機(jī)控制的好壞直接關(guān)系到被控物理過程的穩(wěn)定性、設(shè)備和人員的安全等。按照目前最新的技術(shù)術(shù)語，工業(yè)自動化系統(tǒng)屬于信息-物理融合系統(tǒng)(CyberPhysicalSyalem.GPS)。該術(shù)語更加明確地表明了工業(yè)自動化系統(tǒng)的本質(zhì)特征?！?.1.1PLC的定義及特點(diǎn)PLC的定義:國際電工委員會（IEC）對PLC作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的面向用戶的指令，并能通過數(shù)字或模擬輸入/輸出模塊，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計?！盤LC是一種“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”§4.1.1PLC的定義及特點(diǎn)PLC的特點(diǎn)1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)2）通用性強(qiáng)、靈活性好、接線簡單3）功能強(qiáng)、功能的擴(kuò)展能力強(qiáng)4）編程簡單，使用方便5）編程和接線可同步進(jìn)行§4.1.2PLC的主要功能1.開關(guān)量邏輯控制開關(guān)量邏輯控制是PLC最基本的功能。PLC具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，它提供了與、或、非等各種邏輯指令，可實現(xiàn)繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)等各種連接的開關(guān)控制，常用于取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。2）模擬量控制。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。PLC提供了各種智能模塊，如模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、熱電阻用模擬量輸入模塊、熱電阻用模擬量輸出模塊等，通過使用這些模塊，把現(xiàn)場輸入的模擬量經(jīng)A-D轉(zhuǎn)換后送CPU處理；而CPU處理的數(shù)字結(jié)果，經(jīng)D-A轉(zhuǎn)換成模擬量去控制被控設(shè)備，以完成對連續(xù)量的控制。3）閉環(huán)過程控制。使用PLC不僅可以對模擬量進(jìn)行開環(huán)控制，而且還可以進(jìn)行閉環(huán)控制。配置PID（比例-積分微分）控制單元或模塊，對控制過程中某一變量（如速度、溫度、電流、電壓等）進(jìn)行PID控制。4)運(yùn)動控制。PLC可使用專用的運(yùn)動控制模塊，實現(xiàn)對步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)的單軸、多軸位置控制，完成直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動控制。5）網(wǎng)絡(luò)通信?，F(xiàn)代PLC具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能，它既可以對遠(yuǎn)程IO端口進(jìn)行控制，又能實現(xiàn)PLC與PLC、PLC與計算機(jī)之間的通信，從而構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。PLC通過RS-232C接口可與各種RS-232C設(shè)備進(jìn)行通信。例如，可與個人計算機(jī)、打印機(jī)、條碼讀出器等具有RS-232C接口的外部設(shè)備相連；通過RS-422A接口，可與數(shù)據(jù)存取單元（DU）、人機(jī)界面（HMI）相連；通過RS-485通信適配器和機(jī)能擴(kuò)充板，可用計算機(jī)作為主站，PLC作為就地控制站，形成一個PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對PLC進(jìn)行集中監(jiān)視管理，從而對整個生產(chǎn)線，乃至整個工廠進(jìn)行監(jiān)控。PLC還可與其他智能控制設(shè)備（如變頻器、數(shù)控裝置）實現(xiàn)通信。PLC與變頻器組成聯(lián)合控制系統(tǒng)，可提高交流電動機(jī)的自動化控制水平。4.1.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC是一種很有特色和發(fā)展前途的新型工業(yè)控制裝置，它不僅可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，使硬件“軟”化，加上它具有運(yùn)算、計數(shù)、定時、通信和聯(lián)網(wǎng)等功能，還可用于輸入和輸出點(diǎn)數(shù)較多、控制要求較復(fù)雜的工業(yè)場合。目前，PLC在各行各業(yè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，如在電力工業(yè)中，用于電廠輸煤系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)、汽輪機(jī)和鍋爐的起動及停車系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)和變壓器監(jiān)控系統(tǒng)等；在冶金工業(yè)中，用于軋鋼機(jī)、高爐冶煉、配料、鋼板卷取控制，包裝、進(jìn)出料場控制等；在機(jī)械工業(yè)中，用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動倉庫控制，電鍍生產(chǎn)線控制、熱處理控制等；在汽車工業(yè)中，用于自動焊接控制、裝配生產(chǎn)線、噴漆流水線控制等；在食品工業(yè)中，用于制罐機(jī)控制、飲料灌裝生產(chǎn)線控制、產(chǎn)品包裝控制等，在化學(xué)工業(yè)中，用于化學(xué)反應(yīng)槽控制、橡膠硫化機(jī)控制、自動配料控制等；在公共事業(yè)中，用于電梯控制、大樓防災(zāi)系統(tǒng)控制、城市交通燈控制等。如果按應(yīng)用類型劃分，PLC的應(yīng)用可分為以下幾種類型。1）開關(guān)邏輯和順序控制：這是PLC最基本的控制功能，在工業(yè)場合應(yīng)用最廣泛，可代替繼電器控制系統(tǒng)。它既可用于單機(jī)控制，又可用于多機(jī)群控制及自動化生產(chǎn)線的控制。2）過程控制：PLC通過模擬量IO模塊，可對溫度、流量等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行控制。大中型PLC都具有PID閉環(huán)控制功能，并已廣泛用于電力、化工、機(jī)械、冶金等行業(yè)。3）運(yùn)動控制：PLC可應(yīng)用于對直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動的控制，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、金屬加工、電梯控制等。4）多級控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：PLC與PLC之間、PLC與計算機(jī)之間及其他智能控制設(shè)備之間可以聯(lián)網(wǎng)通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理和信息共享，從而構(gòu)成工廠計算機(jī)集成制造（生產(chǎn)）系統(tǒng)（CIMS/CIPS）。4.2PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理4.2.1PLC的硬件系統(tǒng)PLC專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，硬件電路主要由中央處理器（CPU）、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入/輸出接口電路以及編程器等外設(shè)接口組成。圖4-1為典型PLC基本結(jié)構(gòu)簡圖。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機(jī)等外設(shè)連接。對于整體式PLC，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)，其組成框圖如圖4-1所示。對于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣?。無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置與組合。1.CPU模塊CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中。同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。運(yùn)行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。

