PLC的基本概念

PLC概念
1、PLC的基本概念
可編程控制器(Programmable Controller)是計算機(jī)家族中的一員，是為工

業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器

(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實

現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范

圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計

算機(jī)(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC
2、PLC的基本結(jié)構(gòu)
PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相

同，如圖所示：
a. 中央處理單元(CPU)
中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并

存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時

器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃

描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從

用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯

或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完

畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的

輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。
為了進(jìn)一步提高PLC的可*性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，

或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常

運行。
b、存儲器
存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。
存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。
C、電源
PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可*得電

源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視

。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接

連接到交流電網(wǎng)上去。
3、PLC的工作原理
一. 掃描技術(shù)
當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)

行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期

間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。
(一) 輸入采樣階段
在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們

存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸

出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中

的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖

信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀

入。
(二) 用戶程序執(zhí)行階段
在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖

)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制

線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算

，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀

態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行

該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)

生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)

都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的

凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷

新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起

作用。
(三) 輸出刷新階段
當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映

象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的

外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。
比較下二個程序的異同：
程序1：
程序2：
這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣，但在PLC中執(zhí)行的過程卻不一樣。
※ 程序1只用一次掃描周期，就可完成對%M4的刷新；
※ 程序2要用四次掃描周期，才能完成對%M4的刷新。
這兩個例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同

。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏

輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來

說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。
一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周

期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和

。
二. PLC的I/O響應(yīng)時間
為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采用光

電隔離等技術(shù)。
為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計

算機(jī)的運行方式(掃描技術(shù))。
以上兩個主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)

滿的多，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更

長。
所謂I/O響應(yīng)時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改

變所需的時間。其最短的I/O響應(yīng)時間與最長的I/O響應(yīng)時間如圖所示：
第(n-1)個
掃描周期
最短I/O響應(yīng)時間：
最長I/O響應(yīng)時間
SIEMENS PLC在中國的產(chǎn)品，根據(jù)規(guī)模和性能的大小，主要有 S7-200 S7-

300 和S7-400三種，下面就簡單介紹一下該三種產(chǎn)品的一些特性。
S7-200
??? 針對低性能要求的摸塊化小控制系統(tǒng)，它最多可有7個模塊的擴(kuò)展能力，

在模塊中集成背板總線，它的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接有RS-485通訊接口和PROFIBUS兩種，

可通過編程器PG訪問所有模塊，帶有電源、CPU和I/O的一體化單元設(shè)備。
其中的擴(kuò)展模塊（EM）有以下幾種：數(shù)字量輸入模塊（DI）——24VDC 和

120/230VAC；數(shù)字量輸出（DO）——24VDC 和 繼電器；模擬量輸入模塊

（AI）——電壓、電流、電阻和熱電偶；模擬量輸出模塊——電壓和電流。??

還有一個比較特殊的模塊-通訊處理器（CP）——該塊的功能是可以把S7-200

作為主站連接到AS-接口（傳感器和執(zhí)行器接口），通過AS-接口的從站可以控

制多達(dá)248個設(shè)備，這樣就可以顯著的擴(kuò)展S7-200的輸入和輸出點數(shù)。
CPU設(shè)計??
有3種手動選擇操作模式：STOP——停機(jī)模式，不執(zhí)行程序；TERM——運行程

序，可以通過編程器進(jìn)行讀/寫訪問；RUN——運行程序，通過編程器僅能進(jìn)行

讀操作。
狀態(tài)指示器（LED）：SF——系統(tǒng)錯誤或（和）CPU內(nèi)部錯誤；RUN——運行模

式，綠燈；STOP——停機(jī)模，黃燈；DP——分布式I/O（僅對CPU-215）。
存儲器卡——用來在沒電的情況下不需要電池就可以保存用戶程序。PPI口用

來連接編程設(shè)備、文本顯示器或其他CPU。
S7-300
??? 相比較S7-200，S7-300針對的是中小系統(tǒng)，他的模塊可以擴(kuò)展多達(dá)32個

模塊，背板總線也在模塊內(nèi)集成，它的網(wǎng)絡(luò)連接已比較成熟和流行，有MPI（

多點接口）、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)，使通訊和編程變的簡單和多選性，并

可以借助于HWConfig工具可以進(jìn)行組態(tài)和設(shè)置參數(shù)。
S7-300的模塊稍微多一點，除了信號模塊（SM）和200的EM模塊同類型之外，

它還有接口模塊（IM）——用來進(jìn)行多層組態(tài)，把總線從一層傳到另一層；占

位模塊（DM）——為沒有設(shè)置參數(shù)的信號模塊保留一個插槽或為以后安裝的接

口模塊保留一個插槽；功能模塊（FM）——執(zhí)行特殊功能，如計數(shù)、定位、閉

環(huán)控制相當(dāng)于對CPU功能的一個擴(kuò)展或補(bǔ)充；通訊處理器（CP）——提供點對

點連接、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)。
CPU設(shè)計
模式選擇器有：MRES=模塊復(fù)位功能；STOP=停止模式，程序不執(zhí)行；RUN=程

