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S7-300编程
第一章 S7-300/400 的基本结构 1、 S7-300/400 属于模块式 PLC，主要由机架、CPU 模块、信号模块、功能模块、接口 模块、通信处理器、电源模块和编程设备（工程师、操作员站和操作屏）组成。 图 1-1 PLC 控制系统示意图 PLC 的主要生产厂家：德国的西门子(Siemens)公司，美国 Rockwell 公司所属的 AB 公司， GE-Fanuc 公司，法国的施耐德(Schneider)公司，日本的三菱和欧姆龙(OMRON)公司。 PLC 的工作过程 表 1-1 逻辑运算关系表 与 或 非 Q4.0=I0.0*I0.1 Q4.1 = I0.2+I0.3 Q4.2 =/I0.4 I0.0 I0.1 Q4.0 I0.2 I0.3 Q4.1 I0.4 Q4.2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 在 CPU 模块上有存储器(用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息)，包括 ROM 和 RAM。可通过扩展槽扩展用户 RAM。 l RAM：主程序区 OB1+子程序区（FB、FCB、定时中断块等）断电时由锂电池供电（几 年）以免 RAM 中信息丢失。锂电池电压& 规定值，灯报警，换电池（期间靠电容充电几分 钟） 。 l PLC 采用循环执行用户程序的方式。 OB1 是用于循环处理的组织块（主程序） ，它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块） 中断。在起动完成后，不断地循环调用 OB1，在 OB1 中可以调用其它逻辑块(FB, SFB, FC 或 SFC)。 循环程序处理过程可以被某些事件中断。 在循环程序处理过程中，CPU 并不直接访问 I/O 模块中的输入地址区和输出地址区，而是 访问 CPU 内部的输入/输出过程映像区。批量输入、批量输出。 梯形图中 Q4.0 的线圈（称为内部线圈）D通电‖时，对应的输出过程映像位为 1 状态。信号 经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈（外部线圈） 通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。 外部输入电路接通时，对应的输入过程映像位(例如 I0.0)为 1 状态，梯形图中对应的输入位 的常开触点接通，常闭触点断开。 某一编程元件对应的过程映像位为 1 状态时， 称该编程元件为 ON， 过程映像位为 0 状态时， 称该编程元件为 OFF。 循环时间（Cycle time）: 是指操作系统执行一次图 1-4 所示的循环操作所需的时间，又称 为扫描循环时间（Scan Cycle Time）或扫描周期。如 0.7ms、1.7ms 等 l 性能指标： I/O 点数、扫描周期、指令数目、功能模块多少、 A( O I0.1 // 接在左侧母线上的 I0.1 的常开触点 O Q4.0 // 与 I0.1 的常开触点并联的 Q4.0 的常开触点 )AN I0.2 // 与并联电路串联的 I0.2 的常闭触点 = Q4.0 // Q4.0 的线圈 梯形图对应的逻辑表达式： Q4.0 = (I0.1+Q4.0) l PLC 性能指标： 第二章 西门子 PLC 的分类 1．S7 系列：传统意义的 PLC 产品， S7-200 是针对低性能要求的小型 PLC。S7-300 是模 块式中小型 PLC， 最多可以扩展 32 个模块。S7-400 是大型 PLC，可以扩展 300 多个模块。 S7-300/400 可以组成 MPI、PROFIBUS 和工业以太网等。 2．M7-300/400：采用与 S7-300/400 相同的结构，它可以作为 CPU 或功能模块使用。具 有 AT 兼容计算机的功能，可以用 C，C＋＋或 CFC 等语言来编程。 3．C7 由 S7-300 PLC，HMI（人机接口）操作面板、I/O、通信和过程监控系统组成。 4．WinAC 基于 Windows 和标准的接口(ActiveX，OPC)，提供软件 PLC 或插槽 PLC。 S7-300 系列 PLC 简介 S7-300 的 CPU 模块 （简称为 CPU） 都有一个编程用的 RS-485 接口， 有的有 PROFIBUS-DP 接口或 PtP 串行通信接口，可以建立一个 MPI（多点接口）网络或 DP 网络。 1.电源模块 2.后备电池 3. 24V DC 连接器 4.模式开关 5.状态和故障指示灯 6.存储器卡(CPU 313 以上) 7. MPI 多点接口 8.前连接器 9.前盖 图 2-2 S7-300 PLC 功能最强的 CPU 的 RAM 为 512KB，最大 8192 个存储器位，512 个定时器和 512 个计数 器，数字量最大 65536 I/O 点，模拟量通道最大为 4096。有 350 多条指令。一个数字量为 1 点，一个模拟量为 16 点。 计数器的计数范围为 1～999，定时器的定时范围为 10ms～9990s。 图 2-3 S7-300 的安装 图 2-4 多机架的 S7-300 PLC 只需要扩展一个机架，可以使用价格便宜的 IM 365 接口模块对。 数字量模块：从 0 号机架的 4 号槽开始，每个槽位分配 4 个字节的地址，32 个 I/O 点。 模拟量模块：一个通道占一个字地址。从 I B256 开始，给每一个模拟量模块分配 8 个字。 1．模块诊断功能 可以诊断出以下故障：失压，熔断器熔断，看门狗故障，EPROM、RAM 故障。 模拟量模块共模故障、组态/参数错误、断线、上下溢出。 2．过程中断 数字量输入信号上升沿、下降沿中断，模拟量输入超限，CPU 暂停当前程序，处理 OB40。 3．状态与故障显示 LED SF（系统出错/故障显示，红色） ：CPU 硬件故障或软件错误时亮。 BATF（电池故障，红色） ：电池电压低或没有电池时亮。 DC 5V（＋5V 电源指示，绿色） ： 5V 电源正常时亮。 FRCE（强制，黄色） ：至少有一个 I/O 被强制时亮。 RUN （运行方式， 绿色） ： CPU 处于 RUN 状态时亮； 重新启动时以 2 Hz 的频率闪亮；HOLD （单步、断点）状态时以 0.5Hz 的频率闪亮。 STOP（停止方式，黄色） ：CPU 处于 STOP，HOLD 状态或重新启动时常亮。 BUSF（总线错误，红色） 。 图 2-5 CPU 318-2 的面板 4．模式选择开关（1）RUN-P(运行-编程)位置：运行时还可以读出和修改用户程序，改变运行方式。 （2）RUN (运行)位置：CPU 执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。 （3）STOP（停止）位置：不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。 （4）MRES（清除存储器） ：不能保持。将钥匙开关从 STOP 状态搬到 MRES 位置，可复 位存储器，使 CPU 回到初始状态。 复位存储器操作：通电后从 STOP 位置扳到 MRES 位置，DSTOP‖LED 熄灭 1s，亮 1s，再 熄灭 1s 后保持亮。放开开关，使它回到 STOP 位置，然后又回到 MRES，DSTOP‖LED 以 2Hz 的频率至少闪动 3s，表示正在执行复位，最后DSTOP‖LED 一直亮。 某些 CPU 模块上有集成 I/O。 PLC 使用的物理存储器：RAM，ROM，快闪存储器（Flash EPROM）和 EEPROM。 S7-300 CPU 的分类 1．紧凑型 CPU：CPU 312C，313C，313C-PtP，313C-2DP，314C-PtP 和 314C-2DP。 各 CPU 均有计数、频率测量和脉冲宽度调制功能。有的有定位功能，有的带有 I/O。 2．标准型 CPU：CPU 312，CPU 313，314，315，315-2DP 和 316-2DP。 3．户外型 CPU：CPU 312 IFM，314 IFM，314 户外型和 315-2DP。在恶劣的环境下使用。 4．高端 CPU：317-2DP 和 CPU 318-2DP。 5．故障安全型 CPU：CPU 315F。 S7-300 的输入/输出模块 输入/输出模块统称为信号模块(SM)。 前连接器插在前盖后面的凹槽内。一个编码元件与之啮合，该连接器只能插入同类模块。 两线式接近开关的漏电流小于输入模块允许的静态电流， 汇点输入的电流流进输入模块， 反 之为源输入电路。 SM323 是 S7-300 的数字量输入输出模块，8DI/8DO，16DI/16DO。 表 2-13 SM331 模拟量输入模块的模拟值 范围 双极性 百分比 十进制 十六进制 ± 5V ± 10 V ± 20 mA 上溢出 118.515% 32767 7FFFH 5.926 V 11.851V 23.70 mA 超出范围 117.589% 32511 7EFFH 5.879 V 11.759V 23.52 mA 正常范围 100.000% H 5V 10 V 20 mA 0 % 0 0H 0V 0 V 0mA -100.000% - H -5V - 10 V -20 mA 低于范围 -117.593% - H -5.879 V - 11.759 V -23.52 mA 下溢出 -118.519% - H -5.926 V - 11.851 V -23.70 mA 范围 单极性 百分比 十进制 十六进制 0~10 V 0~20 mA 4~20 mA 上溢出 118.515% 32767 7FFFH 11.852 V 23.70 mA 22.96mA 超出范围 117.589% 32511 7EFFH 11.759 V 23.52 mA 22.81mA 正常范围 100.000% H 10 V 20 mA 20 mA 0 % 0 0H 0 V 0 mA 4 mA 低于范围 - 17.593 % - 4864 ED00H - 3.52 mA 1.185mA 模拟值的精度小于 15 位，则模拟值左移，左对齐。 【例 2-2】压力变送器的量程为 0～10MPa，输出信号为 4～20mA，模拟量输入模块的量程为 4～20mA，转换后的数字量为 0～27 648，设转换后得到的数字为 N，试求以 kPa 为 单位的压力值。 解：0～10MPa(0～10 000kPa)对应于转换后的数字 0～27 648，转换公式为 P = 10 000 & N / 27 648 （kPa） 注意：在运算时一定要先乘后除，否则可能会损失原始数据的精度。 图 2-13 量程卡 【例 2-3】某发电机的电压互感器的变比为 10kV/100V（线电压） ，电流互感器的变比为 1000A/5A，功率变送器的额定输入电压和额定输入电流分别为 AC 100V 和 5A，额定输出 电压为 DC ± 10V，模拟量输入模块将 DC ± 10V 输入信号转换为数字+27648 和-27649。设 转换后得到的数字为 N，求以 kW 为单位的有功功率值。 解：根据互感器额定值计算的原边有功功率额定值为 由以上关系不难推算出互感器原边的有功功率与转换后的数字之间的关系为 1 = 0.62648 kW / 字。 