S7300讲稿第3章a_材料物理讲稿第3章

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S7-300/400的编程语言与指令系统

3.1 S7-300/400的编程语言 3.1.1 PLC编程语言的国际标准

IEC 61131是PLC的国际标准，1992～1995年发布了IEC 61131标准中的1～4部分，我国在1995年11月发布了GB/T 15969-1/2/3/4(等同于IEC 61131-1/2/3/4)。

IEC 61131-3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(Instruction list)：西门子称为语句表STL。

2)结构文本ST(Structured text)：西门子称为结构化控制语言（SCL）。

3)梯形图LD(Ladder diagram)：西门子简称为LAD。4)功能块图FBD(Function block diagram)：标准中称为功能方框图语言。

5)顺序功能图SFC(Sequential function chart)：对应于西门子的S7 Graph。

Ëò³Ð¹¦ÜÄ¼Í ÝÐÌÎͼ¦Ä¹Ü¿éͼ¸ÁÖî±í á¹Î½Ä±¾ ¼3-1 PLCµÍıà³ÌÓïÑÔ

3.1.2 STEP 7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)：STEP 7中的S7 Graph 2．梯形图(LAD)直观易懂，适合于数字量逻辑控制。“能流”(Power flow)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)：STEP 7的S7 SCL（结构化控制语言）符合EN 61131-3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．S7 HiGraph 编程语言

图形编程语言S7 HiGraph 属于可选软件包，它用状态图（state graphs）来描述异步、非顺序过程的编程语言。

7．S7 CFC 编程语言

可选软件包CFC（Continuous Function Chart，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STEP 7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。

S7 SCL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。S7 Graph，HiGraph和CFC可供有技术背景，但是没有PLC 编程经验的用户使用。S7 Graph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。3.2 S7-300/400 CPU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。3．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#0000 0010 1001 0110。

2#0000 0001 0010 1000对应的十进制数也是296，对应的十进制数为

28＋25＋23＝256328296。3.2.2 基本数据类型

MSBIB0IB1IB2IB3IB4IB5LSB 76543210图3-5 位数据的存放

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（Double Word）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32 768～32 767。

6．32位整数（DINT，Double Integer）最高位为符号位，取值范围为

2 147 483 648～2 147 483 647。MSB7MB100LSB0MSB15高有效字节MB100LSB 低有效字节0MB101(a)MB100MSB31最高有效字节MB100MB101(b)MW100LSB最低有效字节0MB102MB103(c)MD100

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 2E，例如123.4可表示为1.234 102。根据ANSI/IEEE标准

浮点数＝1.m 2e

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  1038～±3.402 823  1038。

符号位 指数em尾数的小数部分876543210 22212019***312111093***252423

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，例如T#1D_12H_30M_0S_250MS，时间增量为1ms。

DATE是IEC日期常数，例如D#2004-1-15。取值范围为D#1990-1-1～D#2168-12-31。

TOD#是32位实时时间（Time of day）常数，时间增量为1ms，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，形成一个单元。(2)结构（STRUCT）将一组不同类型的数据组合在一起，形成一个单元。

(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。星期天的代码为1，星期一～星期六的代码为2～7。

例如DT#2004-07-15-1230:15.200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-defined data types)。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（formal parameter，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（actual parameter，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。

(3)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（proce image input，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（proce image output，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模块相比的优缺点。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，DIX, DIB，DIW和DID。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。3.2.6 CPU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）；

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）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。

15未用98BR7CC16CC05OS4OV3OR2STA1RLO0FC

图3-9 状态字的结构 I0.1 MW2 MOVEENENOINOUTMW4能流 IB2 MOVEENENOINOUT Q4.1MB8图3-50 传送指令

3．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(And Not，与非)来表示串联的常闭触点，ON(Or Not)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。L20.0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（A

AN

O)

A

I 0.0 I 0.1 I 0.2 I 0.3

ON

=

A

=

A

=

A

AN

=

I0.0 I0.2 C5I0.1I0.3Q4.3Q4.4I3.4C 5 L 20.0 L 20.0 Q 4.3 L 20.0 Q 4.4 L 20.0 I 3.4 Q 4.6

Q4.6 图3-10 触点与输出指令

2． 取反触点

I0.6I0.3NOTQ4.5图3-11 取反触点

3．电路块的串联和并联

I0.0 I0.5M9.1M0.3Q4.3I0.2AANOAAON=I0.0M0.3I0.5I0.2M9.1Q4.3 I0.0M3.3M0.0Q4.4I0.2A(OO)A(OO)= I0.0M3.3M0.0I0.2Q4.4图3-12 电路块的并联 图3-13 电路块的串联

