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SIEMENS上海慶惜自動化設備有限公司
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?CPU的程序分為操作系統和用戶程序。操作系統用來處理plc的啟動、刷新過程映像輸入/輸出區、調用用戶程序、處理中斷和錯誤、管理存儲區和通信等任務。

用戶程序由用戶生成，用來實現用戶要求的自動化任務。STEP?7將用戶編寫的程序和程序所需的數據放置在塊中，功能塊FB和功能FC是用戶編寫的子程序，系統功能塊SFB和系統功能SFC是操作系統提供給用戶使用的標準子程序，它們和組織塊OB統稱為邏輯塊。

PLC得電或由STOP模式切換到RUN模式時，CPU執行啟動操作，將沒有斷電保持功能的位存儲器、定時器和計數器清零，清除中斷堆棧和塊堆棧的內容，復位保存的硬件中斷等。此外還要執行一次用戶生成的“系統啟動”組織塊OB100，完成用戶指定的初始化操作。以后PLC采用循環執行用戶程序的方式，這種運行方式也稱為掃描工作方式。

在PLC的存儲器中，設置了一片區域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態，它們分別稱為過程映像輸入區和過程映像輸出區。PLC梯形圖中的其他編程元件也有對應的存儲區。

下面是循環處理的各個階段的任務（見圖）：

1)操作系統啟動循環時間監控。

2)?CPU將過程映像輸出區的數據寫到輸出模塊。

3)?CPU讀取輸入模塊的輸入狀態，并存入過程映像輸入區。

4)?CPU處理用戶程序，執行用戶程序中的指令。

5)在循環結束時，操作系統執行其他任務，例如下載和刪除塊，接收和發送全局數據等。

圖????掃描過程

6)?CPL返回階段，重新啟動循環時間監控。

在啟動完成后，每次循環都要調用一次組織塊OB1。OB1是用戶程序中的主程序，它可以調用別的邏輯塊（FB、FC、SFB或SFC）。循環程序處理過程可以被某些事件中斷。如果有中斷事件出現，當前正在執行的塊被暫停執行，并自動調用分配給該事件的組織塊。該組織塊被執行完后，被暫停執行的塊將從被中斷的地方開始繼續執行。

在循環程序處理過程中，CPU并不直接訪問I/O模塊中的輸入地址區和輸出地址區，而是訪問CPU內部的過程映像區。

在讀輸入模塊階段，PLC把所有外部輸入電路的接通/斷開狀態讀人過程映像輸入區。

外部輸入電路接通時，對應的過程映像輸入位為1狀態，梯形圖中該輸入位的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外部輸入電路斷開時，對應的過程映像輸入位為0狀態，梯形圖中該輸入位的常開觸點斷開，常閉觸點接通。

某一編程元件對應的位為1狀態時，稱該編程元件的狀態為ON，該位為0狀態時，稱該編程元件的狀態為OFF。在程序執行階段，即使外部輸入電路的狀態發生了變化，過程映像輸入位的狀態也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態只能在下一個掃描循環周期的讀取輸入模塊階段被讀入過程映像輸入區。

PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在沒有跳轉指令和塊調用指令時，CPU從條指令開始，逐條順序地執行用戶程序，直到用戶程序結束之處。在執行指令時，從過程映像輸入區或別的存儲區中將有關編程元件的0、1狀態讀出來，并根據指令的要求執行相應的邏輯運算，運算的結果寫入到對應的存儲區中，因此，各編程元件的存儲區的內容隨著程序的執行而變化。

??在數字量（或稱開關量）控制系統中，變量兩種相反的工作狀態，例如高電平和低電平、繼電器線圈的通電和斷電，可以分別用邏輯代數中的1和0來表示這些狀態，在波形圖中，用高電平表示1狀態，用低電平表示0狀態。