转换后的数字为 N 时， 对应的有功功率为 0.6265 N (kW)， 如果以 kW 为单位显示功率 P，使用定点数运算时的计算公式为 P = N & 6 265 / 10 000 （kW ） 【例 2-4】用于测量锅炉炉膛压力（ −60 Pa～60 Pa）的变送器的输出信号为 4～ 20mA，模拟量输入模块将 0～20mA 转换为数字 0～27 648，设转换后得到的数字为 N， 试求以 0.1Pa 为单位的压力值。 解：4～20mA 的模拟量对应于数字量 ，即&#0（0.1Pa）对 应于数字量 5 530～27 648，压力的计算公式应为 1．EX 系列数字量模拟量输入/输出模块 EX 模块在化工等行业使用。将外部的本质-安全设备（用于有爆炸危险区域的传感器和执行 器）与 PLC 非本质-安全内部回路隔离。 2．F 系列数字量模拟量输入/输出模块 这些模块具有故障安全运行的集成安全功能， 在 ET 200M 分布式 I/O 或 S7-300F 中使用。 用于连接有爆炸危险区域的设备。 S7-300 的功能模块 1．计数器模块 模块的计数器均为 0～32 位或 31 位加减计数器， 可以判断脉冲的方向， 模块给编码器供电。 达到比较值时发出中断。可以 2 倍频和 4 倍频计数。有集成的 DI/DO。 FM 350-1 是单通道计数器模块，可以检测最高达 500kHz 的脉冲，有连续计数、单向计数、 循环计数 3 种工作模式。FM 350-2 和 CM 35 都是 8 通道智能型计数器模块。 2．位置控制与位置检测模块 FM 351 双通道定位模块用于控制变级调速电动机或变频器。 FM 353 是步进电机定位模块。 FM 354 伺服电机定位模块。 FM 357 可以用于最多 4 个插补轴的协同定位。 FM 352 高速电 子凸轮控制器， 它有 32 个凸轮轨迹， 13 个集成的 DO， 采用增量式编码器或绝对式编码器。 SM 338 超声波传感器检测位置，无磨损、保护等级高、精度稳定不变。 3．闭环控制模块 FM 355 闭环控制模块有 4 个闭环控制通道，有自优化温度控制算法和 PID 算法。 4．称重模块 SIWAREX U 称重模块是紧凑型电子称，测定料仓和贮斗的料位，对吊车载荷进行监控，对 传送带载荷进行测量或对工业提升机、轧机超载进行安全防护等。 SIWAREX M 称重模块是有校验能力的电子称重和配料单元， 可以组成多料称系统，安装在易爆区域。 5．电源模块 PS 307 电源模块将 120/230 伏交流电压转换为 24V 直流电压，为 S7-300/400、传感器和 执行器供电。输出电流有 2A、5A 或 10A 3 种。电源模块安装在 DIN 导轨上的插槽 1。 图 2-17 S7-300 的浮动参考电位 某些大型工厂（例如化工厂和发电厂）为了监视对地的短路电流，可能采用浮动参考电位， 可以将 M 点与接地点之间的短接片去掉。 2.5 S7-400 系列 PLC 的硬件组成 模块的尺寸为 25(宽)×290(高)×210(深)mm。高 炉 喷 煤 工 程构成图。 集中式扩展方式适用于小型配置或一个控制柜中的系统。 CC 和 EU 的最大距离为 1.5m （带 5V 电源）或 3m（不带 5V 电源） 。 分布式扩展适用于分布范围广的场合，CC 与最后一个 EU 的最大距离为 100m（S7 EU） 或 600m（S5 EU） 。 用 ET 200 分布式 I/O 可以进行远程扩展，用于分布范围很广的系统。通过 CPU 中的 PROFIBUS-DP 接口，最多连接 125 个总线节点。使用光缆时 CC 和最后一个节点的距离 为 23km。 2．S7-400 的特点 （1）运行速度高，S7 416 执行一条二进制指令只要 0.08ms。 （2）存储器容量大，例如 CPU 417-4 的 RAM 可以扩展到 16MB，装载存储器（FEPROM 或 RAM）可以扩展到 64MB。 （3）I/O 扩展功能强，可以扩展 21 个机架，S7 417-4 最多可以扩展 262144 个数字量 I/O 点和 16384 个模拟量 I/O。 （4）有极强的通信能力，集成的 MPI 能建立最多 32 个站的简单网络。大多数 CPU 集成 有 PROFIBUS-DP 主站接口，用来建立高速的分布式系统, 通信速率最高 12M bit/s。锅炉 系统构成图 2.5.2 机架与接口模块 （1）通用机架 UR1/UR2 （2）中央机架，CR2 是 18 槽,一个电源模块和两个 CPU 模块。 CR3 是 4 槽的中央机架，有 I/O 总线和通信总线。 图 2-17 机架与总线 （3）扩展机架 ER1/ER2 ER1 和 ER2 是扩展机架，分别有 18 槽和 9 槽，只有 I/O 总线。 （4）UR2-H 机架 UR2-H 机架用于在一个机架上配置一个完整的 S7-400H 冗余系统，每个均有自己的 I/O。 两个电源模块和两个冗余 CPU 模块。 2.5.3 S7-400 的通信功能 MPI、PROFIBUS-DP、工业以太网或 AS-i 现场总线，周期性自动交换 I/O 模块的数据。或 基于事件驱动，由用户程序块调用。 2.5.4 冗余设计的容错自动化系统 S7-400H S7 Software Redundancy（软件冗余性）可选软件在 S7-300 和 S7-400 标准系统上运行。 生产过程出现故障时，在几秒内切换到替代系统。S7-400H 主要器件都是双重的：CPU、电源模块以及连接两个 CPU 的硬件…… 3．S7-400H 冗余控制 PLC 的工作原理 S7-400H 采用D热备用‖模式的主动冗余原理，在发生故障时，无扰动地自动切换。 两个控制器使用相同的用户程序，接收相同数据，两个控制器同步地更新内容，任意一个子 系统有故障时，另一个承担全部控制任务。 2.5.5 安全型自动化系统 S7-400F/FH S7-400F/FH 使用标准模块和安全型模块，整个工厂用相同的标准工具软件来配置和编程。 2.5.6 多 CPU 处理 S7-400 中央机架上最多 4 个具有多 CPU 处理能力的 CPU 同时运行。这些 CPU 自动地、 同步地变换其运行模式。 适用场合：程序太长，存储空间不够，系统可以分。通过通信总线，CPU 彼此互连。 2.5.9 输入/输出模块 S7-400 的信号模块地址在 STEP 7 中自动生成。用户可以修改。 S7-400 的模拟量模块起始地址从 512 开始，同类模块的地址按顺序连续排列。 表 2-5 模块地址举例 0 号机架 1 号机架 槽号 模块种类 地址 槽号 模块种类 地址 1 PS 417 10A 电源模块 1 32 点 DI IB4～IB7 2 2 16 点 DO QB2，QB3 3 CPU 412-2DP 3 16 点 DO QB4，QB5 4 16 点 DO QB0，QB1 4 8 点 AO QW528～QW543 5 16 点 DI IB0，IB1 5 8 点 AI IW544～IW559 6 8 点 AO 2 个字节 QW512～QW527 6 16 点 DO QB6，QB7 7 16 点 AI2 个字节 IW512～IW543 7 8 点 AI IW560～IW575 8 16 点 DI IB2，IB3 8 32 点 DI IB8～IB11 9 IM460-1 4093 9 IM461-0 4092 表 2-6 S7-300 与 S7-400 性能比较接近的功能模块 功能模块 S7-300 系列 S7-400 系列 计数器模块 FM 350-1 FM 450-1 定位模块 FM 351，双通道 FM 451，3 通道 定位模块 FM 353，双通道 FM 453，3 通道 电子凸轮控制器 FM 352，13 个数字量输出 FM 452，16 个数字量输出 闭环控制模块 FM 355，4 通道 FM 455，16 通道 2.6 ET 200 分布式 I/O 基于 PROFIBUS-DP 现场总线的分布式 I/O。I/O 传送信号到 CPU 只需 ms 级。 只需要很小的空间，能在非常严酷的环境（例如酷热、严寒、强压、潮湿或多粉尘）中使用。 （1）电机启动器：异步电机的单向或可逆启动，7.5kW ，最大电流 40A，一个站可以带 6 个电机启动器。 （2）气动系统：ET 200X 用于阀门控制。 （3）变频器 （4）智能传感器：光电式编码器或光电开关等与使用 ET 200S 进行通信。 （5）安全技术：在冗余设计的容错控制系统或安全自动化系统中使用。包括紧急断开开关， 安全门的监控以及众多与安全有关的电路。有 ET 200S 故障防止模块、故障防止 CPU 和 PROFISafe 协议。2.6.2 ET 200 的分类 (1) ET 200S 是分布式 I/O 系统。 (2) ET 200M 是模块化的分布式 I/O，采用 S7-300 全系列模块，最多 8 个模块。 ET 200M 户外型温度范围-25° C 到+60° C。 (3) ET 200is 是本质安全系统，适用于有爆炸危险的区域。 (4) ET 200X：IP65/67 的分布式 I/O，相当于 CPU 314，可用于有粉末和水流喷溅的场合。 (5) ET 200eco 是经济实用的 I/O，IP67。 (6) ET 200R 适用于机器人，能抗焊接火花的飞溅。 (7) ET 200L 是小巧经济的分布式 I/O，像明信片大小的 I/O 模块。 (8) ET 200B：整体式的一体化分布式 I/O。 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， 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 /3/4(等同于 IEC /3/4)。 IEC 61131-3 广泛地应用 PLC、DCS 和工控机、 D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。 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。D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)：DLOGO！‖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#01_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#01 0110。 2#10 1000 对应的十进制数也是 296，对应的十进制数为 。 3.2.2 基本数据类型 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#～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 MB100 M 表示内 部存储区 -2 147 483 648～2 147 483 647。 图 3-6 字节、字和双字 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） (2) 结构（STRUCT） (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#-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。 