與通用計算機(jī)一樣，CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路等。它確定進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU由控制器控制工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由振蕩信號控制。CPU的運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。CPU的寄存器參與運(yùn)算，并存儲運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開關(guān)。一般情況下，CPU模塊總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運(yùn)行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接IO模塊或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設(shè)口，用于接外部設(shè)備，有的還有通信口，用于進(jìn)行通信。CPU模塊上還有許多設(shè)定開關(guān)，用以對PLC做設(shè)定，如設(shè)定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。PLC大多采用8位、16位和32位微處理器或單片機(jī)作為主控芯片，如Intel80X系列CPU，ATMEL89SX系列單片機(jī)。一般說來，PLC的檔次越高，CPU的位數(shù)也越多，運(yùn)算速度也越快，指令功能越強(qiáng)。為了提高PLC的性能，也有一臺PLC采用多個CPU的。目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，而中、大型PLC則大多為雙CPU系統(tǒng)，甚至有些PLC中多達(dá)8個CPU。對于雙CPU系統(tǒng)，一般一個為字處理器，采用8位或16位處理器；另一個為位處理器，采用由各廠家設(shè)計制造的專用芯片。字處理器為主處理器，用于執(zhí)行編程器接口功能，監(jiān)視內(nèi)部定時器，監(jiān)視掃描時間，處理字節(jié)指令以及對系統(tǒng)總線和位處理器進(jìn)行控制等。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實現(xiàn)PLC編程語言向機(jī)器語言的轉(zhuǎn)換。位處理器的采用，提高了PLC的速度，使PLC可以更好地滿足實時控制要求。2.存儲器（ROM和RAM）與通用計算機(jī)一樣，PLC系統(tǒng)中也主要有兩種存儲器：一種是可讀/寫操作的隨機(jī)存儲器（RAM），另一種是只讀存儲器（ROM、PROM、EPROM和E'PROM）。在PLC中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。ROM用來存放系統(tǒng)程序，它是使軟件固化的載體，相當(dāng)于通用計算機(jī)的BIOS；RAM則用來存放用戶的應(yīng)用程序。在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放由PLC的制造廠家編寫的系統(tǒng)程序，它和PLC的硬件組成有關(guān)，包括監(jiān)控程序、管理程序、功能程序、命令解釋程序、系統(tǒng)診斷程序等，主要完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運(yùn)行的平臺。系統(tǒng)程序也叫系統(tǒng)軟件，有些PLC制造商將其固化在EPROM存儲器中，用戶不能對其修改、存取，它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的性能。用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序，是隨PLC的控制對象而定的，由用戶根據(jù)對象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。PLC用得比較多的是CMOSRAM。它的特點(diǎn)是制造工藝簡單、集成度高、功耗低、價格便宜，所以適宜于存放用戶程序和數(shù)據(jù)，以便于用戶讀出、檢查和修改程序，這種存儲器一般用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息。由于CMOSRAM需要鋰電池支持，才能保證RAM內(nèi)數(shù)據(jù)掉電不丟，而且經(jīng)常使用的鋰電池的壽命，通常在2~5年，這些給用戶帶來不便，所以近年來有許多PLC直接采用E'PROM作為用戶存儲器。工作數(shù)據(jù)是PLC運(yùn)行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。存放在RAM中，以滿足隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲器中，設(shè)有存放輸入/輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等邏輯器件的存儲區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況而確定的。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電時用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電時可保存數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系，所以在PLC產(chǎn)品樣本或使用手冊中所列存儲器的形式及容量是指用戶程序存儲器。當(dāng)PLC提供的用戶存儲器容量不夠用時，許多PLC還提供有存儲器擴(kuò)展功能。3.I/O模塊PLC的對外功能，主要是通過各種IO模塊與外界聯(lián)系，按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)量受CPU所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)數(shù)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場輸入設(shè)備（如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、主令開關(guān)等）、輸出設(shè)備（如驅(qū)動電磁閥、接觸器、電動機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)）或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測所需的過程信息，又可將處理后的結(jié)果傳送給外部設(shè)備，驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制。由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，正是通過I/O接口實現(xiàn)這種信號的轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)。PLC提供了多種操作電平和具有驅(qū)動能力的I/O接口，有各種各樣功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有數(shù)字量（開關(guān)量）輸入、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。常用的開關(guān)量輸入接口，按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口，其基本原理電路如圖4-2所示。PLC的開關(guān)量輸出接口按輸出開關(guān)器件不同分為三種類型：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出，其基本原理電路如圖4-3所示。繼電器輸出接口可驅(qū)動交流或直流負(fù)載，但其響應(yīng)時間長，動作頻率低；而晶體管輸出和雙向品閘管輸出接口的響應(yīng)速度快，動作頻率高，但前者只能用于驅(qū)動直流負(fù)載，后者只能用于交流負(fù)載。PLC的I/O接口所能接收的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)稱為PLC輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。當(dāng)系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)不夠時，可通過PLC的I/O擴(kuò)展接口對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。4.電源模塊電源模塊在PLC中所起的作用是極為重要的，因為PLC內(nèi)部各部件都需要它來提供穩(wěn)定的直流電壓和電流。PLC內(nèi)部有一個高性能的穩(wěn)壓電源，有些是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源，并備有鋰電池（備用電池），保證外部電源故障時內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失。另外，有的電源還為輸入電路提供24V的工作電壓。電源按其輸入類型分為：交流電源，輸入為交流220V或110V直流電源，輸入為直流電壓，常用的為24V。5.智能接口模塊智能接口模塊是獨(dú)立的計算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個模塊，通過總線與PLC相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨(dú)立地進(jìn)行工作。PLC的智能接口模塊種類很多，如高速計數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動控制模塊、中斷控制模塊等。6.其他外部設(shè)備除了以上所述的部件和設(shè)備外，PLC還有許多外部設(shè)備，如EPROM寫入器、外存儲器、大/機(jī)接口裝置等。EPROM寫入器是用來將用戶程序固化到EPROM存儲器中的一種PLC外部設(shè)備。為了使調(diào)試好的用戶程序不易丟失，經(jīng)常用EPROM寫人器將PIC用戶程序保存到EPROM中。PLC內(nèi)部的半導(dǎo)體存儲器稱為內(nèi)存儲器。有時可用外部的磁帶、軟盤和用半導(dǎo)體存儲器做成的存儲盒等來存儲PLC的用戶程序，這些存儲器件稱為外存儲器。外存儲器一般是通過編程器或其他智能模塊提供的接口，與內(nèi)存儲器之間相互傳送用戶程序。人/機(jī)接口裝置用來實現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)的對話。最簡單、最普遍的人/機(jī)接口裝置由安裝在控制臺上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、撥碼開關(guān)、指示燈、LED顯示器、聲光報警器等器件構(gòu)成。對于PLC系統(tǒng)，還可采用半智能型CRT人/機(jī)接口裝置和智能型終端人機(jī)接口裝置。半智能型CRT人/機(jī)接口裝置可長期安裝在控制臺上，通過通信接口接收來自PIC的信息并布CRT上顯示出來；而智能型終端人/機(jī)接口裝置有自己的微處理器和存儲器，能夠與操作人員快速交換信息，并通過通信接口與PLC相連，也可作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)接入PLC網(wǎng)絡(luò)。4.2.2PLC的軟件系統(tǒng)PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計編寫，并存入PLC的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接對其讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實現(xiàn)控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣，PLC的主要編程語言采用比計算機(jī)語言簡單、易懂、形象的專用語言。PLC編程語言是多種多樣的，對于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語言的表達(dá)方式也不相同，但基本上可歸納為兩種類型：一是采用字符表達(dá)方式的編程語言，如語句表等；二是采用圖形符號表達(dá)方式的編程語言，如梯形圖等。下面簡要介紹幾種常見的PLC編程語言1.梯形圖語言梯形圖語言是一種以圖形符號表示控制關(guān)系的編程語言，是在傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號的基礎(chǔ)上演變而來的。它與電氣控制電路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電氣控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入/輸出形式，具有形象、直觀、實用的特點(diǎn)，電氣技術(shù)人員容易接受，是PLC的第一編程語言。如圖4-4所示是傳統(tǒng)的電氣控制電路圖和PLC梯形圖。由圖可知，兩種圖表達(dá)的思想是一致的，具體表達(dá)方式有一定區(qū)別。PLC的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器等，都由軟件來實現(xiàn)，使用方便、修改靈活，是原電氣控制電路硬接線無法比擬的。2.指令語句表編程語言指令表語言（STL)是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣，由操作碼和操作數(shù)組成。在無計算機(jī)的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進(jìn)行編制。同時，指令表語言與梯形圖語言一一對應(yīng)，在PLC編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。3.功能塊圖編程語言功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程語言，由與門、或門、非門、定時器、計數(shù)器、觸發(fā)器等邏輯符號組成。熟悉數(shù)字電路的人員較容易掌握，左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量、右側(cè)為輸出變量，信號自左向右流動，如圖4-5所示，就像電路圖一樣。4.順序功能圖編程語言順序功能圖編程語言（SFC語言）屬于圖形語言，是一種較新的編程方法，又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言。它將一個完整的控制過程分為若干階段，各階段其有不同的動作，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件滿足就實現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上一階段動作結(jié)束，下一階段動作開始。順序功能圖編程語言用功能圖的方式來表達(dá)一個控制過程，對于順序控制系統(tǒng)特別適用，如圖4-6所示。5.高級語言隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，為了增強(qiáng)PLC的運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理及通信等功能，以上編程語言無法很好地滿足要求。近年來推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高級語言，如BASIC語言、C語言、PASCAL語言等進(jìn)行編程。采用高級語言后，用戶可以像使用普通微型計算機(jī)一樣操作PLC，使PLC的各種功能得到更好的發(fā)揮。4.2.3PLC的工作原理PLC源于用計算機(jī)控制來取代繼電器、接觸器，所以PLC與通用計算機(jī)具有相同之處，如具有相同的基本結(jié)構(gòu)和相同的指令執(zhí)行原理。但是，兩者在工作方式上卻有著很大的區(qū)別，不同點(diǎn)體現(xiàn)在PLC的CPU采用循環(huán)掃描工作方式，集中輸入采樣，集中進(jìn)行輸出刷新。I/O映像區(qū)分別存放執(zhí)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程中各結(jié)果的狀態(tài)。1.I/O映像區(qū)在PLC存儲器內(nèi)開辟了I/O映像區(qū)。I/O映像區(qū)的大小由PLC的程序決定，對于系統(tǒng)的一個輸入點(diǎn)總有輸入映像區(qū)的某一位與之相對應(yīng)。對于系統(tǒng)的每一個輸出點(diǎn)都有輸出映像區(qū)的某一位與之相對應(yīng)。系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)的編址號與I/O映像區(qū)的映像寄存器地址號相對應(yīng)。PLC工作時，將采集到的輸入信號狀態(tài)存放在輸入映像區(qū)對應(yīng)的位上，將運(yùn)算結(jié)果存放到輸出映像區(qū)對應(yīng)的位上。PLC在執(zhí)行用戶程序時所需“輸入繼電器”、“輸出繼電器”的數(shù)據(jù)取自IO映像區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系。I/O映像區(qū)的建立，使PLC工作時只和內(nèi)存有關(guān)的地址單元所存儲的信息狀態(tài)發(fā)生關(guān)系，而系統(tǒng)輸出也只給內(nèi)存某一地址單元設(shè)定一個狀態(tài)，這樣不僅加快了程序執(zhí)行速度，而且還使控制系統(tǒng)與外界隔開，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，同時控制系統(tǒng)遠(yuǎn)離實際控制對象，為硬件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。2.