使用繼電器電路、數字電路或plc的梯形圖都可以實現數字量的邏輯運算。圖的上面是PLC的梯形圖，下面是對應的數字門電路。

圖中的I0.0~I0.4為數字輸入變量，Q4.0~Q4.2為數字輸出變量，它們之間的“與”、“或”、“非”邏輯運算關系如表1-1所示。“與”運算僅在輸入均為1時輸出才為1，“或”運算僅在輸入均為0時輸出才為0。“非”運算的輸出與輸入的狀態總是相反，非運算又稱為“取反”。

表????邏輯運算關系表

邏輯運算關系表

邏輯運算關系表

基本邏輯運算

基本邏輯運算

圖????基本邏輯運算

a)與b）或c）非

用繼電器電路或梯形圖可以實現基本的邏輯運算，觸點的串聯可以實現“與”運算，觸點的并聯可以實現“或”運算，用常閉觸點控制線圈可以實現“非”運算。

多個觸點的串、并聯電路可以實現復雜的邏輯運算，例如圖中的繼電器電路實現的邏輯運算可以用邏輯代數表達式表示為

式中的加號表示邏輯或，乘號(·)或星號（*）表示邏輯與，變量上面的橫線表示“非”運算。與普通算術運算“先乘除后加減”類似，邏輯運算的規則為先“與”后“或”。為了先作“或”運算（觸點的并聯），用括號將“或”運算式括起來，括號中的運算優先執行。

為主要講授對象。西門子的PLC以其極高的性能價格比，在國際國內市場占有很大的份額，在我國的各行各業得到了廣泛的應用。S7-300/400屬于模塊式PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、

電源

模塊和編程計算機組成，各種模塊安裝在機架上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網絡，可以與計算機、其他PLC或其他設備通信。

1．CPU模塊

CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統中，CPU模塊相當于人的大腦和，它不斷地采集輸入信號，執行用戶程序，刷新系統的輸出；存儲器用來儲存程序和數據。S7?-?300/400將CPU模塊簡稱為CPU。

2．信號模塊

輸入(?Input)模塊和輸出(Output)模塊簡稱為I/O模塊，開關量輸入、開關量輸出模塊簡稱為DI模塊和DO模塊，模擬量輸入、模擬量輸出模塊簡稱為AI模塊和AO模塊，它們統稱為信號模塊。信號模塊是系統的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場設備和CPU模塊的橋梁。

輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、限位開關、

接近開關

、光電開關、壓力

繼電器

等來的開關量輸入信號。模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發電機和各種變送器提供的連續變化的模擬量電流、電壓信號，或者直接接收熱電阻、熱電偶提供的溫度信號。

開關量輸出模塊用來控制

接觸器

、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等輸出設備，模擬量輸出模塊用來控制電動調節閥、

變頻器

等執行器。

CPU模塊內部的工作電壓一般是DC?5V，而PLC的外部輸入/輸出信號電壓一般較高，例如DC?24V或AC?220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的

元器件

，或使PLC不能正常工作。在信號模塊中，用光耦合器和小型繼電器等器件來隔離PLC的內部電路和外部的輸入、輸出電路。信號模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離的作用。

3．功能模塊

為了增強PLC的功能，擴大其應用領域，減輕CPU的負擔，PLC廠家開發了各種各樣的功能模塊。它們主要用于完成某些對實時性和存儲容量要求很高的控制任務，例如高速計數、位置控制和閉環控制等。

4．接口模塊

CPU模塊所在的機架稱為中央機架，如果一個機架不能容納全部模塊，可以增設一個或多個擴展機架。接口模塊（簡稱為IM）用來實現中央機架與擴展機架之間的通信。

5．通信處理器

通信處理器(簡稱為CP)用于PLC之間、PLC與遠程I/O之間、PLC與計算機和其他智能設備之間的通信，可以將S7?-?300/400接入各種通信網絡，CP也用于實現點對點通信等。CPU模塊集成有MPI通信接口，有的CPU模塊還集成了其他通信接口。