3.2.5 系统存储器 （存储器 RAM = 用户 RAM + 系统 RAM） 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 RAM 中 过程映像输入（process 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 （process 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, Q4.0、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 MB1 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D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。 图 3-9 状态字的结构 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D=‖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 I 0.0 AN I 0.1 O I 0.2 ) A I 0.3 ON C5 = L 20.0 A L 20.0 = Q 4.3 A L 20.0 = Q 4.4 A L 20.0 AN I 3.4 = Q 4.6 2． 取反触点3．电路块的串联和并联 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Network 1： A I0.3 A I0.0 FP = Q4.5 Network 2： A I0.3 A I0.0 FN = Q4.3 A I0.3 A( A I0.4 BLD 100 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。 设置 CPU 的属性时， 在DCycle/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 //将 RLO 置位 = M0.2 //M0.2 的线圈D通电‖ CLR //将 RLO 复位 = Q4.7 //Q4.7 的线圈D断电‖ 3.4.1 定时器指令 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 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#。A I 1.2 FR T0 //允许定时器 T1 再起动 A I 0.0 L S5T#2s //预置值 2s 送入累加器 1 SP T0 //启动 T0 A I 0.1 R T0 //复位 T0 L T0 //将 T0 的十六进制时间当前值装入累加器 1 T MW10 //将累加器 1 的 内容传送到 MW10 LC T0 //将 T0 的 BCD 时间当前值装入累加器 1. T MW12 //将累加器 1 的内容传送到 MW12 A 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 10．接通延时定时器 12．保持型接通延时定时器 14．断开延时定时器线圈 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。 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。 下面是图 3-44 中左边的电路对应的语句表： A I0.0 //在 I0.0 的上升沿 CU C10 //加计数器 C10 的当前值加 1 BLD 101 A I0.2 //在 I0.2 的上升沿 L C#6 //计数器的预置值 6 被装入累加器的低字 S C10 //将预置值装入计数器 C10 A I0.3 //如果 I0.3 为 1 R C10 //复位 C10 L C10 //将 C10 的二进制计数当前值装入累加器 1 T MW0 //将累加器 1 的内容传送到 MW0 LC C10 //将 C10 的 BCD 计数当前值装入累加器 1 T MW8 //将累加器 1 的内容传送到 MW8 A C10 //如果 C10 的当前值非 0 = Q 5.0 //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。 3.5.1 装入指令与传送指令 1．装入指令与传送指令 装入（L，Load）指令将源操作数装入累加器 1，而累加器 1 原有的数据移入累加器 2。 装入指令可以对字节（8 位） 、字（16 位） 、双字（32 位）数据迸行操作。 传送（T，Transfer）指令将累加器 1 中的内容写入目的存储区中，累加器 1 的内容不变。 2．立即寻址的装入与传送指令 立即寻址的操作数直接在指令中，下面是使用立即寻址的例子。 L -35 //将 16 位十进制常数-35 装入累加器 1 的低字 ACCU1-L L L#5 //将 32 位常数 5 装入累加器 1 L B#16#5A //将 8 位十六进制常数装入累加器 1 最低字节 ACCU1-LL L W#16#3E4F //将 16 位十六进制常数装入累加器 1 的低字 ACCU1-L L DW#16#567A3DC8 //将 32 位十六进制常数装入累加器 1 L 2#10_0010 //将 16 位二进制常数装入累加器 1 的低字 ACCU1-L L 25.38 //将 32 位浮点数常数(25.38)装入累加器 1 L ?ABCD‘ //将 4 个字符装入累加器 1 L TOD#12:30:3.0 //将 32 位实时时间常数装入累加器 1 L D# //将 16 位日期常数装入累加器 1 的低字 ACCU1-L L C#50 //将 16 位计数器常数装入累加器 1 的低字 ACCU1-L L T#1M20S //将 16 位定时器常数装入累加器 1 的低字 ACCU1-L L S5T#2S //将 16 位定时器常数装入累加器 1 的低字 ACCU1-L L P#M5.6 //将指向 M5.6 的指针装入累加器 1 AW W#16#3A12 //常数与累加器 1 的低字相D与‖，运算结果在累加器 1 的低字中 L B#(100,12,50,8) //装入 4 字节无符号常数 3．直接寻址的装入与传送指令 直接寻址在指令中直接给出存储器或寄存器的区域、长度和位置，例如用 MW200 指定位存 储区中的字，地址为 200；下面是直接寻址的程序实例： A I0.0 //输入位 I0.0 的D与‖（AND）操作 L MB10 //将 8 位存储器字节装入累加器 1 最低的字节 ACCU1-LL L DIW15 //将 16 位背景数据字装入累加器 1 的低字 ACCU1-L L LD22 //将 32 位局域数据双字装入累加器 1 T QB10 //将 ACCU1-LL 中的数据传送到过程映像输出字节 QB10 T MW14 //将 ACCU1-L 中的数据传送到存储器字 MW14 T DBD2 //将 ACCU1 中的数据传送到数据双字 DBD2 3．存储器间接寻址 在存储器间接寻址指令中， 给出一个作地址指针的存储器， 该存储器的内容是操作数所在存 储单元的地址。在循环程序中经常使用存储器间接寻址。 地址指针可以是字或双字，定时器（T） 、计数器（C） 、数据块（DB） 、功能块（FB）和功 能（FC）的编号范围小于 65 535，使用字指针就够了。其它地址则要使用双字指针，如果要用双字格式的指针访问一个字、宇节或双字存储器，必 须保证指针的位编号为 0，例如 P#Q20.0。 L QB[DBD 10] //将输出字节装入累加器 1，输出字节的地址指针在数据双字 DBD10 中 //如果 DBD10 的值为 2＃00 00 ，装入的是 QB4 A M[LD 4] //对存储器位作D与‖运算，地址指针在数据双字 LD4 中 //如果 LD4 的值为 2＃00 00 ，则是对 M4.3 进行操 作 4．寄存器间接寻址 地址寄存器 AR1 和 AR2，的内容加上偏移量形成地址指针，指向数值所在的存储单元。 其中第 0～2 位（xxx）为被寻址地址中位的编号（0～7） ，第 3～18 位为被寻址地址的字节 的编号（0～65535） 。第 24～26 位（rrr）为被寻址地址的区域标识号，第 31 位 x = 0 为区 域内的间接寻址，第 31 位 x = 1 为区域间的间接寻址。 第一种地址指针格式存储区的类型在指令中给出， 例如 L DBB[AR1, P#6.0]。 在某一存储区 内寻址。第 24～26 位（rrr）应为 0。 第二种地址指针格式的第 24～26 位还包含存储区域标识符 rrr，区域间寄存器间接寻址。 如果要用寄存器指针访问一个字节、字或双字，必须保证指针中的位地址编号为 0。 指针常数＃P5.0 对应的二进制数为 2＃00 00 。 下面 是区内间接寻址的例子： L P#5.0 //将间接寻址的指针装入累加器 1 LAR1 //将累加器 1 中的内容送到地址寄存器 1 A M[AR1, P#2.3] //AR1 中的 P#5.0 加偏移量 P#2.3, 实际上是对 M7.3 进行操作 = Q[AR1, P#0.2] //逻辑运算的结果送 Q5.2 L DBW[AR1, P#18.0] //将 DBW23 装入累加器 1 下面是区域间间接寻址的例子： L P#M6.0 //将存储器位 M6.0 的双字指针装入累加器 1 LAR1 //将累加器 1 中的内容送到地址寄存器 1 T W[AR1, P#50.0] //将累加器 1 的内容传送到存储器字 MW56 P#M6.0 对应的二进制数为 2#00 00 。因为地址指针 P#M6.0 中已经包含有区域信息，使用间接寻址的指令 T W[AR1, P#50]中没有必要再用地 址标识符 M。 表 3-6 寄存器间接寻址的区域标识位 区域标识符 存储区 位 26～24 P 外设输入输出 000 I 输入过程映像 001 Q 输出过程映像 010 M 位存储区 011 DBX 共享数据块 100 DIX 背景数据块 101 L 块的局域数据 111 5．装入时间值或计数值 L T5 //将定时器 T5 中的二进制时间值装入累加器 1 的低字中LC T5 //将定时器 T5 中的 BCD 码格式的时间值装入累加器 1 低字中 L C3 //将计数器 C3 中的二进制计数值装入累加器 1 的低字中 LC C16 //将计数器 C16 中的 BCD 码格式的值装入累加器 1 的低字中 6．地址寄存器的装入与传送指令 可以不经过累加器 1，与地址寄存器 AR1 和 AR2 交换数据。下面是应用实例： LAR1 DBD20 //将数据双字 DBD20 中的指针装入 AR1 LAR2 LD180 //将局域数据双字 LD180 中的指针装入 AR2 LAR1 P#M10.2 //将带存储区标识符的 32 位指针常数装入 AR1 LAR2 P#24.0 //将不带存储区标识符 32 位指针常数装入 AR2 TAR1 DBD20 //AR1 中的内容传送到数据双字 DBD20 TAR2 MD24 //AR2 中的内容传送到存储器双字 MD24 梯形图中的传送指令： A I1.0 JNB _001 //如果 I1.0 = 0，则跳转到标号_001 处 L MW2 //MW2 的值装入累加器 1 的低字 T MW4 //累加器 1 低字的内容传送到 MW4 SET //将 RLO 置为 1 SAVE //将 RLO 保存到 BR 位 CLR //将 RLO 置为 0 _001: A BR …… 如果功能被正确执行，BR 位为 1，ENO 也为 1。 