S7-200系列PLC基本指令

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第7章S7-200系列PLC基本指令及经验编程法7.1S7-200系列可编程序控制器基本指令7.2梯形图及语句表的结构规则7.3梯形图程序的经验设计法习题及思考题 7.1S7-200系列可编程序控制器基本指令7.1.1逻辑取及线圈驱动指令逻辑取及线圈驱动指令为LD、LDN和=。LD(Load):取指令。用于网络块逻辑运算开始的常开触点与母线的连接。LDN(LoadNot)：取反指令。用于网络块逻辑运算开始的常闭触点与母线的连接。=（Out）：线圈驱动指令。 7.1S7-200系列可编程序控制器基本指令使用说明：（1）LD、LDN指令不仅用于网络块逻辑计算开始时与母线相连的常开和常闭触点，而且在分支电路块的开始也要使用LD、LDN指令，与后面要讲的ALD、OLD指令配合完成块电路的编程。（2）并联的=（输出）指令可连续使用任意次。（3）在同一程序中不能使用双线圈输出，即同一个元器件在同一程序中只使用一次=（输出）指令。（4）LD、LDN、=指令的操作数为：I、Q、M、SM、T、C、V、S和L。T和C也作为输出线圈，但不能使用=指令驱动（专有定时器和计数器线圈驱动指令）。 7.1S7-200系列可编程序控制器基本指令7.1.2触点串联指令触点串联指令为A、AN。A（And）：与指令。用于单个常开触点的串联连接。AN（AndNot）：与反指令。用于单个常闭触点的串联连接。图5-2所示为上述两条指令的用法。 7.1S7-200系列可编程序控制器基本指令使用说明:(1)A、AN是单个触点的串联连接指令，可以连续使用。但在用梯形图编程时会受到屏幕显示的限制。S7-200PLC的编程软件中规定的串联触点使用上限为11个。（2）图5-2中所示的连续输出电路，可以反复使用=（输出）指令，但次序必须正确，否则就不能连续使用=指令编程了。图5-3所示的电路就不属于连续输出电路。（3）A、AN指令的操作数为：I、Q、M、SM、T、C、V、S和L。 7.1S7-200系列可编程序控制器基本指令7.1.3触点并联指令触点并联指令为O、ON。O（OR）：或指令。用于单个常开触点的并联连接。ON（ORNot）：或反指令。用于单个常闭触点的并联连接。 图5-1例5.1应用程序 7.1.4串联电路块的并联连接指令串联电路块的并联连接指令为OLD。两个以上触点串联形成的支路叫串联电路块。OLD（ORLoad）：或块指令。用于串联电路块的并联连接。图5-5所示为OLD指令的用法。 使用说明：（1）除在网络块逻辑运算的开始使用LD或LDN指令外，在块电路的开始也要使用LD或LDN。（2）每完成一次块电路的并联时要写上OLD指令。（3）OLD指令无操作数。 图5-2例5.2程序 7.1.5并联电路块的串联连接指令并联电路块的串联连接指令为ALD。两条以上支路并联形成的电路叫并联电路块。ALD（AndLoad）：与块指令。用于并联电路块的串联连接。图5-6所示为ALD指令的用法。 使用说明：（1）在块电路开始时要使用LD或LDN指令。（2）在每完成一次块电路的串联连接后要写上ALD指令。（3）ALD指令无操作数 图5-3例5.3程序 7.1.10逻辑堆栈操作指令S7-200系列PLC使用一个9层堆栈来处理所有逻辑操作。堆栈是一组能够存储和取出数据的暂存单元，其特点是“先进后出”。每一次进行入栈操作，新值放入栈顶，栈底值丢失；每一次进行出栈操作，栈顶值弹出，栈底值补进随机数。逻辑堆栈指令主要用来完成对触点进行的复杂连接。1.逻辑入栈LPS、逻辑读栈LRD和逻辑出栈LPP指令LPS（LogicPush）：逻辑入栈指令（分支电路开始指令）。从梯形图中的分支结构中可以形象地看出，它用于生成一条新的母线，其左侧为原来的主逻辑块，右侧为新的从逻辑块，因此可以直接编程。从堆栈使用上来讲，LPS指令的作用是把栈顶值复制后压入堆栈。LRD（LogicRead）：逻辑读栈指令。在梯形图分支结构中，当新母线左侧为主逻辑块时，LPS开始右侧的第一个从逻辑块，LRD开始第二个以后的从逻辑块编程。从堆栈使用上来讲，LRD读取最近的LPS压入堆栈的内容，而堆栈本身 不进行Push和Pop工作。LPP（LogicPop）：逻辑出栈指令（分支电路结束指令）。在梯形图分支结构中，LPP用于LPS产生的新母线右侧的最后一个从逻辑块的编程，它在读取完它最近的LPS压入堆栈内容的同时复位该条母线。