6．電源模塊

電源模塊（簡稱為PS）用于將輸入的AC?220V電源或DC?24V電壓轉換為穩定的DC?24V和DC?5V電壓，供其他模塊和輸出模塊的負載使用。

7．編程設備

S7?-?300/400一般使用安裝了編程軟件STEP?7的個人計算機作為編程設備，可以生成和編輯各種文本程序或圖形程序。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。編程軟件還有對網絡和硬件組態、參數設置、監控和故障診斷等功能。

使用該指令是將地址寄存器AR1的內容加上作為地址偏移量的累加器1中低字的內容，或加上指令中的16位常數，結果在AR1(?AR2)中。首先將整數（16位）擴展為符號正確的24位，然后將其加到AR1的低有效的24位（AR1中的相對地址的部分）。在AR1(?AR2)中，區域ID的部分（第24~?26位）保持不變。要加到AR1、AR2的內容中的整數（16位）由ACCU?1的低字中的值指定。允許值的范圍為-32768~+32767。參數P#Byte.?Bit（被加到AR1或AR2上的地址）的數據類型為指針常數。要加到AR1、AR2的內容中的偏移量由參數P#Byte，Bit地址指定。指令的執行與狀態位無關，而且對狀態位沒有影響。

+AR1：加地址寄存器1中內容的整數（16位）通過累加器1低字中的數值定義，允許范圍為-32768~+32767。

+AR1：要加上的偏移量通過地址定義。

編程示例1：

L??+300????說明：將數值裝入累加器1低字中

+AR1????將累加器1低字中的內容（整數，16位）加到地址寄存器1

編程示例2：

+?AR1?P#300.0????說明：將偏移量300.0加到地址寄存器1

2．+AR2加累加器1至地址寄存器2*（+AR2、+LAR2）

使用該指令，可以將語句中或累加器1低字中定義的偏移量加至地址寄存器2。首先將整數（16位）擴展為帶有其正確符號的2位數，然后加到地址寄存器2的低有效24位（地址寄存器2中部分相關地址）。地址寄存器2中ID區部分（位24、25和26）保持不變。指令的執行與狀態位無關，而且對狀態位沒有影響。

??①STL形式的打開數據塊指令“OPN<數據塊>”。使用打開數據塊指令，可以打開一個數據塊作為共享數據塊或背景數據塊，可以同時打開一個共享數據塊和一個背景數據塊。訪問已打開的數據塊內的存儲單元時，其地址中不必指明是哪一個數據塊的存儲單元，如打開數據DB10后，DB10.?DBW35可簡寫為DBW35。

編程示例：

OPN?DB10????說明：打開數據塊DB10作為共享數據塊

L?DBW35????將打開數據塊的數據字DBW35裝入累加器1低字中

T?MW22????將累加器1低字中的內容傳送到存儲字MW22

OPN?DB20????打開數據塊DB20作為背景數據塊

L??DIB12????將打開背景數據塊的數據字節12裝入累加器1低字中

T??DBB37????將累加器1低字中的內容傳送到打開共享數據塊的數據字

節DBB37

②LDA形式的打開數據塊指令“-(OPN)”。“-(OPN)”（打開數據塊指令）可以打開一個共享數據塊(?DB)或背景數據塊(DI)。“-(?OPN)”功能是一種數據塊無條件調用功能。數據塊的編號被傳送到DB或DI寄存器。在此之后，DB和DI指令根據寄存器的內容訪問相應的數據塊。

編程示例如圖所示：數據塊10(?DB10)被打開。接點地址(?DBX0.0)指的是數據塊DB10中包含的當前數據記錄的數據字節0的0位。該位的信號狀態被賦值給輸出Q4.0。

打開數據塊指令使用示例

打開數據塊指令使用示例

圖???打開數據塊指令使用示例

CDB交換共享數據塊和背景數據塊

使用該指令，可以交換共享數據塊和背景數據塊。該指令可以交換數據塊寄存器。一個共享數據塊可轉換為一個背景數據塊，反之亦然。