3.5.2 比较指令 比较指令用于比较累加器 1 与累加器 2 中的数据大小，被比较的两个数的数据类型应该相 同。如果比较的条件满足，则 RLO 为 1，否则为 0。状态字中的 CC0 和 CC1 位用来表示 两个数的大于、小于和等于关系（见表 3-7） 。 表 3-7 指令执行后的 CC1 和 CC0 CC1 CC0 比较指令 移位和循环移位指令 字逻辑指令 0 0 累加器 2＝累加器 1 移出位为 0 结果为 0 0 1 累加器 2&累加器 1 － － 1 0 累加器 2&累加器 1 － 结果不为 0 1 1 非法的浮点数 移出位为 1 － 表 3-8 比较指令 语句表指令 梯形图中的符号 说明 ? I? D? R CMP ? ICMP ? DCMP ? R 比较累加器 2 和累加器 1 低字中的整数，如果条 件满足，RLO=1 比较累加器 2 和累加器 1 中的双整数，如果条件满足，RLO=1 比较累加器 2 和累加器 1 中的浮点数，如果条件满足，RLO=1 ？可以是==, &&, &, &, &=, &=。 下面是比较两个浮点数的例子： L MD4 //MD4 中的浮点数装入累加器 1 L 2.345E+02 //浮点数常数装入累加器 1，MD4 装入累加器 2 &R //比较累加器 1 和累加器 2 的值= Q4.2 //如果 MD4 & 2.345E+02，则 Q4.2 为 1 梯形图中的方框比较指令可以比较整数（I） 、双整数（D）和浮点数（R） 。方框比较指令在 梯形图中相当于一个常开触点，可以与其他触点串连和并联。 表 3-9 数据转换指令 语句表 梯形图 说明 BTIITBBTDDTBDTRITDRNDRND ＋ RND － TRUNC BCD_II_BCDBCD_DIDI_BCDDI_RI_DIROUNDCEILFLOORTRUNC 将 累 加 器 1 中的 3 位 BCD 码转换成整数将累加器 1 中的整数转换成 3 位 BCD 码将累加器 1 中的 7 位 BCD 码转换成双整数将累加器 1 中的双整数转换成 7 位 BCD 码将累加器 1 中的双整 数转换成浮点数将累加器 1 中的整数转换成双整数将浮点数转换为四舍五入的双整数将浮 点数转换为大于等于它的最小双整数将浮点数转换为小于等于它的最大双整数将浮点数转 换为截位取整的双整数 CAWCAD －－ 交换累加器 1 低字中两个字节的位置交换累加器 1 中 4 个字节的顺序下面是双整数转换为 BCD 码的例子： A I0.2 //如果 I0.2 为 1 L MD10 //将 MD10 中的双整数装入累加器 1 DTB //将累加器 1 中的数据转换为 BCD 码，结果仍在累加器 1 中 JO OVER //运算结果超出允许范围（OV＝1）则跳转到标号 OVER 处 T MD20 //将转换结果传送到 MD20 A M4.0 R M4.0 //复位溢出标志 JU NEXT //无条件跳转到标号 NEXT 处 OVER: AN M4.0 S M4.0 //置位溢出标志 NEXT: …… 【例 3-5】 将 101 英寸转换为以厘米为单位的整数，送到 MW0 中。 L 101 //将 16 位常数 101(65H)装入累加器 1 ITD //转换为 32 位双整数 DTR //转换为浮点数 101.0 L 2.54 //浮点数常数 2.54 装入累加器 1，累加器 1 的内容装入累加器 2 *R //101.0 乘以 2.54，转换为 256.54 厘米 RND //四舍五入转换为整数 257(101H) T MW30 7．取反与求补指令 表 3-12 取反与求补指令 语句表指令 梯形图指令 说明 INVIINVDNEGINEGDNEGR INV_IINV_DINEG_INEG_DINEG_R 求累加器 1 低字中的 16 位整数的反码求累加器 1 中双整数的反码求累加器 1 低字中的 16 位整数的补码求累加 器 1 中双整数的补码将累加器 1 中的浮点数的符号位取反 L MD20 //将 32 位双整数装入累加器 1NEGD T MD30//求补 //运算结果传送到 MD30表 3-13 取反与求补 内容 累加器 1 的低字 变换前的数 11 1000 取反的结果 00 0111 求补的结果 00 .1 整数数学运算指令 L L /I T IW10 //IW10 的内容装入累加器 1 的低字 MW14 //累加器 1 的内容装入累加器 2，MW14 的值装入累加器 1 的低字 //累加器 2 低字的值除以累加器 1 低字的值，结果在累加器 1 的低字 DB1.DBW2 //累加器 1 低字中的运算结果传送到数据块 DB1 的 DBW2 中表 3-16 整数数学运算指令 语句表 梯形图 描 述 +I -I *I / I ++D -D *D / D MOD ADD_ISUB_IMUL_IDIV_I――ADD_DISUB_DIMUL_DIDI V_DIMOD_DI 将累加器 1，2 低字中的整数相加，运算结果在累加器 1 的低字中累加器 2 中的整数减去累加器 1 中的整数，运算结果在累加器 1 的低字将累加器 1，2 低字中的整数 相乘，32 位双整数运算结果在累加器 1 中累加器 2 的整数除以累加器 1 的整数，商在累加 器 1 的低字，余数在累加器 1 的高字累加器的内容与 16 位或 32 位常数相加，运算结果在 累加器 1 中将累加器 1，2 中的双整数相加，双整数运算结果在累加器 1 中累加器 2 中的双 整数减去累加器 1 中的双整数运算结果在累加器 1 中将累加器 1，2 中的双整数相乘，32 位双整数运算结果在累加器 1 中累加器 2 中的双整数除以累加器 1 中的双整数，32 位商在 累加器 1 中， 累加器 2 中的双整数除以累加器 1 中的双整数，32 位余数在累加器 1 中 3.6.2 浮点数数学运算指令 表 3-17 浮点数数学指令 语句表 梯形图 描述 +R-R*R/RABSSQRSQRTEXPLNSINCOSTANASINACOSATAN ADD_RSUB_RMUL_ RDIV_RABSSQRSQRTEXPLNSINCOSTANASINACOSATAN 将累加器 1， 2 中的浮点数 相加，浮点数运算结果在累加器 1 中累加器 2 中的浮点数减去累加器 1 中的浮点数，运算 结果在累加器 1 中将累加器 1，2 中的浮点数相乘，浮点数乘积在累加器 1 中累加器 2 中的 浮点数除以累加器 1 中的浮点数，商在累加器 1，余数丢掉取累加器 1 中的浮点数的绝对值 求浮点数的平方求浮点数的平方根求浮点数的自然指数求浮点数的自然对数求浮点数的正 弦函数求浮点数的余弦函数求浮点数的正切函数求浮点数的反正弦函数求浮点数的反余弦 函数求浮点数的反正切函数 OPN DB17 //打开数据块 DB17 L DBD0 //数据块 DB17 的 DBD0 中的浮点数装入累加器 1 SQR//求累加器 1 中的浮点数的平方，运算结果在累加器 1 中 AN OV //如果运算时没有出错 JC OK //跳转到标号 OK 处 BEU //如果运算时出错，功能块无条件结束 OK: T DBD4 //累加器 1 中的运算结果传送到数据块 DB17 的 DBD4 中求以 10 为底的对数时，应将自然对数值除以 2. 的自然对数值)。例如 lg100＝ln100/2... 【例 3-6】用浮点数对数指令和指数指令求 5 的立方。计算公式为： L L#5 DTR LN L 3.0 *R EXP RND T MW40 浮点数三角函数指令的输入值为弧度，角度值乘以 p/180，可转换为弧度值。 【例 3-7】压力变送器的量程为 0～10MPa，输出信号为 4～20mA，S7-300 的模拟量输入 模块的量程为 4～20mA， 转换后的数字量为 0～27 648， 设转换后的数字为 N， 试求以 kPa 为单位的压力值。 解：0～10MPa(0～10 000kPa)对应于转换后的数字 0～27 648，转换公式为 P =（10 000 & N）/ 27 648 （kPa） (3-1) 值得注意的是在运算时一定要先乘后除，否则会损失原始数据的精度。假设 A/D 转换后的 数据 N 在 MD6 中，以 kPa 为单位的运算结果在 MW10 中。图 3-58 是实现式（3-1）中的 运算的梯形图程序。 图 3-58 算术运算指令 语句表中D*I‖指令的运算结果为 32 位整数，梯形图中 MUL_I 指令的运算结果为 16 位整数。 A/D 转换后的最大数字为 27 648，所以要使用 MUL_DI。双字除法指令 DIV_DI 的运算结果 为双字，运算结果不会超过 16 位正整数的最大值（32 767） 。 3.6.3 移位与循环移位指令 表 3-20 移位指令（对累加器 1 中的数操作，结果在累加器 1 中） 名称 语句表 梯形图 描述 有符号整数右移有符号双整数右移 16 位字左移 16 位字右移 16 位双字左移 16 位双字右 移 SSISSDSLWSRWSLDSRD SHR_ISHR_DISHL_WSHR_W SHL_DWSHR_DW 整数逐位右移，空出的位添上符号位双整数逐位右移，空出的位添上符号位字逐位左移，空 出的位添 0 字逐位右移，空出的位添 0 双字逐位左移，空出的位添 0 双字逐位右移，空出 的位添 0 双 字 循 环 左 移 双 字 循 环 右 移 双 字 ＋ CC1 循 环 左 移 双 字 ＋ CC1 循 环 右 移 RLDRRDRLDARRDA ROL_DWROR_DW － － 双字循环左移双字循环右移双字 通过 CC1（一共 33 位）循环左移双字通过 CC1（一共 33 位）循环右移 （1）用指令中的参数&number&来指定移位位数，16 位移位指令为 0～15，32 位移位指令 为 0～32。如果&number&等于 0，移位指令被当作 NOP（空操作）指令来处理。 （2）指令没有参数&number&，移位位数放在累加器 2 的最低字节中（0～255） 。如果移位 位数等于 0，移位指令被当作 NOP（空操作）指令来处理。 有符号字的移位位数&16 时，移位后被移位的数的各位全部变成了符号位。L MW4 //将 MW4 的内容装入累加器 1 的低字 SSI 6 //累加器 1 低字中的有符号数右移 6 位，结果仍在累加器 1 的低字中 T MW8 //累加器 1 低字中的运算结果传送到 MW8 中 表 3-21 整数右移 6 位前后的数据 内容 累加器 1 的高字 累加器 1 的低字 移位前 10 01
右移 6 位后 10 10
L +3 //将＋3 装入累加器 1 L MW20 //将累加器 1 的内容装入累加器 2，MW20 的内容装入累加器 1 SSI //累加器 1 低字中的有符号数右移 3 位 JP NEXT //如果最后移入 CC1 的位为 1，跳转到标号 NEXT 处 表 3-23 字右移 6 位移位前后的数据 内容 累加器 1 的高字 累加器 1 的低字 移位前 10 01
右移 6 位后 10 01