从堆栈使用上来讲，LPP把堆栈弹出一级，堆栈内容依次上移。下面是三条指令的用法举例。 图5-4LPS、LPD、LPP指令的操作过程 图5-5栈操作指令应用程序段 图5-6例5.5程序7.1.12取非和空操作指令1、取非指令（NOT）取非指令可对存储器位进行取非操作，以改变能流的状态。2、空操作指令（NOP）空操作指令起增加程序容量的作用。当使能输入有效时，执行空操作指令，将可稍微延长扫描周期长度，但不会影响用户程序的执行，不会使能流输出断开。操作数N为执行空操作指令的次数，N=0~255。 7.1.13置位、复位指令 7.1.13置位、复位指令使用说明：（1）对位元件来说一旦被置位，就保持在通电状态，除非对它复位；而一旦被复位就保持在断电状态，除非再对它置位。（2）S/R指令可以互换次序使用，但由于PLC采用扫描工作方式，所以写在后面的指令具有优先权。（3）如果对计数器和定时器复位，则计数器和定时器的当前值被清零。（4）N的常数范围为1~255。（5）S/R指令的操作数为：I、Q、M、SM、T、C、V、S和L。 图5-7例5.6程序 7.1.14边沿触发指令（脉冲生成）边沿脉冲指令为EU（EdgeUp）、ED（EdgeDown）。边沿脉冲指令的使用及说明如表5-4所示。 图5-8例5.7程序 图5-9边沿触发示例的时序分析 7.1.15定时器指令定时器是PLC中最常用的元器件之一。用好、用对定时器对PLC程序设计非常重要。定时器编程时，要预置定时值，在运行过程中当定时器的输入条件满足时，当前值从0开始按一定的单位增加；当定时器的当前值达到设定值时，定时器发生动作，从而满足各种定时逻辑控制的需要。1.几个基本概念（1）种类S7-200PLC为用户提供了三种类型的定时器：接通延时定时器（TON）、有记忆接通延时定时器（TONR）和断开延时定时器（TOF）。（2）分辨率与定时时间的计算单位时间的时间增量称为定时器的分辨率。S7-200PLC定时器有3个分辨率等级：1ms、10ms、100ms。定时器定时时间T的计算：T=PTXS。式中：PT为设定值，S为分辨率。 7.1.15定时器指令例如：TON指令使用T97（为10ms的定时器），设定值为100，则实际定时时间为T=100X10ms=1000ms定时器的设定值PT:数据类型为INT型，通常为常数。（3）定时器的编号定时器的编号用定时器的名称和它的常数编号（最大为255）来表示，如T40。定时器的编号包含两方面的变量信息：定时器位和定时器当前值。定时器位：与其他继电器的输出相似。当定时器的当前值达到设定值PT时，定时器的触点动作。定时器当前值：存储定时器当前所累计的时间，它用16位符号整数来表示，最大计数值为32767。定时器的分辨率和编号如表5-6所示。 注意：在同一个PLC程序中不能用TON和TOF驱动同一个定时器。3.定时器指令使用说明三种定时器指令的LAD和STL格式如表5-7所示。 （1）接通延时定时器TON（On-DelayTimer）接通延时定时器用于单一时间间隔的定时。首次扫描时，定时器位为OFF，当前值为0。输入端接通时，定时器位为OFF，当前值从0开始计时，当前值达到设定值时，定时器位为ON，当前值仍连续计数到32767。输入端断开时，定时器自动复位，即定时器位为OFF，当前值为0。（2）记忆接通延时定时器TONR（RetentiveOn-DelayTimer）顾名思义，记忆接通定时器具有记忆功能，它用于对多间隔的累计定时。上电周期或首次扫描时，定时器位为OFF，当前值保持在掉电前的值。当输入端接通时，当前值从上次的保持值继续计时；当累计当前值达到设计值时，定时器为ON，当前值可继续计数到32767。TONR定时器只能用复位指令R对其进行复位操作。TONR复位后，定时器位为OFF，当前值为0。 图5-10通电延时型定时器的应用程序及运行时序分析 图5-11有记忆通电延时型定时器的应用程序及运行时序分析 （3）断开延时定时器TOF（Off-DelayTimer）断开延时定时器用于断电后的单一间隔时间计时。上电周期或首次扫描时，定时器位为OFF，当前值为0。输入端接通时，定时器位为ON，当前值为0。当输入端由接通到断开时，定时器开始计时。当达到设定值时定时器位为OFF，当前值等于设定值，停止计时。输入端再次由OFF→ON时，TOF复位，这时TOF的位为ON，当前至为0。如果输入端再次从ON→OFF，则TOF可实现再次启动。 