循環(huán)掃描工作方式1）PLC的工作過程PLC上電后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復(fù)始地按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行，這個過程實質(zhì)上是按順序循環(huán)掃描的過程，PLC的工作過程如圖4-7所示。（1）初始化：PLC上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，清除內(nèi)部繼電器區(qū)、復(fù)位定時器等。（2）CPU自診斷：PLC在每個掃描周期都要進(jìn)入CPU自診斷階段，對電源、PIC內(nèi)部電路、用戶程序的語法進(jìn)行檢查，定期復(fù)位監(jiān)控定時器（WDT）等，以確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。（3）通信信息處理：在每個通信信息處理掃描階段，進(jìn)行PLC之間以及PLC與計算機(jī)之間的信息交換，PLC與其他帶微處理器的智能設(shè)備通信，如智能IO模塊。在多處理器系統(tǒng)中，CPU還要與數(shù)字處理器交換信息。（4）與外部設(shè)備交換信息：PLC與外部設(shè)備連接時，在每個掃描周期內(nèi)要與外部設(shè)備交換信息。這些外部設(shè)備有編程器、終端設(shè)備、顯示器、打印機(jī)等。（5）執(zhí)行用戶程序：PLC在運(yùn)行狀態(tài)下，每一個掃描周期都要執(zhí)行用戶程序。執(zhí)行用戶程序時，是以掃描的方式按順序逐句掃描處理的，掃描一條執(zhí)行一條，并把運(yùn)算結(jié)果存入輸出映像區(qū)的對應(yīng)位中。（6）輸入、輸出信息處理：PLC在運(yùn)行狀態(tài)下，每一個掃描周期都要進(jìn)行輸入、輸出信息處理。以掃描的方式把外部輸入信號的狀態(tài)存入輸入映像區(qū)；將運(yùn)算處理后的結(jié)果存入輸出映像區(qū)，直至傳送到外部被控設(shè)備。PLC周而復(fù)始地巡回掃描，執(zhí)行上述過程，直至停機(jī)。2）用戶程序的掃描過程PLC的工作過程與CPU的操作方式有關(guān)。CPU有兩種操作方式：STOP方式和RUN方式。在掃描周期內(nèi)，STOP方式和RUN方式的主要差別在于：RUN方式執(zhí)行用戶程序，而在STOP方式下不執(zhí)行用戶程序。PLC對用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描可分為三個階段，即輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，如圖4-8所示。（1）輸入采樣階段。在輸入采樣階段，PLC用掃描方式把所有輸入端的外部輸入信號的通/斷（ON/OFF）狀態(tài)一次寫人到輸入映像寄存器（或稱輸入狀態(tài)寄存器）中。此時，輸入映像寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行階段或輸出階段，輸入映像寄存器與外界隔離，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會隨之改變。輸入信號變化了的狀態(tài)，只是在下一個掃描周期的輸入采樣階段才能被讀入。也就是說，在輸入采樣階段采樣結(jié)束之后，無論輸入信號如何變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新狀態(tài)（或信息）。（2）程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段，PLC逐條解釋和執(zhí)行程序。若是梯形圖程序，則按先上后下、先左后右的順序進(jìn)行掃描。若程序中有跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的執(zhí)行方向。在順序執(zhí)行程序時，所需要的輸入狀態(tài)由輸入映像寄存器讀出，其他軟元件的狀態(tài)從元件映像寄存器中讀出，執(zhí)行結(jié)果則寫入到元件映像寄存器中。對每一個軟元件（輸入繼電器X除外）來說，元件映像寄存器中所存的內(nèi)容會隨著程序執(zhí)行的進(jìn)程而變化。（3）輸出刷新階段。當(dāng)所有的用戶程序執(zhí)行完后，PLC將元件映像寄存器中的輸出元件（即輸出繼電器）的狀態(tài)（此狀態(tài)存放在對應(yīng)的輸出映像寄存器中）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存寄存器中，經(jīng)過輸出模塊隔離和功率放大，轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接收的電壓或電流信號后，再去驅(qū)動被控制的用戶設(shè)備（即外部負(fù)載）。PLC重復(fù)上述三個階段，每重復(fù)一次的時間即為一個掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長短有關(guān)。對于小型PLC，由于I/O點(diǎn)數(shù)較少，用戶程序較短，采用集中采樣，集中輸出的工作方式，這樣雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。而對于大中型PLC，由于I/O點(diǎn)數(shù)多，控制要求高，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定周期輸入采樣、輸出刷新、直接采樣、直接輸出刷新、中斷I/O以及智能I/O接口等方式。4.3PLC的分類與發(fā)展趨勢4.3.1PLC的分類PLC的種類很多，各種產(chǎn)品實現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外形等方面均存在較大差異。因此，PLC的分類沒有一個嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，而是按照結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模、實現(xiàn)的功能等進(jìn)行大致的分類。1.按結(jié)構(gòu)分類PLC按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式、模塊式和疊裝式三類。1）整體式PLC整體式PLC是將電源、CPU、1VO部件都集中在一個機(jī)箱內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的PLC具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同VO點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元組成?；締卧獌?nèi)有CPU、VO模塊和電源。擴(kuò)展單元內(nèi)只有IVO模塊和電源。整體式PLC一般配備有特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使PLC的功能得以擴(kuò)展。這種結(jié)構(gòu)的PLC，適用于工業(yè)生產(chǎn)中的單機(jī)控制，如三菱公司的FXs系列PLC。2）模塊式PLC模塊式PLC為總線結(jié)構(gòu)，其總線做成總線板形式，上面有若干個總線槽，每個總線槽上可安裝一個PLC模塊，不同的模塊實現(xiàn)不同的功能。PLC的CPU、存儲器做成一個模塊（有的把電源也做在上面），該模塊在總線板上的安裝位置一般是固定的，其他的模塊可根據(jù)PLC的控制規(guī)模、實現(xiàn)的功能來選用，安裝在總線板的其他任一總線槽上。模塊式PLC安裝完成后，需進(jìn)行登記，使PLC對安裝在總線上的各模塊進(jìn)行地址確認(rèn)。模塊式PLC的總線板又稱底板。模塊式PLC的特點(diǎn)是：系統(tǒng)配置靈活，可組成具有不同控制規(guī)模和功能的PLC，但它的價格相對較高。一般大中型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。3）疊裝式PLC將整體式和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式PLC。它除了基本單元外，還有擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊，配置比較方便。疊裝式PLC集整體式PLC與模塊式PLC優(yōu)點(diǎn)于一身，它結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安裝方便。西門子公司的S7-200PLC就是疊裝式結(jié)構(gòu)形式。2.按控制規(guī)模分類PLC的控制規(guī)模主要是指開關(guān)量的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)及模擬量的輸入/輸出路數(shù)，但主要以開關(guān)量的點(diǎn)數(shù)計數(shù)。模擬量的路數(shù)可折算成開關(guān)量的點(diǎn)數(shù)，一般一路模擬相當(dāng)于8~16點(diǎn)開關(guān)量。根據(jù)V0控制點(diǎn)數(shù)的不同，PLC大致可分為小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)。1）小型PLC小型PLC的IVO點(diǎn)數(shù)不超過128點(diǎn)，用戶存儲器容量小于4KB。這種PLC帶有簡易編程器，適用于中小容量的開關(guān)量控制，一般可取代4~60個繼電器，具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)、順序控制、通信等功能。由于小型PLC與被控裝置直接相連，因此要求它具有較高的環(huán)境適應(yīng)能力和高可靠性，其價格十分便宜。2）中型PLC中型PLC的LVO點(diǎn)數(shù)為129~512點(diǎn)，用戶存儲器容量為4~16KB。中型PLC除具有小型PLC的功能外，還增加了數(shù)據(jù)處理能力，適用于小容量綜合控制系統(tǒng)。例如，西門子公司的S7-300PLC等。3）大型PLC超大型PLC的IO點(diǎn)數(shù)超過512點(diǎn)，用戶存儲器容量大于16KB。大型PLC除具有中、小型PLC的功能外，還增加了編程終端的處理能力和通信能力，適用于多級自動控制和大型分散控制系統(tǒng)。需要說明的是，PLC的大、中、小型的劃分并無嚴(yán)格的界線，多數(shù)PLC的LVO接口和存儲器容量都有擴(kuò)展能力，用戶可根據(jù)需要配置自己的系統(tǒng)。3.按控制性能分類按控制性能，PLC可分為低檔機(jī)、中檔機(jī)和高檔機(jī)三類。1）低檔機(jī)這類PLC具有基本的控制功能和一般的運(yùn)算能力，工作速度比較低，能驅(qū)動的輸入和輸出模塊數(shù)量比較少，輸入和輸出模塊的種類也比較少。這類PLC只適合于小規(guī)模的簡單控制，在聯(lián)網(wǎng)中一般適合做從站使用。2）中檔機(jī)這類PLC具有較強(qiáng)的控制功能和運(yùn)算能力，它不僅能完成一般的邏輯運(yùn)算，也能完成比較復(fù)雜的三角函數(shù)、指數(shù)和PID運(yùn)算，工作速度比較快，能驅(qū)動的輸入和輸出模塊的數(shù)量也比較多，輸人和輸出模塊的種類也比較多。這類PLC不僅能完成小型的控制，也可以完成較大規(guī)模的控制任務(wù)。在聯(lián)網(wǎng)中可以做從站，也可以做主站。例如，西門子公司生產(chǎn)的S7-300就屬于這一類。3）高檔機(jī)這類PLC具有強(qiáng)大的控制功能和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，它不僅能完成邏輯運(yùn)算、三角函數(shù)運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)算和PID運(yùn)算，還能進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算，工作速度很快，能驅(qū)動的輸入和輸出模塊的數(shù)量很多，輸入和輸出模塊的種類也很全面。這類PLC不僅能完成中等規(guī)模的控制工程，也可以完成規(guī)模很大的控制任務(wù)，在聯(lián)網(wǎng)中一般做主站使用。4.3.2PLC的發(fā)展趨勢不同的應(yīng)用領(lǐng)域，不同的控制需求，決定了PLC發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)不同，其發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在大型化、微型化、多功能化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊智能化和網(wǎng)絡(luò)化等幾個方面。1.大型化、高速度、大存儲容量趨勢為了拓寬PLC的應(yīng)用領(lǐng)域，逐漸具備工業(yè)控制計算機(jī)、集散控制系統(tǒng)所具有的先進(jìn)功能，尤其是在實時處理方面，同時為了提升自身PLC品牌的競爭力，PLC朝著大型化、高速度、大容量的趨勢發(fā)展是必然的?，F(xiàn)階段的大型PLC采用以下方法增強(qiáng)處理能力，提高響應(yīng)速度：使用16位、32位甚至64位高性能CPU，多CPU并行處理技術(shù)，發(fā)展智能模塊實現(xiàn)分級處理等方法。另外，在數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、模擬量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)及各類模塊的數(shù)量都朝著大容量發(fā)展，如西門子公司的S7-400PLC可擴(kuò)展到32KBDIVDO。由于控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大了，用戶程序量必然也會增加，所以PLC大型化也包含存儲容量的增加。2.微型化、多功能化趨勢大型化是為了拓展PLC的應(yīng)用領(lǐng)域，而在PLC的強(qiáng)項——小型設(shè)備的控制上，則需要在降低成本、提高速度、改善結(jié)構(gòu)方面作出努力。微型化、多功能化可以使控制系統(tǒng)體積減小、成本下降、結(jié)構(gòu)趨于模塊化，配置靈活，易于改造。目前，超小型PLC的IVO點(diǎn)數(shù)少則幾個點(diǎn)，多則數(shù)百點(diǎn)，甚至個別的超小型PLC可以擴(kuò)展到上千點(diǎn)。如此規(guī)模即使是復(fù)雜對象也能勝任。3.標(biāo)準(zhǔn)化趨勢PLC的能力在不斷增強(qiáng)，生產(chǎn)過程自動化要求（如生產(chǎn)調(diào)度、綜合管理等）也在不斷提高，過去那種封閉的、不開放的、自成一體的結(jié)構(gòu)顯然已不合適，越來越需要使不同品牌的PLC在通信協(xié)議、總線結(jié)構(gòu)、繼程語言等方面能夠遵循一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，提高兼容性。國際電工委員會（EC）為此制定了國際標(biāo)準(zhǔn)EC61131。該標(biāo)準(zhǔn)由總則、設(shè)備性能和測試、編程語言、用戶手冊、通信、模糊控制的編程、可編程序控制器的應(yīng)用和實施指導(dǎo)等八部分和兩個技術(shù)報告組成。幾乎所有的PLC生產(chǎn)廠家都表示支持IEC61131，并開始向該標(biāo)準(zhǔn)靠攏。一些主流的PLC產(chǎn)品雖然在指令描述符上還存在一定差異，但在指令功能上差異不大，相互之間的程序轉(zhuǎn)換已不困難，甚至有的時候可以做到指令數(shù)一樣。4.模塊智能化趨勢分級控制、分布控制思想是增強(qiáng)PLC控制功能、提高處理速度的一個有效辦法，也是控制系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。智能I/О模塊是以微處理器和存儲器為基礎(chǔ)的功能部件，它們可以獨(dú)立于主CPU工作，自成系統(tǒng)，分擔(dān)主CPU的處理任務(wù)，這有利于提高PLC的處理速度，主CPU可以隨時訪問智能模塊，修改控制參數(shù)。這樣既可以提高控制效率，簡化設(shè)計和編程工作量，也可以提高動作可靠性、實時性，滿足復(fù)雜控制的要求。這也是分級控制思想在PLC應(yīng)用中的體現(xiàn)。日前，大、中、小型PLC都有自己相應(yīng)的智能I/О模塊，如模擬量調(diào)節(jié)（PID控制)、運(yùn)動控制（步進(jìn)、伺服、凸輪控制)、高速計數(shù)、中斷輸入、熱電偶輸人、熱電阻輸人、模糊控制器、通信等智能模塊。有了這些模塊，PLC的CPU處理復(fù)雜的控制任務(wù)（如運(yùn)動控制）如同控制繼電器觸點(diǎn)的通斷一樣方便。5.網(wǎng)絡(luò)化趨勢加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)能力是實現(xiàn)分布式控制、適應(yīng)工廠自動化系統(tǒng)和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)發(fā)展的需要，是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的需要。從物理關(guān)系上看，聯(lián)網(wǎng)包括PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/О之間、PLC與計算機(jī)之間的信息交換。從技術(shù)層面上看，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用三級通信網(wǎng)絡(luò):底層為設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，用來實現(xiàn)PLC與現(xiàn)場設(shè)備之間的通信，又稱為遠(yuǎn)程I/О網(wǎng)絡(luò)，如RS-232C、RS-485、RS-422A等協(xié)議;中間層是控制網(wǎng)絡(luò)，用來實現(xiàn)PLC與計算機(jī)之間的通信，如PROFIBUS、Mod-bus、CAN等現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn);上層為信息網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)傳遞生產(chǎn)管理信息，如TCP/IP。4.4