表 3-24 双字循环左移 4 位前后累加器中的数据 内容 累加器 1 的高字 累加器 1 的低字 移位前 10 01
右移 4 位后 00 11
表 3-25 双字通过 CC1 循环左移 1 位前后累加器中的数据 内容 CC1 累加器 1 的高字 累加器 1 的低字 移位前 X 10 01
左移后 0 00 10 X 图 3-60 有符号数右移指令 3.6.4 字逻辑运算指令 表 3-26 字逻辑运算指令 语句表 梯形图 描 述 AWOWXOWADODXOD WAND_WWOR_WWXOR_WWAND_DWWOR_DWWXOR_D W 字与字或字异或双字与双字或双字异或 表 3-27 字逻辑运算的结果 位 15 0 逻辑运算前累加器 1 的低字 11 1011 逻辑运算前累加器 2 的低字或常数 11 0101 D与‖运算后累加器 1 的低字 11 0001 D或‖运算后累加器 1 的低字 11 1111 D异或‖运算后累加器 1 低字 00 1110 L QW10 //QW10 的内容装入累加器 1 的低字 L W#16#000F //累加器 1 的内容装入累加器 2， W#16#000F 装入累加器 1 的低字 OW //累加器 1 低字与 W#16#000F 逐位相或，结果在累加器 1 的低字中 T QW10 //累加器 1 低字中的运算结果传送到 QW10 中 MB9 是 MW8 中的低字节，M9.1 和 M9.2 对应于输入信号 I0.1 和 I0.2。 3.6.5 累加器指令表 3-28 累加器指令 语句表 描 述 TAKPUSHPOPENTLEAVEINCDEC+AR1+AR2BLDNOP 0NOP 1 交换累加器 1，2 的内 容入栈出栈进入 ACCU 堆栈离开 ACCU 堆栈累加器 1 最低字节加上 8 位常数累加器 1 最低 字节减去 8 位常数 AR1 的内容加上地址偏移量 AR2 的内容加上地址偏移量程序显示指令 （空指令）空操作指令空操作指令 【例 3-9】用语句表程序实现浮点数运算（DBD0＋DBD4）/（DBD8CDBD12） 。 L DBD0 //DBD0 中的浮点数装入累加器 1 L DBD4 //累加器 1 的内容装入累加器 2，DBD4 中的浮点数装入累加器 1 +R //累加器 1，2 中的浮点数相加，结果保存在累加器 1 中 L DBD8 //累加器 1 的内容装入累加器 2，DBD8 中的浮点数装入累加器 1 ENT //累加器 3 的内容装入累加器 4，累加器 2 的中间结果装入累加器 3 L DBD12 //累加器 1 的内容装入累加器 2，DBD12 中的浮点数装入累加器 1 CR //累加器 2 的内容减去累加器 1 的内容，结果保存在累加器 1 中 LEAVE //累加器 3 的内容装入累加器 2，累加器 4 的中间结果装入累加器 3 /R //累加器 2 的（DBD0＋DBD4）除以累加器 1 的（DBD8CDBD12） T DBD16 //累加器 1 中的运算结果传送到 DBD16 3．加、减 8 位整数指令 L MB4 //MB4 的内容装入累加器 1 的最低字节 INC 1 //累加器 1 最低字节的内容加 1，结果存放在累加器 1 的最低字节 T MB4 //运算结果传回 MB4 4．地址寄存器指令 +AR1 (Add to AR1) 指令将 AR1 的内容加上累加器 1 中低字的内容， 或加上指令中的 16 位 常数，结果在 AR1 中。地址寄存器中的存储区域标识符（第 24～26 位）保持不变。 3.7 逻辑控制指令 表 3-29 逻辑控制指令与状态位触点指令 语句表中的逻辑控制指令 梯形图中的状态位触点指令 说明 JUJLJCJCNJCBJNBJBIJNBIJOJOSJZJNJPJMJPZJMZJUOLOOP －－－－－－ BR － OVOS＝＝0&& 0& 0& 0&= 0&= 0UO－ 无条件跳转多分支跳转 RLO=1 时跳转 RLO=0 时 跳转 RLO=1 且 BR＝1 时跳转 RLO=0 且 BR＝1 时跳转 BR=1 时跳转 BR=0 时跳转 OV=1 时跳转 OS=1 时跳转运算结果为 0 时跳转运算结果非 0 时跳转运算结果为正时跳转运算结 果为负时跳转运算结果大于等于 0 时跳转运算结果小于等于 0 时跳转指令出错时跳转循环 指令 只能在同一逻辑块内跳转。 同一个跳转目的地址只能出现一次。 跳转或循环指令的操作数为 地址标号，标号由最多 4 个字符组成，第一个字符必须是字母，其余的可以是字母或数字。 在梯形图中，目标标号必须是一个网络的开始。 【例 3-10】IW8 与 MW12 的异或结果如果为 0，将 M4.0 复位，非 0 则将 M4.0 置位。 L IW8 //IW8 的内容装入累加器 1 的低字 L MW12 //累加器 1 的内容装入累加器 2，MW12 的内容装入累加器 1 XOW //累加器 1，2 低字的内容逐位异或 JN NOZE //如果累加器 1 的内容非 0，则跳转到标号 NOZE 处 R M4.0JU NEXT NOZE: AN M4.0 S M4.0 NEXT: NOP 0 3.7.3 循环指令 循环指令 LOOP &jump label& 用 ACCU 1-L 作循环计数器，每次执行 LOOP 指令时 ACCU 1-L 的值减 1，若减 1 后 ACCU 1-L 非 0，将跳转到&jump label&指定的标号处。 【例 3-11】用循环指令求 5！(5 的阶乘)。 L L#1 //32 位整数常数装入累加器 1，置阶乘的初值 T MD20 //累加器 1 的内容传送到 MD20，保存阶乘的初值 L 5 //循环次数装入累加器的低字 BACK: T MW10 //累加器 1 低字的内容保存到循环计数器 MW10 L MD20 //取阶乘值 *D //MD20 与 MW10 的内容相乘 T MD20 //乘积送 MD20 L MW10 //循环计数器内容装入累加器 1 LOOP BACK //累加器 1 低字的内容减 1，减 1 后非 0，跳到标号 BACK …… //循环结束后，恢复线性扫描 3.8 程序控制指令 表 3-30 程序控制指令 语句表指令 梯形图指令 描述 BEBEUBECCALL FCnCALL SFCn CALL FBn1 ， DBn2CALL SFBn1 ， DBn2CC FCn 或 SFCnUC FCn 或 SFCnRETMCRAMCRDMCR()MCR － － － － － － － CALLCALLRETMCRAMCRDMCR&MCR& 块结束块无条件结束块条件结束调用功能调 用系统功能调用功能块调用系统功能块 RLO＝1 时条件调用无条件调用条件返回起动主控 继电器功能取消主控继电器功能打开主控继电器区关闭主控继电器区OPN L T OPN L TDB10 //打开数据块 DB10 作为共享数据块 DBW35 //将打开的 DB10 中的数据字 DBW35 装入累加器 1 的低字 MW12 //累加器 1 低字的内容装入 MW12 DI20 //打开作为背景数据块的数据块 DB20 DIB35 // DB20.DIB35 装入累加器 1 的最低字节 DBB27 //累加器 1 最低字节传送到 DB10.DBB27表 3-31 数据块指令 指令 描述 OPNCDBL DBLGL DBNOL DILGL DINO 打开数据块交换共享数据块和背景数据共享数 据块的长度装入累加器 1 共享数据块的编号装入累加器 1 背景数据块的长度装入累加器 1 背景数据块的编号装入累加器 1第四章 STEP 7 编程软件的使用方法4.1.1 STEP 7 概述 STEP 7 用于 S7，M7，C7，WinAC 的编程、监控和参数设置，基于 STEP 7 V5.2 版。 STEP 7 具有以下功能：硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件 建档、运行和诊断功能等。 4.1.2 STEP 7 的硬件接口 PC./MPI 适配器＋RS-232C 通信电缆。 计算机的通信卡 CP 5611（PCI 卡） 、CP 5511 或 CP 5512（PCMCIA 卡）将计算机连接到 MPI 或 PROFIBUS 网络。计算机的工业以太网通信卡 CP 1512（PCMCIA 卡）或 CP 1612 （PCI 卡） ，通过工业以太网实现计算机与 PLC 的通信。 STEP 7 的授权在软盘中。STEP 7 光盘上的程序 AuthorsW 用于显示、安装和取出授权。 4.1.4 STEP 7 的编程功能 1．编程语言 3 种基本的编程语言：梯形图(LAD)、功能块图(FBD) 和语句表(STL)。 S7-SCL (结构化控制语言) ，S7-GRAPH（顺序功能图语言） ，S7 HiGraph 和 CFC。 2．符号表编辑器 3．增强的测试和服务功能 设置断点、强制输入和输出、多 CPU 运行(仅限于 S7-400)，重新布线、显示交叉参考表、 状态功能、直接下载和调试块、同时监测几个块的状态等。 程序中的特殊点可以通过输入符号名或地址快速查找。 4．STEP 7 的帮助功能 按 F1 键便可以得到与它们有关的在线帮助。菜单命令DHelp→contents‖进入帮助窗口。 4.1.5 STEP 7 的硬件组态与诊断功能 1．硬件组态 （1）系统组态：选择硬件机架，模块分配给机架中希望的插槽。 （2）CPU 的参数设置。 （3）模块的参数设置。可以防止输入错误的数据。 2．通信组态 （1）网络连接的组态和显示； （2）设置用 MPI 或 PROFIBUS-DP 连接的设备之间的周期性数据传送的参数。 （3）设置用 MPI、PROFIBUS 或工业以太网实现的事件驱动的数据传输，用通信块编程。 3．系统诊断 （1）快速浏览 CPU 的数据和用户程序在运行中的故障原因。 （2）用图形方式显示硬件配置、模块故障；显示诊断缓冲区的信息等。 4.2 硬件组态与参数设置 4.2.1 项目的创建与项目的结构 插入新的对象的方法。 4.2.2 硬件组态 图 4-2 S7-300 的硬件组态窗口 4.2.3 CPU 模块的参数设置 图 4-3 CPU 属性设置对话框 表 4-1 时钟存储器各位对应的时钟脉冲周期与频率 位 7 6 5 4 3 2 1 0周期（s） 2 1.6 1 0.8 0.5 0.4 0.2 0.1 频率（Hz） 0.5 0.625 1 1.25 2 2.5 5 10 4.2.4 数字量输入模块的参数设置 在 CPU 处于 STOP 模式下进行。设置完后下载到 CPU 中。当 CPU 从 STOP 模式转换为 RUN 模式时，CPU 将参数传送到每个模块。 图 4-4 数字量输入模块的参数设置 4.2.5 数字量输出模块的参数设置 图 4-5 数字量输出模块的参数设置 4.2.6 模拟量输入模块的参数设置 1．模块诊断与中断的设置 8 通道 12 位模拟量输入模块（订货号为 6ES7 331-7KF02-0AB0）的参数设置。 图 4-6 模拟量输入模块的参数设置 2．模块测量范围的选择 D4DMU‖是 4 线式传感器电流测量，DR-4L‖是 4 线式热电阻，DTC-I‖是热电偶，DE‖表示测量 种类为电压。 未使用某一组的通道应选择测量种类中的DDeactivated‖（禁止使用） 。 3．模块测量精度与转换时间的设置 SM 331 采用积分式 A/D 转换器，积分时间直接影响到 A/D 转换时间、转换精度和干扰 抑制频率。为了抑制工频频率，一般选用 20ms 的积分时间。 