图5-12断电延时型定时器的应用程序及运行时序分析 5.定时器的刷新方式和正确使用（1）定时器的刷新方式在S7-200系列PLC的定时器中，1ms、10ms、100ms定时器的刷新方式是不同的，因此在使用方法上也有很大的不同。这和其他PLC是有很大区别的。①1ms定时器1ms定时器有系统每隔1ms刷新一次，与扫描周期无关。②10ms定时器10ms定时器由系统在每个扫描周期开始时自动刷新。③100ms定时器100ms定时器在定时器指令执行时被刷新，因此100ms定时器仅用在定时器指令在每个扫描周期执行一次的程序中。 图5-13自身激励输入 图5-14非自身激励输入 7.1.16计数器计数器用来累计输入脉冲的次数，在实际应用中用来对产品进行计数或完成复杂的逻辑控制任务。计数器的使用和定时器基本相似，编程时输入它的计数设定值，计数器累计它的脉冲输入端信号上升沿的个数。当计数值达到设定值时，计数器发生动作，以便完成计数控制任务。1.几个基本概念（1）种类S7-200系列PLC的计数器有3种：加计数器CTU、加减计数器CTUD和减计数器CTD。（2）编号计数器的编号用计数器名称和数字（0~255）组成。计数器的编号包含两方面的信息：计数器的位和计数器当前值。 计数器位：计数器位和继电器一样是一个开关量，表示计数器是否发生动作的状态。当计数器的当前值达到设定值时，该位被置位为ON。计数器当前值：其值是一个存储单元，它用来存储计数器当前所累计的脉冲个数，用16位符号整数来表示，最大数值为32767。（3）计数器的输入端和操作数设定值输入：数据类型为INT型。一般使用常数作为计数器的设定值。 2.计数器指令使用说明计数器指令的LAD和STL格式如表5-8所列。 （1）增计数器CTU（CountUp）首次扫描时，计数器位为OFF，当前值为0。在计数脉冲输入端CU的每个上升沿，计数器计数1次，当前值增加一个单位。当前值达到设定值时，计数器位为ON，当前值可继续计数到32767后停止计数。复位输入端有效或对计数器执行复位指令，计数器自动复位，即计数器位为OFF，当前值为0。图5-17所示为增计数器的用法。 （2）增减计数器CTUD(CountUp/Down)增减计数器有两个计数脉冲输入端：CU输入端用于递增计数，CD输入端用于递减计数。首次扫描时，计数器位为OFF，当前值为0。CU输入的每个上升沿，计数器当前值增加1个单位；CD输入的每个上升沿，都使计数器当前值减小1个单位，当前值达到设定值时，计数器位置位为ON。复位输入端有效或使用复位指令对计数器执行复位操作后，计数器自动复位，即计数器位为OFF，当前值为0。图5-15所示为增减计数器的用法 图5-15增/减计数指令应用程序段及运行时序分析 减计数器CTD（CountDown）首次扫描时，计数器位为ON，当前值为预设定值PV。对CD输入端的每个上升沿计数器计数1次，当前值减少一个单位，当前值减小到0时，计数器位置位为ON，复位输入端有效或对计数器执行复位指令，计数器自动复位，即计数器位OFF，当前值复位为设定值。图5-16所示为减计数器的用法。注意：减计数器的复位端是LD，而不是R。在语句表中，CD、LD的顺序不能出错。 图5-16减计数指令应用程序段及运行时序分析 7.1.17比较指令比较指令是将两个数值或字符串按指定条件进行比较，条件成立时，触点就闭合。所以比较指令实际上也是一种位指令。在实际应用中，比较指令为上、下限控制以及数值条件判断提供了方便。比较指令的类型有：字节比较、整数比较、双字整数比较、实数比较和字符串比较。数值比较指令的运算符号有：=、>=、<、<=、>和<>等6种，而字符串比较指令只有=和<>两种。对比较指令可进行LD、A、O编程。比较指令的LAD和STL形式如表5-9所列。 字节比较用于比较两个字节型整数值IN1和IN2的大小，字节比较是无符号的。整数比较用于比较两个一个字长的整数值IN1和IN2的大小，整数比较是有符号的，其范围是16#8000~16#7FFF。双字整数比较用于比较两个双字长整数值IN1和IN2的大小。它们的比较也是有符号的，其范围是16#80000000~16#7FFFFFFF。实数比较用于比较两个双字长实数值IN1和IN2的大小，实数比较是有符号的。字符串比较用于比较两个字符串数据的相同与否。字符串的长度不能超过254个字符。图5-20所示为比较指令的用法。 图5-17比较指令应用程序 7.2梯形图及语句表的结构规则一、梯形图的结构规则梯形图编程的基本规则如下：（1）PLC内部元器件触点的使用次数是无限制的。