S7-1200的硬件S7-1200可編程序控制器是德國西門子公司新一代的模塊化小型PLC。它具有緊湊的設(shè)計、良好的擴(kuò)展性、靈活的組態(tài)及功能強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，提供了控制各種設(shè)備的靈活性和強(qiáng)大功能，它已成為控制各種應(yīng)用的完美解決方案。本節(jié)主要介紹S7-1200的硬件結(jié)構(gòu)、CPU模塊、信號板、信號模塊及集成的PROFINET接口。S7-1200主要由CPU模塊、信號板、信號模塊、通信模塊和編程軟件組成，各種模塊安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上。4.4.1

S7-1200的CPU模塊1.CPU的共性1）可以使用梯形圖（LAD）、函數(shù)塊圖（FDB）和結(jié)構(gòu)化控制語言（SCL）這3種編程語言。布爾運(yùn)算、字傳送指令和浮點(diǎn)運(yùn)算指令的執(zhí)行速度分別為0.08μs／指令、1.7μs／指令和2.3μs／指令。2）S7-1200工作存儲器最大150KB、裝載存儲器最大4KB、保持性存儲器10KB。CPU1211C和CPU1212C的位存儲器（M）為4096B，其他CPU為8192B?？梢赃x用SIMATIC存儲卡擴(kuò)展存儲容量，還可以用存儲卡傳輸程序到其他CPU。3）過程映像輸入、過程映像輸出各1024B。集成的數(shù)字量輸入電路的輸入類型為漏型／源型，電壓額定值為DC24V，輸入電流為4mA。1狀態(tài)允許的最小電壓／電流為DC15V/2.5mA，0狀態(tài)允許的最大電壓／電流為DC5V/1mA。輸入延遲時間可以組態(tài)為0.1μs～20ms，有脈沖捕獲功能。在過程輸入信號的上升沿或下降沿可以產(chǎn)生快速響應(yīng)硬件中斷。繼電器輸出的電壓范圍為DC5-30V或AC5-250V。最大電流為2A，阻性負(fù)載為DC30W或AC200W。DC/DC/DC型CPU的MOSFET場效應(yīng)管的1狀態(tài)最小輸出電壓為DC20V，0狀態(tài)最大輸出為DC0.1V，輸出電流為0.5A。最大阻性負(fù)載為5W。脈沖輸出最多4路，CPU1217支持最高1MHz的脈沖輸出，其他型本機(jī)最高100kHz，通過信號板可輸出200kHz的脈沖。4）有2點(diǎn)集成的模擬量輸入（0～10V），10位分辨率，輸入電阻不小于100k?。5）集成的DC24V電源可供傳感器和編碼器使用，也可作輸入回路的電源。6）CPU1215C和CPU1217C有兩個帶隔離的PROFINET以太網(wǎng)端口，其他CPU只有1個，傳輸速率為10M/100Mb/s。7）實時時鐘的保存時間通常為20天，40℃時最少可達(dá)12天，最大誤差為±60s／月2.CPU的技術(shù)規(guī)范S7-1200現(xiàn)有5種型號的CPU模塊，此外還有故障安全型CPU。CPU可以擴(kuò)展1塊信號板、3塊通信模塊（如表4-1所示）。表4-1S7-1200CPU技術(shù)規(guī)范CPU模塊有集成的輸入／輸出狀態(tài)LED指示燈、3個運(yùn)行狀態(tài)指示燈。每種CPU有3種不同電源電壓和輸入、輸出電壓的版本，如表4-2所示。表4-2S7-1200CPU的3種版本3.CPU的外部接線圖