表 4-2 6ES7 331-7KF02 模拟量输入模块的参数关系 积分时间（ms） 2.5 16.7 20 100 基本转换时间（ms，包括积分时间） 3 17 22 102 附加测量电阻转换时间（ms） 1 1 1 1 附加开路监控转换时间（ms） 10 10 10 10 附加测量电阻和开路监控转换时间（ms） 16 16 16 16 精度（位，包括符号位） 9 12 12 14 干扰抑制频率（Hz） 400 60 50 10 模块的基本响应时间（ms，所有通道使能） 24 136 176 816 4．设置模拟值的平滑等级 在平滑参数的四个等级（无，低，平均，高）中进行选择。 4.2.7 模拟量输出模块的参数设置 CPU 进入 STOP 时的响应：不输出电流电压（0CV） 、保持最后的输出值（KLV）和采用替 代值（SV） 。 4.3.1 符号表 共享符号（全局符号）在符号表中定义，可供程序中所有的块使用。 在程序编辑器中用 DView→Display with→Symbolic Representation‖选择显示方式。 2．生成与编辑符号表 CPU 将自动地为程序中的全局符号加双引号，在局部变量的前面自动加D#‖号。生成符号表 和块的局域变量表时不用为变量添加引号和#号。图 4-7 符号表 数据块中的地址（DBD，DBW ，DBB 和 DBX）不能在符号表中定义。应在数据块的声明 表中定义。 用菜单命令 DView→Columns R, O, M, C, CC‖ 可以选择是否显示表中的 DR, O, M, C, CC‖ 列，它们分别表示监视属性、在 WinCC 里是否被控制和监视、信息属性、通信属性和触点 控制。可以用菜单命令DView→Sort‖选择符号表中变量的排序方法。 3．共享符号与局域符号，后者不能用汉字。 4．过滤器（Filter） 在符号表中执行菜单命令DView→Filter‖，DI*‖表示显示所有的输入，DI*.*‖表示所有的输入位， DI2.*‖表示 IB2 中的位等。 4.3.2 逻辑块 逻辑块包括组织块 OB、功能块 FB 和功能 FC。 1．程序的输入方式：增量输入方式或源代码方式（或称文本方式、自由编辑方式） 。 2．生成逻辑块 图 4-8 梯形图编辑器 6．网络 执行菜单命令DInsert→Network‖，或点击工具条中相应的图标，在当前网络的下面生成一个 新的网络。菜单命令DView→Display→Comments‖用来激活或取消块注释和网络注释。 可以用剪贴板在块内部和块之间复制和粘贴网络，可用 Ctrl 键。 7．打开和编辑块的属性 菜单命令DFile→Properties‖来查看和编辑块属性。 8．程序编辑器的设置 进入程序编辑器后用菜单命令DOption→Customize‖打开对话框，可以进行下列设置： （1）在DGeneral‖标签页的DFont‖设置编辑器使用的字体和字符的大小。 （2）在DSTL‖和DLAD/FDB‖标签页中选择这些程序编辑器的显示特性。 （3）在DBlock‖（块）标签页中，可以选择生成功能块时是否同时生成背景数据块、功能块 是否有多重背景功能。 （4）在DView‖选项卡中的DView after Open Block‖区，选择在块打开时显示的方式。 9．显示方式的设置 执行 View 菜单中命令，放大、缩小梯形图或功能块图的显示比例。 菜单命令DView→Display→Symbolic Representation‖，切换绝对地址和符号地址方式。 菜单命令DView→Display→Symbol information‖用来打开或关闭符号信息。 图 4-9 符号信息 4.4 S7-PLCSIM 仿真软件在程序调试中的应用 4.4.1 S7-PLCSIM 的主要功能 在计算机上对 S7-300/400 PLC 的用户程序进行离线仿真与调试。 模拟 PLC 的输入/输出存储器区，来控制程序的运行，观察有关输出变量的状态。 在运行仿真 PLC 时可以使用变量表和程序状态等方法来监视和修改变量。 可以对大部分组织块（OB） 、系统功能块（SFB）和系统功能（SFC）仿真。 4.4.2 使用 S7-PLCSIM 仿真软件调试程序的步骤 （1）在 STEP 7 编程软件中生成项目，编写用户程序。 （2）打开 S7-PLCSIM 窗口，自动建立了 STEP 7 与仿真 CPU 的连接。仿真 PLC 的电源处于接通状态，CPU 处于 STOP 模式，扫描方式为连续扫描。 （3）在管理器中打开要仿真的项目，选中DBlocks‖对象，将所有的块下载到仿真 PLC。 （4）生成视图对象。 （5）用视图对象来模拟实际 PLC 的输入/输出信号，检查下载的用户程序是否正确。 4.4.3 应用举例 电动机串电阻降压起动。速度监视。 图 4-11 S7-PLCSIM 仿真窗口 4.4.4 视图对象与仿真软件的设置与存档 1．CPU 视图对象 2．其他视图对象 通用变量（Generic Variable）视图对象用于访问仿真 PLC 所有的存储区（包括数据块） 。 垂直位（Vertical Bits）视图对象可以用绝对地址或符号地址来监视和修改 I，Q，M 等存储 区。 累加器与状态字视图对象用来监视 CPU 中的累加器、状态字和地址寄存器 AR1 和 AR2。 块寄存器视图对象用来监视数据块地址寄存器的内容，当前和上一次打开的逻辑块的编号， 以及块中的步地址计数器 SAC 的值。 嵌套堆栈（Nesting Stacks）视图对象用来监视嵌套堆栈和 MCR（主控继电器）堆栈。 定时器视图对象标有DT=0‖的按钮用来复位指定的定时器。 3．设置扫描方式 用DExecute‖菜单中的命令选择单次扫描或连续扫描。 4．设置 MPI 地址 菜单命令DPLC→MPI Address…‖设置仿真 PLC 在指定的网络中的节点地址。 5．LAY 文件和 PLC 文件 LAY 文件用于保存仿真时各视图对象的信息；PLC 文件用于保存上次仿真运行时设置的数 据和动作等。退出仿真软件时将会询问是否保存 LAY 文件或 PLC 文件。一般选择不保存。 4.5 STEP 7 与 PLC 的在线连接与在线操作 4.5.1 装载存储器与工作存储器 系统数据（System Data）包括硬件组态、网络组态和连接表，也应下载到 CPU。 下载的用户程序保存在装载存储器的快闪存储器（FEPROM）中。CPU 电源掉电又重新恢 复时，FEPROM 中的内容被重新复制到 CPU 存储器的 RAM 区。 4.5.2 在线连接的建立与在线操作 1．建立在线连接 通过硬件接口连接计算机和 PLC 必须，然后通过在线的项目窗口访问 PLC。 管理器中执行菜单命令DView→Online‖、DView→Offline‖进入离线状态。 在线窗口显示的是 PLC 中的内容，离线窗口显示的是计算机中的内容。 如果 PLC 与 STEP 7 中的程序和组态数据是一致的，在线窗口显示的是 PLC 与 STEP 7 中 的数据的组合。 2．处理模式与测试模式 在设置 CPU 属性的对话框中的DProtection‖（保护）标签页选择处理（Process）模式或测 试（Test）模式。 3．在线操作 进入在线状态后，执行菜单命令DPLC →Diagnostics/Settings‖中不同的子命令。 进入在线状态后，DPLC‖主菜单中的命令功能。设置了口令后，执行在线功能时，会显示出DEnter Password‖对话框。若输入的口令正确， 就可以访问该模块。用菜单命令DPLC→Access Rights→ Setup‖输入口令。 4.5.3 下载与上载 1．下载的准备工作 计算机与 CPU 之间必须建立起连接，要下载的程序已编译好；在 RUN-P 模式一次只能下 载一个块，建议在 STOP 模式下载。 在保存块或下载块时，STEP 7 首先进行语法检查，应改正检查出来的错误。下载前应将 CPU 中的用户存储器复位。可以用模式选择开关复位，CPU 进入 STOP 模式，再用菜单命 令DPLC→Clear/Reset‖复位存储器。 2．下载的方法 （1）在离线模式下载 在 管 理 器 的 块 工 作 区 选 择 块 ， 可 用 Ctrl 键 和 Shift 键 选 择 多 个 块 ， 用 菜 单 命 令 DPLC→Download‖将被选择的块下载到 CPU。 在管理器左边的目录窗口中选择 Blocks 对象， 下载所有的块和系统数据。 对块编程或组态硬件和网络时，在当时主窗口，用菜单命令DPLC→Download‖下载当前正 在编辑的对象。 (4) 上载程序 可以用DPLC→Upload‖命令从 CPU 的 RAM 装载存储器中，把块的当前内容上载到计算机 打开的项目中。 4.6 用变量表调试程序 4.6.1 系统调试的基本步骤 首先进行硬件调试，可以用变量表来测试硬件，通过观察 CPU 模块上的故障指示灯，或使 用 4.8 节介绍的故障诊断工具来诊断故障。 下载程序之前应将 CPU 的存储器复位，将 CPU 切换到 STOP 模式，下载用户程序时应同 时下载硬件组态数据。 可以在 OB1 中逐一调用各程序块，一步一步地调试程序。 最先调试起动组织块 OB100，然后调试 FB 和 FC。应先调试嵌套调用最深的块，例如首先 调试图 4-13 中的 FB1。调试时可以在完整的 OB1 的中间临时插入 BEU（块无条件结束） 指令，只执行 BUE 指令之前的部分，调试好后将它删除掉。 最后调试不影响 OB1 的循环执行的中断处理程序，或者在调试 OB1 时调试它们。 4.6.2 变量表的基本功能 变量表可以在一个画面中同时监视、 修改和强制用户感兴趣的全部变量。 一个项目可以生成 多个变量表。变量表的功能： 监视（Monitor）变量、修改（Modify）变量、对外设输出赋值、强制变量、定义变量被监 视或赋予新值的触发点和触发条件。 4.6.3 变量表的生成 1．生成变量表的几种方法 （1）在管理器中用生成新的变量表。 （3）在变量表编辑器中，可以用主菜单DTable‖生成一个新的变量表。 2．在变量表中输入变量 可以从符号表中拷贝地址，将它粘贴到变量表。 IW2 用二进制数（BIN）可以同时显示和分别修改 I 2.0～I 3.7 这十六点数字量输入变量。图 4-14 变量表 4.6.4 变量表的使用 1．建立与 CPU 的连接 2．定义变量表的触发方式 图 4-15 定义变量表的触发方式 用菜单命令DVariable→Trigger‖打开图 4-15 中的对话框选择触发方式。 3．监视变量 用菜单命令DVariable→Update Monitor Values‖对所选变量的数值作一次立即刷新。 4．修改变量 在 STOP 模式修改变量时，各变量的状态不会互相影响，并且有保持功能。 在 RUN 模式修改变量时，各变量同时又受到用户程序的控制。 5．强制变量 强制变量操作给用户程序中的变量赋一个固定的值，不会因为用户程序的执行而改变。 图 4-16 强制数值窗口 强制作业只能用菜单命令DVariable→Stop Forcing‖来删除或终止。 4.7 用程序状态功能调试程序 4.7.1 程序状态功能的起动与显示 1．起动程序状态 进 入 程 序 状 态 的 条 件 ： 经 过 编 译 的 程 序 下 载 到 CPU ； 打 开 逻 辑 块 ， 用 菜 单 命 令 DDebug→Monitor‖进入在线监控状态；将 CPU 切换到 RUN 或 RUN-P 模式。 2．