（2）梯形图的每一行都是从左母线开始，然后是各种触点的逻辑连接，最后以线圈或指令盒结束。触点不能出现在线圈的右边。 7.2梯形图及语句表的结构规则（3）线圈和指令盒一般不能直接连在左边的母线上，如需要的话可通过特殊的中间继电器SM0.0（常ON特殊中间继电器）完成，如图5-29所示。（4）在同一程序中，同一编号的线圈使用两次及两次以上称为双线圈输出。双线圈输出非常容易引起误动作，所以应避免使用。S7-200PLC中不允许双线圈输出。（5）在手工编写梯形图程序时，触点应画在水平线上，不要画在垂直线上。 7.2梯形图及语句表的结构规则（6）不包含触点的分支线条应放在垂直方向，不要放在水平方向，以便于阅读和美观。 7.2梯形图及语句表的结构规则（7）应把串联多的电路尽量放在最上边，把并联多的电路放在最左边，这样一是节省指令，二是美观，如图5-32所示。（8）图5-33所示为梯形图的推荐画法。 7.2梯形图及语句表的结构规则二、语句表的编程规则利用PLC的指令对梯形图编程时，可以把整个梯形图程序看成有许多网络块组成，每个网络块均起始于母线。所有的网络块组合在一起就是梯形图程序，这是S7-200PLC的特点。LAD程序可以通过编程软件直接转换为STL形式。S7-200PLC用STL编程时，如果也是以每个独立的网络块为单位，则STL程序和LAD程序基本上是一一对应的，而且两者可以通过编程软件相互转换；如果不以每个独立的网络为单位编程，而是连续编写，则STL程序和LAD程序不能通过编程软件相互转换。大家使用时要注意。LAD是使用最多的编程语言，它非常直观易懂，对每个人都使用；技术熟练者有时使用STL直接编程，但不易看懂。不管怎么说，大家对这两种形式的程序都应该熟悉。特别是会用手工把一个LAD程序转换为STL程序，这对进一步理解PLC程序执行的原理有很大帮助。 7.2梯形图及语句表的结构规则对每一个独立的LAD网络块中的程序，可分成若干小块，对每个小块按照从左到右、从上到下的原则进行编程。然后将程序块连接起来，就完成了该网络块的STL编程。例如： 7.2梯形图及语句表的结构规则三、双线圈输出问题在梯形图中，线圈前边的触点代表输出的条件，线圈代表输出。在同一个程序中，某个线圈的输出条件可以非常复杂，但却应是唯一且集中表达的。由PLC的操作系统引出的梯形图编绘法则规定，某个线圈在梯形图中只能出现一次，如果多次出现，则称为双线圈输出。同时，一般PLC认定，程序中存在双线圈输出时，前边的程序无效，最后一次输出才是有效的。 7.3梯形图程序的经验设计法一、可编程序控制器用于工业控制的基本模式1、将可编程序控制器接入控制系统2、为控制程序安排机内软元件3、编制控制程序二、经验法梯形图设计举例下面通过一些实际例子来说明PLC的控制程序的设计思想和设计过程。 7.3梯形图程序的经验设计法例7-1三相异步电动机单向运行电路 7.3梯形图程序的经验设计法例7-2简单三组抢答器儿童2人、青年学生1人和教授2人成3组抢答。儿童任何一人按按钮均可抢得，教授需二人同时按按钮才可抢得，在主持人打开开关同时宣布开始后10s内，有人抢答则幸运球转动。 7.3梯形图程序的经验设计法例7-3较复杂的3组抢答器控制要求：总台设有总台灯、总台音响及主持人开始及复位按钮。分台设有分台灯及分台抢答按钮。抢答在主持人给出题目，宣布开始并按下开始按钮后的10s内进行。如提前，总台灯及分台灯亮，总台音响发声，表示“违例”。10s内无抢答，总台音响发声表示应答时间到，该题作废。正常抢得时，分台灯亮，总台音响发声。抢得答题需在30s内完成，30s到时，总台音响发声，表示答题超时。一个题目终了时，按下总台复位按钮，抢答器恢复原始状态，为下一轮抢答作出准备。 7.3梯形图程序的经验设计法例7-4三彩灯循环工作控制控制要求：三彩灯相隔5s启动，各点亮10s停止，循环往复。 7.3梯形图程序的经验设计法例7-5运料台车的控制。图7-22所示台车一个工作周期的动作要求如下。（1）按下启动按钮SB（I0.0），台车电动机正转（Q1.0），台车第一次前进，碰到限位开关SQ1（I0.1）后台车电动机反转（Q1.1），台车后退。（2）台车后退碰到限位开关SQ2（I0.2）后，电动机M停转。停5s后，第二次前进，碰到限位开关SQ3（I0.3），再次后退。（3）第二次后退碰到限位开关SQ2（I0.2）时，台车停止。 作业7-4，7-6，7-7，7-10。