4．中线输出指令

下面是图3-14(b)中第一行对应的语句表。

A

I0.0

AN

I0.1

=

M0.1

A

M0.1

A

I0.3

=

Q4.3 I0.0I0.1I0.3I0.4Q4.3Q4.2 I0.0M0.1I0.1I0.4M0.1I0.3#Q4.2(b)Q4.3(a)图3-14 中线输出指令

I0.0 I0.0I0.2I0.2Q4.3XI0.0XI0.2=Q4.3 I0.0I0.0I0.2I0.2Q4.4XXN=I0.0I0.2Q4.4 图3-15 异或图3-16 同或

I0.1Q4.3SI0.3Q4.3RAAI0.1 I0.3 S Q4.3R Q4.3I0.1I0.3Q4.3 图3-17 置位与复位

I0.4 M0.0RSQRSQ4.1 I0.2M0.1SRQSR Q4.3I0.6I0.5图3-18 RS触发器与SR触发器 I0.3I0.0M0.0Q4.5PI0.3I0.0M0.1Q4.3N I0.3.I0.0Q4.5Q4.3

图3-19 上升沿与下降沿检测

Network 1：

A I0.3 A I0.0 FP

= Q4.5

Network 2：

A I0.3 A I0.0 FN

= Q4.3 I0.1 M0.0I0.2POSQM_BITQ4.3I0.3I0.4NEGQQ4.5 M0.1M_BIT图3-20 上升沿检测与下降沿检测

A

I0.3 A（A

I0.4 BLD

FN

M0.1)

=

Q4.5 【例3-1】设计故障信息显示电路，故障信号I0.0为1使Q4.0控制的指示灯以1Hz的频率闪烁。操作人员按复位按钮I0.1后，如果故障已经消失，指示灯熄灭。如果没有消失，指示灯转为常亮，直至故障消失。

I0.0POSQM0.0M_BIT M0.1M0.1 M1.5 M0.1 I0.0Q4.0I0.0故障信号I0.1复位信号M0.1锁存信号Q4.0显示输出I0.1M0.1 图3-21 故障信息显示

设置CPU的属性时，在“Cycle/Clock Memory”标签页令M1为时钟存储器字节，其中的M1.5提供周期为1s的时钟脉冲。

SET与CLR（Clear）指令将RLO（逻辑运算结果）置位或复位，紧接在它们后面的赋值语句中的地址将变为1状态或0状态。

SET = M0.2 CLR = Q4.7 //将RLO置位

//M0.2的线圈“通电” //将RLO复位

//Q4.7的线圈“断电”

3.4.1 定时器指令

输入信号脉冲定时器的输出信号 I0.0Q4.0ttttt扩展脉冲定时器Q4.1的输出信号接通延时定时器Q4.2的输出信号保持型接通延时Q4.3定时器的输出信号断开延时定时器Q4.5的输出信号图3-23 定时器功能

0 1

15xx8100 010702100 17110未用时基1秒以BCD码表示的时间值（0～999）图3-24 定时器字

在CPU内部，时间值以二进制格式存放，占定时器字的0～9位。可以按下列的形式将时间预置值装入累加器的低位字：(1)十六进制数W#16#wxyz，其中的w是时间基准，xyz是BCD码形式的时间值。

(2)S5T#aH_bM_cS_Dms，例如S5T#18S。

时基代码为二进制数00，01，10和11时，对应的时基分别为10ms，100ms，1s和10s。6．脉冲定时器

I0.0 T0I0.1T0SP S5T#2SQ4.0T0RtI0.0I0.1t 当前值Q4.0 图3-25 脉冲定时器 图3-26 脉冲定时器时序图

类似于上升沿触发的单稳态电路。

S5脉冲定时器(Pulse S5 Timer)，S为设置输入端，TV为预置值输入端，R为复位输入端；Q为定时器位输出端，BI输出不带时基的十六进制格式，BCD输出BCD格式的当前时间值和时基。

定时器中的S，R，Q为BOOL（位）变量，BI和BCD为WORD（字）变量，TV为S5TIME量。各变量均可以使用I, Q, M, L, D存储区, TV也可以使用定时时间常数S5T#。再起动输入I1.2起动输入I0.0复位输入I0.1T0的响应(当前值)T0的输出触点tt I0.0T0S_PULSEQSQ4.0 S5T#2STV I0.1RBIMW10BCDMW12图3-28 脉冲定时器的再起动时序图图3-27 S5脉冲定时器