语句表程序状态的显示 图 4-17 用程序状态监视语句表程序 从光标选择的网络开始监视程序状态。右边窗口显示每条指令执行后的逻辑运算结果 （RLO）和状态位 STA(Status)、累加器 1（STANDARD） 、累加器 2(ACCU 2)和状态字 （STATUS…） 。用菜单命令DOptions→Customize‖打开的对话框分 STL 标签页选择需要监 视的内容，用 LAD/FBD 标签页可以设置梯形图(LAD)和功能块图(SFB)程序状态的显示方 式。 3．梯形图程序状态的显示 LAD 和 FBD 中用绿色连续线来表示状态满足，即有D能流‖流过，见图 4-18 左边较粗较浅的 线；用兰色点状线细表示状态不满足，没有能流流过；用黑色连续线表示状态未知。 图 4-18 梯形图程序状态的显示 梯形图中加粗的字体显示的参数值是当前值，细体字显示的参数值来自以前的循环。 4．使用程序状态功能监视数据块 4.7.2 单步与断点功能的使用 进入 RUN 或 RUN-P 模式后将停留在第一个断点处。单步模式一次只执行一条指令。 程序编辑器的DDebug （调试） ‖菜单中的命令用来设置、 激活或删除断点。 执行菜单命令DView ＞Breakpoint Bar‖后，在工具条中将出现一组与断点有关的图标。 1．设置断点与进入单步模式的条件 （1）只能在语句表中使用单步和断点功能。 （ 2 ） 执 行 菜 单 命 令 DOptions → Customize‖ ， 在 对 话 框 中 选 择 STL 标 签 页 ， 激 活DActivate new breakpoints immediately（立即激活新断点）‖选项。 （3）必须用菜单命令DDebug＞Operation‖使 CPU 工作在测试（Test）模式。 （4）在 SIMATIC 管理器中进入在线模式，在线打开被调试的块。 （5）设置断点时不能起动程序状态（Monitor）功能。 （6）STL 程序中有断点的行、调用块的参数所在的行、空的行或注释行不能设置断点。 2．设置断点与单步操作 在菜单命令DDebug →Breakpoints Active‖前有一个D√‖（默认的状态） ，表示断点的小圆是实 心的。执行该菜单命令后D√‖消失，表示断点的小圆变为空心的。要使断点起作用，应执行 该命令来激活断点。 图 4-19 断点与断点处 CPU 寄存器和状态字的内容 将 CPU 切换到 RUN 或 RUN-P 模式， 将在第一个表示断点的紫色圆球内出现一个向右的黄 色的箭头 （见图 4-19） ， 表示程序的执行在该点中断， 同时小窗口中出现断点处的状态字等。 执行菜单命令DDebug→Execute Next Statement‖，黄色箭头移动到下一条语句，表示用单 步功能执行下一条语句。执行菜单命令DDebug→ Execute Call（执行调用）‖将进入调用的 块。块结束时将返回块调用语句的下一条语句。 为使程序继续运行至下一个断点，执行菜单命令DDebug → Resume（继续）‖。 菜 单 命 令 DDebug→Delete Breakpoint‖ 删 除 一 个 断 点 ， 菜 单 命 令 DDebug→Delete All Breakpoint‖删除所有的断点。执行菜单命令DShow Next Breakpoint‖， 光标跳到下一个断点。 4.8 故障诊断 4.8.1 故障诊断的基本方法 图 4-20 诊断符号 在管理器中用 DView→Online‖打开在线窗口。查看是否有 CPU 显示诊断符号。 4.8.2 模块信息在故障诊断中的应用 1．打开模块信息窗口 建 立 在 线 连 接 后 ， 在 管 理 器 中 选 择 要 检 查 的 站 ， 执 行 菜 单 命 令 DPLC→Diagnostics/ Settings→Module Information‖，显示该站中 CPU 模块的信息。诊断 缓冲区（Diagnostic Buffer）标签页中，给出了 CPU 中发生的事件一览表。 图 4-21 CPU 模块的在线模块信息窗口 最上面的事件是最近发生的事件。因编程错误造成 CPU 进入 STOP 模式，选择该事件，并 点击DOpen Block‖按钮，将在程序编辑器中打开与错误有关的块，显示出错的程序段。 4.8.3 用快速视窗和诊断视窗诊断故障 1．用快速视窗诊断故障 管理器中选择要检查的站，用命令DPLC→Diagnostics/Settings→Hardware Diagnose‖打开 CPU 的 硬 件 诊 断 快 速 视 窗 （ Quick View ） ，显示该站中的故障模块。用命令 DOption→Customize‖，在打开的对话框的DView‖标签页中，应激活D诊断时显示快速视窗‖。 图 4-22 快速视窗 2．打开诊断视窗诊断视窗实际上就是在线的硬件组态窗口。在快速视窗中点击DOpen Station Online‖（在线 打开站）按键，打开硬件组态的在线诊断视窗。 在管理器中与 PLC 建立在线连接。打开一个站的DHardware‖对象，可以打开诊断视窗。 3．诊断视窗的信息功能 诊断视窗显示整个站在线的组态。用命令DPLC＞Module Information‖查看其模块状态。 第五章 数字量控制系统梯形图设计方法 5.1.2 用经验法设计梯形图 1．起动、保持与停止电路 经验设计法。 2．三相异步电动机的正反转控制 Network 1: A I 1.0 = L20.0 A L20.0 A I 1.1 = Q4.3 A L20.0 A I 1.2 = Q4.4 //图 5-5 (b)中的程序 Network 1 A I 1.0 A I 1.1 = Q4.3 Network 2 A I 1.0 A I 1.2 = Q4.4 3．常闭触点输入信号的处理 4．小车控制程序的设计 按下右行起动按钮 SB2，小车右行。暂停，左行，停止。5.1.2 根据继电器电路图设计梯形图液压动力滑台开始停在最左边，在自动模式开关 SA 闭合。按下起动按钮 SB1(I0.0)， YV11 和 YV2 的线圈通电，快进；碰到中限位开关变为工进， YV2 的线圈断电；碰到右限位开关 暂停 8sYV11 的线圈断电；时间到时快退， YV12 的线圈通电；返回初始位置时 YV12 的线 圈断电，停止运动。 5.2 顺序控制设计法与顺序功能图5.2.1 顺序控制设计法 顺序控制设计法将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段（步，Step)，用编程 元件(例如 M)来代表各步。在任何一步内输出量的状态不变，相邻两步输出量总的状态是不 同的，步与各输出量有着极为简单的逻辑关系。 使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件。顺序控制设计法用转换条件控制代表 各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制输 出。 当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为D活动步‖。 非存储型动作与存储型动作。 5.2.4 顺序功能图的基本结构 4．复杂的顺序功能图举例 5.2.5 顺序功能图中转换实现的基本规则 1．转换实现的条件 在顺序功能图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满 足两个条件： (1) 该转换所有的前级步都是活动步； (2) 相应的转换条件得到满足。 如果转换的前级步或后续步不止一个， 转换的实现称为同步实现(见图 5-18)。 为了强调同 步实现，有向连线的水平部分用双线表示。 2. 转换实现应完成的操作 转换实现时应完成以下两个操作： （1）使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步； （2）使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。 5.2.6 绘制顺序功能图的注意事项 (1) 两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。 (2) 两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。 (3) 顺序功能图中的初始步对应于系统等待起动的初始状态，初始步是必不可少的。 (4) 顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环。 5.2.7 顺序控制设计法的本质 5.3 使用起保停电路的顺序控制梯形图编程方法 5.3.1 设计顺序控制梯形图的一些基本问题 1．程序的基本结构 2．执行自动程序的初始状态 3．双线圈问题 4．设计顺序控制程序的基本方法 用存储器位 M 来代表步。顺序控制程序分为控制电路和输出电路两部分。 5.3.2 单序列的编程方法 1．控制电路的编程方法 起保停电路的起动电路只能接通一个扫描周期，必须用有记忆功能的电路来控制 M。 2．输出电路的编程方法5.3.3 选择序列的编程方法 5.3.4 并行序列的编程方法 5.3.5 仅有两步的闭环的处理 5.3.6 应用举例 图 5-25 中的物料混合装置用来将粉末状的固体物料（粉料）和液体物料（液料）按一定的 比例混合在一起，经过一定时间的搅拌后便得到成品。粉料和液料都用电子称来计量。 初始状态时粉料称料斗、液料称料斗和搅拌器都是空的，它们底部的排料阀关闭；液料仓的 放料阀关闭，粉料仓下部的螺旋输送机的电机和搅拌机的电机停转；Q4.0～Q4.4 均为 0 状 态。 PLC 开机后用 OB100 将初始步对应的 M0.0 置为 1 状态，将其余各步对应的存储器位复位 为 0 状态，并将 MW10 和 MW12 中的计数预置值分别送给减计数器 C0 和 C1。 按下起动按钮 I0.0，Q4.0, Q4.1 变为 1 状态，开始进料。电子称的光电码盘输出与称斗内 物料重量成正比的脉冲信号。减计数器 C0 和 C1 分别对粉料称和液料称产生的脉冲计数。 脉冲计数值减至 0 时，其常闭触点闭合，称斗内的物料等于预置值。Q4.0, Q4.1 变为 0 状 态，停止进料。进入等待步后预置计数器。 5.4 使用置位复位指令的顺序控制梯形图编程方法 5.4.1 单序列的编程方法 5.4.2 选择序列的编程方法 5.4.3 并行序列的编程方法 图 5-32 组合钻床控制系统的梯形图 值得注意的是标有DCD‖的 C0 的减计数线圈必须D紧跟‖在图 5-32 中使 M0.7 置位的指令后面。 这是因为如果 M0.4 先变为活动步，M0.7 的D生存周期‖非常短，M0.7 变为活动步后，在本 次循环扫描周期内的下一个网络就被复位了。如果将 C0 的减计数线圈放在使 M0.7 复位的 指令的后面，C0 还没有计数 M0.7 就被复位了，将不能执行计数操作。 5.5 具有多种工作方式的系统的顺序控制梯形图编程方法 5.6 顺序功能图语言 S7 Graph 的应用 5.6.1 S7 Graph 语言概述 S7 Graph 语言是 S7-300/400 的顺序功能图语言，遵从 IEC 61131-3 标准的规定。 1．顺序控制程序的结构 一个顺序控制项目至少需要一个调用 S7 Graph FB 的块，一个 S7 Graph FB 和它的背景数 据块。 