1214CAC/DC/Rly型的外部接線圖如圖4-10所示。輸入回路一般使用圖中標(biāo)有①的CPU內(nèi)置的DC24V傳感器電源，漏型輸入時需要去除圖中標(biāo)有②的外接DC電源，將輸入回路的1M端子與DC24V傳感器電源的M端子連接起來，將內(nèi)置的DC24V電源的L+端子接到外部觸點(diǎn)的公共端。源型輸入時將DC24V傳感器電源的L+端子連接到1M端子，將內(nèi)置的DC24V電源的M端子接到外部觸點(diǎn)的公共端。4.CPU集成的工藝功能

S7-1200集成的工藝功能包括高速計數(shù)與頻率測量、高速脈沖輸出、PWM控制、運(yùn)動控制和PID控制。1）高速計數(shù)器最多可組態(tài)6個使用CPU內(nèi)置或信號板輸入的高速計數(shù)器，CPU1217C有4點(diǎn)最高頻率為1MHz的高速計數(shù)器。其他CPU可組態(tài)的最高頻率為100kHz（單項）/80kHz（互差90°的正交相位）或最高頻率為30kHz（單項）/20kHz（互差90°的正交相位）的高速計數(shù)器（與輸入點(diǎn)地址有關(guān)）。如果使用信號板，最高計數(shù)頻率為200kHz（單項）/160kHz（互差90°的正交相位）。2）高速輸出各種型號的CPU最多有4點(diǎn)高速脈沖輸出（包括信號板的DQ輸出）。CPU1217C的高速脈沖輸出最高頻率為1MHz，其他CPU為100kHz，信號板為200kHz。3）運(yùn)動控制S7-1200的高速輸出可用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的速度和位置控制。通過一個軸工藝對象和PLCopen運(yùn)動控制指令，可以輸出脈沖信號控制步進(jìn)電機(jī)的速度、閥位置或加熱元件的占空比。除了返回原點(diǎn)和點(diǎn)動功能以外，還支持絕對位置控制、相對位置控制和速度控制。軸工藝對象有專用的組態(tài)窗口、調(diào)試窗口和診斷窗口。4）用于閉環(huán)控制的PID功能PID功能用于對閉環(huán)過程進(jìn)行控制，建議PID控制回路的個數(shù)不要超過16個。STEP7中的PID調(diào)試窗口提供用于參數(shù)調(diào)節(jié)的形象直觀的曲線圖，還支持PID參數(shù)自整定功能，可以自動計算PID參數(shù)的最佳調(diào)節(jié)值?！?.4.2S7-1200的信號板和信號模塊1、信號板每塊CPU模塊內(nèi)可以安裝一塊信號板（SignalBoard，SB），安裝后不會改變CPU模塊的外形和體積。通過信號板可以給CPU增加輸入／輸出?？梢蕴砑右粋€具有數(shù)字量或模擬量輸入／輸出的信號板。信號板連接在CPU的前端，如圖4-12所示。圖4-12安裝信號板安裝時首先去下端子蓋板，然后將信號板直接插入S7-1200CPU正面的槽內(nèi)。信號板有可拆卸的端子，因此可以很容易地更換信號板。信號板和電池板如表4-3所示。表4-3信號板的型號表類別特點(diǎn)SB1221數(shù)字量輸出信號板4點(diǎn)輸入最高計數(shù)頻率為200kHz；額定電壓DC24V和DC5VSB1222數(shù)字量輸入信號板4點(diǎn)固態(tài)MOSFET輸出的最高計數(shù)頻率為200kHzSB1223數(shù)字量輸入輸出信號板2點(diǎn)輸入和2點(diǎn)輸出的最高計數(shù)頻率200kHzSB1231熱電偶和RTD信號板可選擇多種量程的傳感器，分辨率為0.1℃，15位+符號位SB1231模擬量輸入信號板一路12位的輸入，可測量電壓和電流SB1232模擬量輸出信號板一路輸出，可輸出分辨率為12位的電壓和11位的電流CB1241RS485信號板一個RS-485接口BB1297電池板適用于實時時鐘的長期備份

還可以擴(kuò)展通信板（CB），可以為CPU增加其他通信端口以及電池板（BB），可提供長期的實時時鐘備份。2.信號模塊信號模塊（SM）是數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊的簡稱。數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊簡稱輸入／輸出模塊或開關(guān)量模塊DI/DQ，模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊簡稱AI/AQ模塊。SM連接在CPU右側(cè)?？梢詾镃PU增加信號的點(diǎn)數(shù)，最多可擴(kuò)展8個信號模塊。信號模塊是CPU聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備的橋梁，輸入模塊用來采集與接收各種輸入信號，如接收從按鈕、開關(guān)、繼電器等處來的數(shù)字量輸入以及接收各種變送器提供的電壓、電流信號以及熱電阻、熱電偶等信號。輸出模塊用來控制現(xiàn)場的各種控制設(shè)備，如接觸器、繼電器、電磁閥等數(shù)字量控制以及調(diào)節(jié)閥、變頻器等模擬量控制。CPU模塊內(nèi)部工作電壓一般是DC5V。為防止外部的尖峰電壓和干擾噪聲可能損害CPU模塊，在信號模塊中，常用光電隔離或繼電器等器件來隔離PLC內(nèi)部電路與外部的輸入、輸出電路。1）數(shù)字量輸入／輸出模塊可選用8點(diǎn)、16點(diǎn)和32點(diǎn)的輸入／輸出模塊（如表4-4所示），來滿足不同的控制要求。8點(diǎn)繼電器輸出（雙態(tài)）的DQ模塊的每一點(diǎn)，可以通過有公共端子的一個常閉觸點(diǎn)和一個常開觸點(diǎn)，在輸出0和1時，分別控制兩個負(fù)載。表4-4數(shù)字量輸入／輸出模塊所有的模塊都能方便地安裝在標(biāo)準(zhǔn)的35mmDIN導(dǎo)軌上。所有的硬件都配備了可拆卸的端子板，不用重新接線，就能迅速地更換組件。2）模擬量輸入／輸出模塊