A

FR A L

SP A R L

T

I 1.2 T0 //允许定时器T1再起动 I 0.0 S5T#2s //预置值2s送入累加器1 T0

//启动T0 I 0.1 T0

//复位T0 T0

//将T0的十六进制时间当前值装入累加器1 MW10 //将累加器1的 内容传送到MW10 T0

//将T0的BCD时间当前值装入累加器1.LC

T

A = MW12 //将累加器1的内容传送到MW12 T0

//检查T0的信号状态

Q 4.0 //T0的定时器位为1时，Q4.0的线圈通电

仅在语句表中使用的FR指令允许定时器再起动，即控制FR的RLO（I1.2）由0变为1状态时，重新装入定时时间，定时器又从预置值开始定时。再起动只是在定时器的起动条件满足(图3-28中的I0.1=1)时起作用。该指令可以用于所有的定时器，但是它不是起动定时器定时的必要条件。

8．扩展的脉冲定时器 I0.2 T1I0.3T1SES5T#3SQ4.1T1RtI0.2I0.3t当前值Q4.1 图3-29 扩展的脉冲定时器 图3-30 时序图T1S_PEXTQS

I0.2Q4.1 S5T#3STVI0.3RBIMW14BCD图3-31 S5扩展脉冲定时器

10．接通延时定时器

I0.4T2SDS5T#2SQ4.2T2RtI0.4I0.5tt T2I0.5当前值Q4.2 图3-32 接通延时定时器 图3-33 时序图

I0.4T2S_ODTQSQ4.2 S5T#2STVI0.5RBIMW10BCDMW12图3-34 S5接通延时定时器 I0.0T6SDS5T#4ST7SFS5T#3S Q4.6 I0.0Q4.6T6的常开触点4s3sI0.0 T8T9T8SDS5T#2ST9SDS5T#3S Q4.7 T6 T7 图3-35 延时接通/断开电路图3-36 振荡电路

12．保持型接通延时定时器

I0.6T3SSS5T#6S Q4.3T3RtI0.6I0.7tt T3I0.7当前值Q4.3 图3-37 保持型接通延时 图3-38 时序图 T3S_ODTSQSBIBCDQ4.3

I0.6 S5T#6STVI0.7R图3-39 S5保持型接通延时

14．断开延时定时器线圈

I1.0T5SFS5T#7SQ4.5T5RtI1.0I1.1tt T5I1.1当前值Q4.5 图3-40 断开延时定时器 图3-41 时序图

I1.0S5T#7S I1.1T5S_OFFDTQSTVRBIBCDQ4.5 MW2图3-42 S5断开延时定时器

3.4.2 计数器指令 1．计数器的存储器区

每个计数器有一个16位的字和一个二进制位。

0108702100 1710 110未用BCD码格式的计数值（0～999）***11 110 1 未用二进制数计数值 图3-43 计数器字

计数器字的0～11位是计数值的BCD码，计数值的范围为0～999。二进制格式的计数值只占用计数器字的0～9位。

I0.0 I0.2 I0.3C10 S_CUQCU SCVMW0 RCV_BCDMW8Q5.0 I0.2C10SCC#6 C10CUC10R I0.4C11S_CDQCDSCVRCV_BCD Q5.1I0.5 I0.0I0.3C#6PV I0.5I0.6 I0.4I0.6C#5PVC11SCC#5 C11CDC11R图3-44 加计数器 图3-45 减计数器

下面是图3-44中左边的电路对应的语句表：

A I0.0

CU

C10 BLD 101 A I0.2

L

C#6

S

C10

A I0.3

R C10

L

C10

T

MW0 LC

C10 T

MW8 A C10

=

Q 5.0 //在I0.0的上升沿

//加计数器C10的当前值加1 //在I0.2的上升沿

//计数器的预置值6被装入累加器的低字 //将预置值装入计数器C10 //如果I0.3为1 //复位C10 //将C10的二进制计数当前值装入累加器1 //将累加器1的内容传送到MW0 //将C10的BCD计数当前值装入累加器1 //将累加器1的内容传送到MW8 //如果C10的当前值非0 //Q 5.0为1状态

设置计数值线圈SC(Set Counter Value)用来设置计数值，在RLO的上升沿预置值被送入指定的计数器。CU的线圈为加计数器线圈。在I0.0的上升沿，如果计数值小于999，计数值加1。复位输入I0.3为1时，计数器被复位，计数值被清0。

计数值大于0时计数器位（即输出Q）为1；计数值为0时，计数器位亦为0。

在减计数输入信号CD的上升沿，如果计数值大于0，计数值减1。I0.0T12T11 SDS5T#7200S T11T12 SDS5T#7200SI0.0M0.0C0PSCC#999 T11M0.1C0NCD I0.0C0R C0I0.0Q5.4 I0.0 Q5.43996h C12 I0.0S_CUDQ5.2 CUQI0.1CDI0.2SMW20PVCVI0.3RCV_BCD 图3-47 加减计数器 图3-46 定时范围的扩展

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