图 5-45 顺序控制系统中的块 图 5-46 S7 Graph 编辑器 图 5-49 顺序控制器工具条与移动的图形 3．S7 Graph 的显示模式 在 View 菜单中选择显示顺序控制器（Sequencer） 、单步和永久性指令。 （1）在顺序控制器显示方式，执行菜单命令DView&Display with‖，可以选择： Symbols：显示符号表中的符号地址； Comments：显示块和步的注释；Conditions and Actions：显示转换条件和动作； Symbol List：在输入地址时显示下拉式符号地址表。 （2）单步显示模式 只显示一个步和转换的组合， 还可以显示 Supervision： 监控被显示的步的条件； Interlock： 对被显示的步互锁的条件；执行命令DView&Display with& comments‖显示和编辑步的注释。 用D↑‖键或D↓‖键可以显示上一个或下一个步与转换的组合。 （3）在Dpermanent instructions‖（永久性指令）显示方式，可以对顺序控制器之前或之后 的永久性指令编程。每个扫描循环执行一次永久性指令。可以调用块。 图 5-50 运输带控制系统示意图与顺序功能图 1． 创建使用 S7 Graph 语言的功能块 FB 执行菜单命令DInsert → Direct‖将进入DDirect‖编辑模式。 执行菜单命令DInsert → Drag-and-Drop‖，进入DDrag and Drop（拖放）‖编辑模式。 执行菜单命令DView→Display with→Conditions and Actions‖，显示或关闭各步的动作和转 换条件。 图 5-51 运输带控制系统的顺序功能图 （1）命令 S；当步为活动步时，使输出置位为 1 状态并保持。 （2）命令 R：当步为活动步时，使输出复位为 0 状态并保持。 （3）命令 N：当步为活动步时，输出被置为 1；该步变为不活动步时，输出被复位为 0。 （4）命令 L：用来产生宽度受限的脉冲，相当于脉冲定时器。 （5）命令 CALL：用来调用块，当该步为活动步时，调用命令中指定的块。 （6）命令 D：使某一动作的执行延时，延时时间在该命令右下方的方框中设置。 在D直接‖模式用鼠标右键点击动作框，在弹出的菜单中选择插入动作行。 6．对监控功能编程 双击步 S3 后，切换到单步视图，选中 Supervision（监控）线圈左边的水平线的缺口处， 插入比较器图标，设置的监视时间为 2 小时。 8．在主程序中调用 S7 Graph FB 9．用 S7-PLCSIM 仿真软件调试 S7 Graph 程序图 5-52 单步显示模式中的监控与互锁条件 5.6.3 顺序控制器的运行模式与监控操作 执行菜单命令DDebug→Control Sequencer‖，对顺序控制器进行各种监控操作。 图 5-54 顺序控制器监控对话框 1．自动模式 DAcknowledge‖按钮确认被挂起的错误信息。 点击D初始化（Initialize）‖按钮，将重新起动顺序控制器，使之返回初始步。 点击D禁止（Disable）‖按钮，使顺序控制器中所有的步变为不活动步。 2．手动模式 选择DManual‖模式后，用DDisable‖按钮关闭当前的活动步。在DStep Number‖输入框中输 入希望控制的步的编号，用激活（Activate）按钮或去活（Unactivate）按钮来使该步变为 活动步或不活动步。同时只能有 1 步是活动步。3．单步（Inching）模式 在单步模式转换条件满足时，需要点击DContinue‖按钮，才能使转换到下一步。 4．Automatic or switch to next 模式 转换条件未满足，用DContinue‖按钮也能转换到后续步。转换条件满足将自动转换。 5．错误显示 有互锁（Interlock）错误或监控（Supervision）错误时，相应的检查框为红色。5.6.4 顺序控制器中的动作 1．标准动作中的命令：S, R, N, L, D, CALL 标准动作可以设置互锁（在命令的后面加DC‖） ，仅在步处于活动状态和互锁条件满足时，有 互锁的动作才被执行。没有互锁的动作在步处于活动状态时就会被执行。 2．与事件有关的动作 表 5-2 控制动作的事件 名称 事件意义 S1 步变为活动步 S0 步变为不活动步 V1 发生监控错误（有干扰） V0 监控错误消失（无干扰） L1 互锁条件解除 L0 互锁条件变为 1 A1 报文被确认 R1 注册信号被置位，在输入信号 REG_EF/REG_S 的上升沿 ON 命令或 OFF 命令分别使命令所在的步之外的其他步变为活动步或不活动步。 如果命令 OFF 的地址标识符为 S _ALL， 将除了命令DS1(V1, L1) OFF‖所在的步之外其他的 步变为不活动步。 一旦 S3 变为活动步和互锁条件满足，指令DS1 RC‖使输出 Q2.1 复位为 0 并保持为 0。 一旦监控错误发生（出现 V1 事件） ，除了动作中的命令DV1 OFF‖所在的步 S3，其他的活 动步变为不活动步。 S3 变为不活动步时（出现事件 S0） ，将步 S7 变为活动步。 只要互锁条件满足（出现 L0 事件） ，就调用指定的功能块 FB 2。 4．动作中的计数器 有互锁功能的计数器在互锁条件满足和指定的事件出现时，动作中的计数器才会计数。 事件发生时，计数器指令 CS 将初值装入计数器。CS 指令下面一行是要装入的初值。 事件发生时，CU，CD，CR 指令使计数值分别加 1、减 1 或将计数值复位为 0。 5．动作中的定时器 事件出现时定时器被执行。互锁功能也可以用于定时器。 TL 为扩展的脉冲定时器命令，一旦事件发生，定时器被起动。 TD 命令用来实现定时器位有闭锁功能的延迟。一旦事件发生，定时器被起动。互锁条件 C 仅仅在定时器被起动的那一时刻起作用。（4）TR 是复位定时器命令，一旦事件发生，定时器位与定时值被复位为 0。 当图 5-57 中的步 S4 变为活动步，事件 S1 使计数器 C4 的值加 1。C4 可以用来计步 S4 变 为活动步的次数。只要步 S4 变为活动步，事件 S1 使 A 的值加 1。 S4 变为活动步后，T3 开始定时，4s 后 T3 的定时器位变为 1 状态。 5．动作中的算术运算 在动作中可以使用：A:=B；A:=函数(B) ；A:=B&运算符号&C。A:=函数(B)； 5.6.5 顺序控制器中的条件 1．转换条件 2． 互锁条件：如果互锁条件的逻辑满足，受互锁控制的动作被执行。 3．监控条件：如果监控条件的逻辑运算满足，表示有干扰事件 V1 发生。顺序控制器不会 转换到下一步，保持当前步为活动步。如果监控条件的逻辑运算不满足，表示没有干扰，如 果转换条件满足，转换到下一步。只有活动步被监控。 4．S7 Graph 地址在条件中的应用 可以在转换、监控、互锁、动作和永久性的指令中，以地址的方式使用关于步的系统信 息(见表 5-3)。 表 5-3 S7 Graph 地址 地址 意义 应用于 Si.T 步 i 当前或前一次处于活动状态的时间 比较器，设置 Si.U 步 i 处于活动状态的总时间，不包括干扰的时间 比较器，设置 Si.X 指示步 i 是否是活动的 常开触点、常闭触点 Transi.TT 检查转换 i 所有的条件是否满足 常开触点、常闭触点 表 5-4 FB 的参数集 名称 任务 Minimum 最小参数集，只用于自动模式，不需要其他控制和监视功能 Standard 标准参数集，有多种操作方式，需要反馈信息，可选择确认报文 Definable/Maximum(V5) 可定义最大参数集， 需要更多的操作员控制和用于服务和调试的 监视功能，它们由 V5 的块提供 5.6.7 用 S7 Graph 编写具有多种工作方式的控制程序 1．初始化程序、手动程序与自动回原点程序 OB100 中的初始化程序与 5.5 节中的图 5-37 完全相同。 手动程序 FC 2 与 5.5 节中的图 5-39 完全相同。自动返回原点的梯形图程序 FC 3 与 5.5 节图 5-42(b)中的相同。 图 5-61 主程序 OB1 S7 Graph FB 的参数有好几十个，图 5-61 中的 FB1 使用的是标准参数级，下面介绍图中使 用的参数： 连续、单周期或单步时D自动方式‖M0.3 为 1，调用 FB1。 参数 INIT_SQ（D自动允许‖M0.0）为 1：原点条件满足，激活初始步，复位顺序控制器。 参数 OFF_SQ 为 1（D自动允许‖M0.0=0） ：复位顺序控制器，所有的步变为不活动步。 参数 ACK_EF（D确认故障‖I1.3）为 1：确认错误和故障，强制切换到下一步。 参数 SW_AUTO（D单周连续‖M0.2）为 1：切换到自动模式。 参数 SW_TAP（D单步‖I2.2）为 1：切换到 Inching(单步)模式。 参数 T_PUSH（D起动按钮‖I2.6） ：条件满足并且在 T_PUSH 的上升沿时，转换实现。 参数 ERR_FLT（D错误报警‖Q4.5）为 1：组故障。表 5-9 符号表 符号 地址 符号 地址 符号 地址 符号 地址 符号 地址 自动数据块 DB1 松开按钮 I0.7 单步 I2.2 自动方式 M0.3 下降阀 Q4.0 下限位 I0.1 下降按钮 I1.0 单周期 I2.3 原点条件 M0.5 夹紧阀 Q4.1 上限位 I0.2 右行按钮 I1.1 连续 I2.4 转换允许 M0.6 上升阀 Q4.2 右限位 I0.3 夹紧按钮 I1.2 起动按钮 I2.6 连续标志 M0.7 右行阀 Q4.3 左限位 I0.4 确认故障 I1.3 停止按钮 I2.7 回原点上升 M1.0 左行阀 Q4.4 上升按钮 I0.5 手动 I2.0 自动允许 M0.0 回原点左行 M1.1 错误报警 Q4.5 左行按钮 I0.6 回原点 I2.1 单周连续 M0.2 夹紧延时 M1.2 图 5-62 公用程序 连续标志 M0.7 的控制电路放在 FB1 的顺序控制器之前的永久性指令中。 图 5-63 顺序控制器之前的永久性指令 2．初始化程序、手动程序与自动回原点程序 OB100 中的初始化程序与 5.5 节中的图 5-37 完全相同。 手动程序 FC 2 与 5.5 节中的图 5-39 完全相同。自动返回原点的梯形图程序 FC 3 与 5.5 节图 5-42(b)中的相同。 FB1 是自动程序（单步、单周期、连续） 。 单步 I2.2＝SW_TAP＝1 时有单步功能。 单周连续 M0.2=SW_AUTO=1 时顺序控制器正常运行。 在顺序控制器中，用永久性指令中的 M0.7（连续标志）区分单周期和连续模式。 第六章 S7-300/400 的用户程序结构 6.1 用户程序的基本结构 6.1.1 用户程序中的块 操作系统处理起动、刷新过程映像表、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和处理 通信等。用户程序包含处理用户特定的自动化任务所需要的所有功能。 用户程序和所需的数据放置在块中，使程序部件标准化，用户程序结构化，可以简化程序组 织，使程序易于修改、查错和调试。块结构显著地增加了 PLC 程序的组织透明性、可理解 性和易维护性。 表 6-1 用户程序中的块 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 系统功能块（SFB） 集成在 CPU 模块中，通过 SFB 调用一些重要的系统功能，有存储 区 系统功能（SFC） 集成在 CPU 模块中，通过 S}