在工業(yè)控制中，某些輸入量（如壓力、溫度、流量、液位等）是模擬量，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電動執(zhí)行器和變頻器等）要求PLC輸出模擬量信號來控制，而PLC的CPU只能處理數(shù)字量信號。PLC接受的模擬量信號常是傳感器和變送器輸出的電壓或電流信號，如4～20mA、0～10V，PLC用模擬量輸入模塊的A/D轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。模擬量輸出模塊的D/A將PLC中的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電壓或電流信號，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模擬量輸入／輸出模塊的主要任務(wù)就是實現(xiàn)A/D、D/A轉(zhuǎn)換。

A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)反映了它們的分辨率，位數(shù)越多，分辨率就越高。模擬量輸入／輸出模塊的另一個重要指標(biāo)是轉(zhuǎn)換時間。(1)SM1231模擬量輸入模塊

有4路、8路的13位模塊和4路16位模塊。模擬量輸入可選±10V、±5V和0～20mA、4～20mA等多種量程。電壓輸入的輸入電阻不小于9M?，電流輸入的輸入電阻為280?。雙極性模擬量滿量程轉(zhuǎn)換后對應(yīng)的數(shù)字為?27648～27648，單極性模擬量為0～27648。2)SM1231熱電偶和熱電阻模擬量輸入模塊

有4路、8路的熱電偶（TC）模塊和有4路、8路的熱電阻（RTD）模塊?？蛇x多種量程的傳感器，分辨率為0.1℃，15位+符號位。(3)SM1232模擬量輸出模塊

有2路、4路的模擬量輸出模塊，±10V電壓輸出為14位，最小負(fù)載阻抗1k?。0～20mA或4～20mA電流輸出為13位，最大負(fù)載阻抗600?，?27648～27648對應(yīng)滿量程電壓，0～27648對應(yīng)滿量程電流。

電壓輸出負(fù)載為電阻時轉(zhuǎn)換時間為300μs，負(fù)載為1μF電容時轉(zhuǎn)換時間為750μs。

電流輸出負(fù)載為1mH電感時轉(zhuǎn)換時間為600μs，負(fù)載為10mH電感時為2ms。(4)SM12344路模擬量輸入/2路模擬量輸出模塊

SM1234模塊的模擬量輸入和模擬量輸出通道的性能指標(biāo)分別于SM1231AI4×13bit模塊和SM1232AQ2×14bit模塊的相同，相當(dāng)于兩種模塊的組合。4.4.3S7-1200的通信模塊

通信模塊（CM）安裝在CPU模塊的左側(cè)，最多可以連接3個通信模塊。通信模塊和通信處理器（CP）將增加CPU的通信選項，如PROFIBUS或RS232/RS485的連接性（適用于PtP、Modbus或USS）或者AS-i主站。CP可以提供其他通信類型的功能，如通過GPRS、LTE、IEC、DNP3或WDC網(wǎng)絡(luò)連接到CPU。1.PROFIBUS通信與通信模塊

PROFIBUS總線是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一，S7-1200CPU固件版本V2.0以上，組態(tài)軟件STEP7版本V11.0以上，支持PROFIBUS-DP通信。通過使用PROFIBUS-DP主站模塊CM1243-5，S7-1200可以和其他CPU、編程設(shè)備、人機(jī)界面和PROFIBUS-DP從站設(shè)備（如ET200和SINAMICS驅(qū)動設(shè)備）通信，CM1243-5可以做S7通信的客戶機(jī)或服務(wù)器，如圖4-13和圖4-14所示。圖4-13S7-1200與計算機(jī)的通信圖4-14S7-1200與HMI的通信通過使用PROFIBUS-DP從站模塊CM1243-5，S7-1200可以作為一個智能DP從站設(shè)備與PROFIBUS-DP主站設(shè)備通信。2.點(diǎn)對點(diǎn)（PtP）通信與通信模塊

通過點(diǎn)對點(diǎn)通信，S7-1200可以直接發(fā)送信息到外部設(shè)備，如打印機(jī)；從其他設(shè)備接受信息，如條形碼閱讀器、射頻識別讀寫器和視覺系統(tǒng)；可以與GPRS裝置、無線電調(diào)制解調(diào)器以及其他類型的設(shè)備交換信息。CM1241是點(diǎn)對點(diǎn)高速串口通信模塊，可執(zhí)行的協(xié)議有ASCII、USS驅(qū)動協(xié)議、ModbusRTU主站協(xié)議和從站協(xié)議，可以裝載其他協(xié)議。3種模塊分別有RS-232、RS-485和RS-422/485通信接口。通過CM1241RS485通信模塊或者CB1241RS485通信板，可以支持ModbusRTU協(xié)議和USS協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行通信。S7-1200可以作為Modbus主站或從站。3.AS-i通信與通信模塊

AS-i是執(zhí)行器傳感器接口的縮寫，它是用于現(xiàn)場自動化設(shè)備的雙向數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，位于工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的最底層。AS-i已被列入IEC62026標(biāo)準(zhǔn)。

AS-i是單主站主從式網(wǎng)絡(luò)，支持總線供電，即兩根電纜同時作信號線和電源線。

S7-1200的AS-i主站模塊為CB1243-2，其主站協(xié)議版本為V3.0，可配置31個標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)量／模擬量從站或62個A/B類開關(guān)量／模擬量從站。4.遠(yuǎn)程控制通信與通信模塊

通過使用GPRS通信處理器CP1242-7，S7-1200CPU可以與下列設(shè)備進(jìn)行無線通信：中央控制站、其他遠(yuǎn)程站、移動設(shè)備（GSM短消息）、編程設(shè)備（遠(yuǎn)程服務(wù)）和使用開放式用戶通信（UDP）的其他通信設(shè)備。通過GPRS可以實現(xiàn)簡單的遠(yuǎn)程監(jiān)控。5.IO-Link通信與通信模塊

IO-Link是IEC61131-9中定義的用于傳感器／執(zhí)行器領(lǐng)域的點(diǎn)對點(diǎn)通信接口，使用非屏蔽的3線制標(biāo)準(zhǔn)電纜。IO-Link主站模塊SM1278用于連接S7-1200CPU和IO-Link設(shè)備，它有4個IO-Link接口，同時具有信號模塊功能和通信模塊功能。4.5.1博途軟件概述博途軟件可以概括出如下幾個特點(diǎn)：1）友好的界面。在博途軟件的界面上，以項目樹為核心。2）更加方便的幫助系統(tǒng)。軟件不僅編輯了大量的幫助信息，而且將這些信息有效編排和索引。3）B塊的調(diào)用和修改更加方便。4）變量的內(nèi)置ID機(jī)制。5）與OFFICE軟件實現(xiàn)互聯(lián)互通。6）SCL、Graph語言的使用更加靈活。7）優(yōu)化的程序塊功能更加強(qiáng)大。8）更加豐富的指令系統(tǒng)。9）更加豐富的調(diào)試工具。在優(yōu)化原有的調(diào)試功能外，還增加了很多新功能。10）HMI、PLC之間資源的高度共享。11）整合了HMI面板下的一些常用功能。如時間同步、在HMI上顯示CPU診斷緩存等功能。12）S7-1200與S7-1500使用的軟件是Step7V1x（TIA博途軟件），從11版起，博途軟件也可以對S7-300／400進(jìn)行組態(tài)及編程等操作（限2007年10月1日前未退市的硬件）。4.5.2博途軟件的基本使用1.創(chuàng)建項目在“啟動”欄目中，單擊“創(chuàng)建新項目”任務(wù)。輸入項目名稱并單擊“創(chuàng)建”按鈕，就完成了項目的創(chuàng)建，如圖4-15所示。

創(chuàng)建項目后，要添加新建項目需要的設(shè)備。如圖4-16所示，選擇“設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)”，單擊“添加新設(shè)備”，選擇要添加到項目中的CPU。1）在“添加新設(shè)備”對話框中，單擊SIMATICPLC圖標(biāo)。2)從列表中選擇一個CPU。3)單擊“添加”按鈕，將所選CPU添加到項目中。圖4-16添加CPU界面

請注意，“打開設(shè)備視圖”復(fù)選框已被選中。在該復(fù)選框被選中的情況下單擊“添加”按鈕將打開項目視圖的“設(shè)備配置”。設(shè)備視圖顯示所添加的CPU，如圖4-17所示。圖4-17設(shè)備視圖中的CPU2.為CPU的輸入／輸出創(chuàng)建變量

“PLC變量”是輸入／輸出和地址的符號名稱。創(chuàng)建PLC變量后，STEP7會將變量存儲在變量表中。項目中的所有編輯器（如程序編輯器、設(shè)備編輯器、可視化編輯器和監(jiān)視表格編輯器）均可訪問該變量表。若設(shè)備編輯器已打開，請打開變量表。可在編輯器欄中看到已打開的編輯器。

在工具欄中，單擊“水平拆分編輯器空間”按鈕[插圖]。STEP7將同時顯示變量表和設(shè)備編輯器，如圖4-18所示。圖4-18變量表和設(shè)備編輯器

將設(shè)備配置放大至200%以上，以便能清楚地查看并選擇CPU的輸入／輸出點(diǎn)。將輸入和輸出從CPU拖動到變量表。選擇I0.0并將其拖動到變量表的第一行。將變量名稱從I0.0更改為Start。將I0.1拖動到變量表，并將名稱更改為Stop。將CPU底部的Q0.0拖動到變量表，并將名稱更改為Running。如圖4-19所示，將變量輸入PLC變量表之后，即可在用戶程序中使用這些變量。圖4-19定義后的變量表和設(shè)備視圖3．在用戶程序中創(chuàng)建一個簡單程序段

程序代碼由CPU依次執(zhí)行的指令組成。下面使用梯形圖（LAD）創(chuàng)建程序代碼。LAD程序是一系列類似梯級的程序段。

打開程序編輯器：首先，在項目樹中展開“程序塊”文件夾以顯示Main[OB1]塊。然后雙擊Main[OB1]塊。程序編輯器將打開程序塊（OB1），如圖4-20所示。圖4-20打開程序塊（OB1）界面

使用“收藏夾”上的按鈕將觸點(diǎn)和線圈插入程序段中：1）單擊“收藏夾”上的“常開觸點(diǎn)”按鈕，向程序段添加一個觸點(diǎn)。2）這里添加了第二個常開觸點(diǎn)。3）單擊“輸出線圈”按鈕插入一個線圈。如圖4-21和圖4-22所示。圖4-21收藏夾中的指令圖4-22程序段編程1

要保存項目，單擊工具欄中的“保存項目”按鈕[插圖]。請注意，在保存前不必對變量進(jìn)行編輯，之后將變量名稱與這些指令進(jìn)行關(guān)聯(lián)。4.使用變量表中PLC變量對指令進(jìn)行尋址

使用變量表可以快速輸入對應(yīng)觸點(diǎn)和線圈地址的PLC變量：1）雙擊第一個常開觸點(diǎn)[插圖]上方的默認(rèn)地址<??.?>。2）單擊地址右側(cè)的選擇器圖標(biāo)[插圖]，打開變量表中的變量。3）從下拉列表中為第一個觸點(diǎn)選擇Start。4）對于第二個觸點(diǎn)，重復(fù)上述步驟并選擇變量Stop。5）對于線圈和鎖存觸點(diǎn)，選擇變量Running。單擊選擇器圖標(biāo)后顯示的變量如圖4-23所示，如圖4-24所示為定義變量后的程序段。圖4-23變量表中變量圖4-24定義變量后的程序段

還可以直接從CPU中拖曳輸入／輸出地址。為此，只需拆分項目視圖的工作區(qū)。必須將CPU放大至200%以上，才能選擇輸入／輸出點(diǎn)。

可以將“設(shè)備組態(tài)”（Deviceconfiguration）中CPU上的輸入／輸出拖到程序編輯器的LAD指令上，這樣不僅會創(chuàng)建指令的地址，還會在PLC變量表中創(chuàng)建相應(yīng)條目。5.添加“功能框”指令

編輯器提供了一個通用“功能框”指令。插入此功能框指令之后，可從下拉列表中選擇指令類型，如ADD指令。如圖4-25所示為“收藏夾”（Favorites）工具欄，單擊通用“功能框”指令[插圖]，顯示的程序段如圖4-26所示。圖4-25收藏夾中的指令圖4-26插入功能框指令的程序段

通用“功能框”指令[插圖]支持多種指令。下面創(chuàng)建一個ADD指令。1）單擊功能框指令黃色角以顯示指令的下拉列表。2）向下滾動列表，并選擇ADD指令。3）單擊“?”旁邊的黃色角，為輸入和輸出選擇數(shù)據(jù)類型。如圖4-27所示，選擇ADD指令。如圖4-28所示為插入的ADD功能框指令后的程序段。圖4-27選擇ADD功能框

指令

圖4-28插入的ADD功能框指4.5.3S7-1200用戶程序結(jié)構(gòu)1.模塊化編程

模塊化編程將復(fù)雜的自動化任務(wù)劃分為對應(yīng)于生產(chǎn)過程的技術(shù)功能較小的子任務(wù)，每個子任務(wù)對應(yīng)于一個稱為“塊”的子程序，可以通過塊與塊之間的相互調(diào)用來組織程序。這樣的程序易于修改、差錯和調(diào)試。塊結(jié)構(gòu)顯著地增加了PLC程序的組織透明性、可理解性和易維護(hù)性。各種塊的簡要說明見表4-5,其中，OB、FB、FC都包含程序，統(tǒng)稱為代碼（Code)塊。塊簡要描述組織塊（OB)操作系統(tǒng)與用戶程序的接口，決定用戶程序的結(jié)構(gòu)功能塊（FB)用戶編寫的包含經(jīng)常使用的功能的子程序，有專用的背景數(shù)據(jù)塊功能（FC)用戶編寫的包含經(jīng)常使用的功能的子程序，沒有專用的背景數(shù)據(jù)塊背景數(shù)據(jù)塊（DB)用戶保存FB的輸入變量、輸出變量和靜態(tài)變量，其數(shù)據(jù)在編譯時自動生成全局?jǐn)?shù)據(jù)塊（DB)存儲用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)域，供所有的代碼共享表4-5用戶程序中的塊

被調(diào)用的代碼塊又可以調(diào)用別的代碼塊，這種調(diào)用稱為嵌套調(diào)用。被調(diào)用的塊是OB之外的代碼塊。調(diào)用功能塊時需要為它指定一個背景數(shù)據(jù)塊。在圖4-29中，OB1調(diào)用FB1,FB1調(diào)用FC1,應(yīng)按下面的順序創(chuàng)建塊：FC1→FB1以及背景數(shù)據(jù)塊→OB1,即編程時被調(diào)用的塊應(yīng)該是已經(jīng)存在的。圖4-29塊調(diào)用的分層結(jié)構(gòu)2.組織塊

組織塊（OrganizationBlock,OB)是操作系統(tǒng)與用戶程序的接口，由操作系統(tǒng)調(diào)用，用于控制掃描循環(huán)和中斷程序的執(zhí)行、PLC的啟動和錯誤處理等。組織塊的程序是用戶編寫的。每個組織塊必須有唯一的OB編號，200之前的某些編號是保留的，其他OB的編號應(yīng)大于或等于200。CPU中特定的事件觸發(fā)組織塊的執(zhí)行，OB不能相互調(diào)用，也不能被FC和FB調(diào)用。只有啟動事件（例如診斷中斷事件或周期性中斷事件）可以啟動OB的執(zhí)行。1）程序循環(huán)組織塊

OB1是用戶程序中的主程序，CPU循環(huán)執(zhí)行操作系統(tǒng)程序，在每一次循環(huán)中，操作系統(tǒng)程序調(diào)用一次OB1。因此OB1中的程序也是循環(huán)執(zhí)行的。允許有多個程序循環(huán)OB，默認(rèn)的是OB1，其他程序循環(huán)OB的編號應(yīng)大于或等于200。2）啟動組織塊

當(dāng)CPU的工作模式從STOP切換到RUN時，執(zhí)行一次啟動（Star組織塊，來初始化程序循環(huán)OB中的某些變量。執(zhí)行完啟動OB后，開始執(zhí)行程序循環(huán)OB?？梢杂卸鄠€啟動OB，默認(rèn)的為OB100，其他啟動OB的編號應(yīng)大于或等于200。3）中斷組織塊

中斷處理用來實現(xiàn)對特殊內(nèi)部事件或外部事件的快速響應(yīng)。如果沒有中斷事件出現(xiàn)，CPU循環(huán)執(zhí)行組織塊OB1。如果出現(xiàn)中斷事件，例如診斷中斷和時間延遲中斷等，因為OB1的中斷優(yōu)先級最低，操作系統(tǒng)在執(zhí)行當(dāng)前程序的當(dāng)前指令（即斷點(diǎn)處）后，立即響應(yīng)中斷。CPU暫停正在執(zhí)行的程序塊，自動調(diào)用一個分配給該事件的組織塊（即中斷程序）來處理中斷事件。執(zhí)行完中斷組織塊后，返回被中斷的程序的斷點(diǎn)處執(zhí)行原來的程序。

這意味著部分用戶程序不必在每次循環(huán)中處理，而是在需要時才被及時處理。處理中斷事件的程序放在該事件驅(qū)動的OB中。3．功能

功能（Function，F(xiàn)C）是用戶編寫的子程序，它包含完成特定任務(wù)的代碼和參數(shù)。FC和FB有與調(diào)用它的塊共享的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)。執(zhí)行完FC和FB后，返回調(diào)用它的代碼塊。功能是快速執(zhí)行的代碼塊，用于執(zhí)行下列任務(wù)：1）完成標(biāo)準(zhǔn)的和可重復(fù)使用的操作，例如算術(shù)運(yùn)算。2）完成技術(shù)功能，例如使用位邏輯運(yùn)算的控制。

可以在程序的不同位置多次調(diào)用同一個FC，這可以簡化重復(fù)執(zhí)行的任務(wù)的編程。功能沒有固定的存儲區(qū)，功能執(zhí)行結(jié)束后，其臨時變量中的數(shù)據(jù)就丟失了。可以用全局?jǐn)?shù)據(jù)塊或者M(jìn)存儲區(qū)來存儲那些在功能執(zhí)行結(jié)束后需要保存的數(shù)據(jù)。4．功能塊

功能塊（FunctionBlock，F(xiàn)B）是用戶編寫的子程序。調(diào)用功能塊時，需要指定背景數(shù)據(jù)塊，后者是功能塊專用的存儲區(qū)。CPU執(zhí)行FB中的程序代碼，將塊的輸入、輸出參數(shù)和局部靜態(tài)變量保存在背景數(shù)據(jù)塊中，以便可以從一個掃描周期到下一個掃描周期快速訪問它們。FB的典型應(yīng)用是執(zhí)行不能在一個掃描周期結(jié)束的操作。在調(diào)用FB時，打開了對應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊，后者的變量可以供其他代碼塊使用。

調(diào)用同一個功能塊時使用不同的背景數(shù)據(jù)塊，可以控制不同的設(shè)備。例如用來控制水泵和閥門的功能塊使用包含特定的操作參數(shù)的不同的背景數(shù)據(jù)塊，可以控制不同的水泵和閥門。

S7-1200的部分指令（例如IEC標(biāo)準(zhǔn)的定時器和計數(shù)器指令）實際上是功能塊，在調(diào)用它們時需要指定配套的背景數(shù)據(jù)塊。5．?dāng)?shù)據(jù)塊

數(shù)據(jù)塊（DataBlock，DB）是用于存放執(zhí)行代碼時所需數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)，有兩種類型的數(shù)據(jù)塊：

1）全局（Global）數(shù)據(jù)塊。存儲供所有的代碼塊所使用的數(shù)據(jù)，所有的OB、FB和FC都可以訪問它們。

2）背景數(shù)據(jù)塊。存儲供特定的FB使用的數(shù)據(jù)。4.5.4數(shù)據(jù)類型與系統(tǒng)存儲區(qū)1.物理存儲區(qū)

PLC的操作系統(tǒng)使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計者規(guī)定的各種工作。用戶程序由用戶設(shè)計，它使PLC能完成用戶要求的特定功能。

1）PLC使用的物理存儲器

（1）隨機(jī)存取存儲器

CPU可以讀取隨機(jī)存儲器（RAM）中的數(shù)據(jù)，也可以將數(shù)據(jù)寫入RAM。它是易失性的存儲器，電源中斷后，存儲的信息將丟失。

RAM的工作速度快，價格便宜，改寫方便。在關(guān)斷PLC的外部電源后，可以用鋰電池保存RAM中的用戶程序和某些數(shù)據(jù)。（2）只讀存儲器

只讀存儲器（ROM）的內(nèi)容只能讀出，不能寫入。它是非易失的，電源關(guān)斷后，仍能保存存儲的內(nèi)容，ROM一般用來存放PLC的操作系統(tǒng)。（3）快閃存儲器和可電擦除可編程只讀存儲器

快閃存儲器（FlashEPROM）簡稱FEPROM，可電擦除可編程只讀存儲器簡稱EEP-ROM。它們是非易失性的，可以用編程裝置將編程程序?qū)懭胨鼈?，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取的優(yōu)點(diǎn)，但是將信息寫入它們所需的時間比RAM長得多。它們用來存放用戶程序和斷電時需要保存的重要數(shù)據(jù)。2）微存儲卡

SIMATIC微存儲卡基于FEPROM，用于在斷電時保存用戶程序和某些數(shù)據(jù)。微存儲卡用來作裝載存儲器（LoadMemory）或作便攜式媒體。3）裝載存儲器與工作存儲器

（1）裝載存儲器

裝載存儲器是非易失性的存儲器，用于保存用戶程序、數(shù)據(jù)和組態(tài)信息。所有的CPU都有內(nèi)部的裝載存儲器，CPU插入存儲卡后，用存儲卡作裝載存儲器。項目下載到CPU時，保存在裝載存儲器中。裝載存儲器具有斷電保持功能。（2）工作存儲器

工作存儲器是集成在CPU中的高速存取的RAM，為了提高運(yùn)行速度，CPU將用戶程序中與程序執(zhí)行有關(guān)的部分，例如組織塊、功能塊、功能和數(shù)據(jù)塊從裝載存儲器復(fù)制到工作存儲器。裝載存儲器類似于計算機(jī)的硬盤，工作存儲器類似于計算機(jī)的內(nèi)存條。CPU斷電時，工作存儲器中的內(nèi)容將會丟失。4）斷電保持存儲器

斷電保持存儲器用來防止在電源關(guān)閉時丟失數(shù)據(jù)，暖啟動后斷電保持存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)保持不變。冷啟動時斷電保持存儲器的值被清除。

CPU提供了2048B的保持存儲器，可以在斷電時，將工作存儲器的某些數(shù)據(jù)（例如數(shù)據(jù)塊或位存儲器M）的值永久保存在保持存儲器中。斷電時CPU有足夠的時間來保存數(shù)量有限的指定的存儲單元的值。5）存儲卡

可選的SIMATIC存儲卡用來存儲用戶程序，或用于傳送程序。CPU僅支持預(yù)先格式化的SIMATIC存儲卡。打開CPU的頂蓋后將存儲卡插入到插槽中。應(yīng)將存儲卡上的寫保護(hù)開關(guān)滑動到離開“Lock”位置?？梢栽O(shè)置存儲卡用作程序卡或傳送卡：（1）使用傳送卡可將項目復(fù)制到多個CPU，而無須使用STEP7Basic。傳送卡將存儲的項目從卡中復(fù)制到CPU的存儲器，復(fù)制后必須取出傳送卡。（2）程序卡可以替代CPU的存儲器，所有CPU的功能都由程序卡進(jìn)行控制。插入程序卡會擦除CPU內(nèi)部裝載存儲器的所有內(nèi)容（包括用戶程序和被強(qiáng)制的1／O），CPU然后會執(zhí)行程序卡中的用戶程序。程序卡必須保留在CPU中。如果取出程序卡，CPU將切換到STOP模式。6）查看存儲器的使用情況用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊項目樹中的某個PLC，執(zhí)行出現(xiàn)的快捷菜單中的“資源”命令，可以查看當(dāng)前項目的存儲器使用情況。雙擊項目樹中某個PLC文件夾內(nèi)的“在線和診斷”，打開工作區(qū)左邊窗口的“診斷”文件夾，選中“存儲卡”，也可以查看PLC運(yùn)行時存儲卡的使用情況。2．?dāng)?shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)類型用來描述數(shù)據(jù)的長度（即二進(jìn)制的位數(shù)）和屬性。很多指令和代碼塊的參數(shù)支持多種數(shù)據(jù)類型。將鼠標(biāo)的光標(biāo)放在某條指令未輸入地址或常數(shù)的參數(shù)域上，過一會兒在出現(xiàn)的黃色背景的小方框中，可以看到該參數(shù)支持的數(shù)據(jù)類型。

不同的任務(wù)使用不同長度的數(shù)據(jù)對象，例如位指令使用位數(shù)據(jù)，傳送指令使