序執(zhí)行，編程器只讀操作；RUN-P=程序執(zhí)行，編程器可讀寫操作。
狀態(tài)指示器：SF，BATF=電池故障；DC5V=內(nèi)部5 V DC電壓指示；FRCE=表示

至少有一個輸入或輸出被強(qiáng)制；RUN=當(dāng)CPU啟動時閃爍，在運行模式下常亮；

STOP=在停止模式下常亮，有存儲器復(fù)位請求時慢速閃爍，正在執(zhí)行復(fù)位時快

速閃爍。
MPI接口用來連接到編程設(shè)備或其他設(shè)備，DP接口用來直接連接到分布式I/O

。
S7-400
同300的區(qū)別主要是規(guī)模和性能上更強(qiáng)大，啟動類型有冷啟動（CRST）和熱啟

動（WRST）之分，其他基本一樣。哦，它還有一個外部的電池電源接口，當(dāng)在

線更換電池時可以向RAM提供后備電源。
編程設(shè)備
編程設(shè)備主要有PG720 PG740 PG760——可以理解成裝有編程軟件的手提電腦

；也可以直接用安裝有STEP7（SIEMENS的編程軟件）的PC來完成。而實現(xiàn)通

訊（要編程首先要和PLC的CPU通訊上）的要求主要在于接口：1.可以在PC上

裝CP5611卡——上面有MPI口，可用電纜直接連接。2.加個PC適配器，把MPI

口轉(zhuǎn)換成RS-232口后接到PC上。3.PLC加CP343卡，使它具有以太網(wǎng)口。
一個工程的建立
項目管理
每個自動化過程都是由許多較小的部分和子過程組成，所以工程建立的第一個

任務(wù)是分解子任務(wù)。而每個子任務(wù)定義了自動化系統(tǒng)要完成的硬件和軟件要求

。其中硬件包括輸入/輸出數(shù)目和類型，對應(yīng)模塊序號和類型，所用機(jī)架號，

CPU型號和容量，HMI（人機(jī)界面）系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。軟件方面主要是程序結(jié)構(gòu)

，自動化過程中的數(shù)據(jù)管理，組態(tài)數(shù)據(jù)、通訊數(shù)據(jù)及程序和項目文檔。在

SIEMENS的S7中，上述工作都在項目管理（SIMATIC 管理器），包括必須的硬

件（+組態(tài)），網(wǎng)絡(luò)（+組態(tài)），所有程序和自動化解決方案的數(shù)據(jù)管理。??

F1在線幫助。
SIMATIC管理器管理STEP 7項目，編寫 STEP 7用戶程序的工具，有梯形圖

LAD，語句表STL，和功能塊圖FBD，編程語言。利用編程器或外部編程器可以

把用戶程序保存到EPROM卡上。
SIMATIC管理器是一個在線/離線編輯S7對象的圖形化用戶界面，這些對象包

括項目、用戶程序、快、硬件站和工具。此管理器的用戶界面中工具條和

WINDOWS差不多，就是多了幾個PLC菜單——顯示訪問節(jié)點、存儲器卡、下載

、仿真模塊。
注：：由于目前主流系統(tǒng)是S7-300，所以下面的操作基本以S7-300為主，而

實際過程由于配置的不同可能會有所不同。
STEP 7項目結(jié)構(gòu)：項目中，數(shù)據(jù)以對象形式存儲，按樹型結(jié)構(gòu)組織。
第一級：包含項目圖表，每個項目代表和項目存儲有關(guān)的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
第二級：站（如S7-300）用于存放硬件組態(tài)和模塊參數(shù)等信息，站是組態(tài)硬件

的起點。
S7程序文件夾是編寫程序的起點，所有S7系列的軟件均放在S7程序文件夾下，

它包含程序塊文件和源文件夾。
SIMATIC的網(wǎng)絡(luò)圖表（MPI、PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)）
第三級和其他級：和上級對象類型有關(guān)。
編程器可離線/在線查看項目——OFFLINE：編程器硬盤上的內(nèi)容；ONLINE：

通過網(wǎng)線從PLC讀到的內(nèi)容。
菜單選項： 在OPTIONS-CUSTOMIZE? 設(shè)置語言、助記符、常用特性（存儲位

置、系統(tǒng)信息顯示）。
創(chuàng)建一個項目：FILE? NEW? NEW PROJECT
插入 S7程序塊：INSERT? PROGRAM S7 PROGRAM
插入 S7 塊： INSERT S7 BLOCK 然后可選：1：組織塊（OB）被操作系統(tǒng)調(diào)

用，他們是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口。 2：功能FC和功能塊FB是實際的用戶

程序利用他們可以 把復(fù)雜的程序分解成小的，易于調(diào)試的單元。3：數(shù)據(jù)塊存

儲用戶的數(shù)據(jù)。選擇所需塊類型后，會打開一個屬性對話框，其中可輸入塊序

號和要使用的編程語言，及其他設(shè)置。
補(bǔ)充一下：
1、內(nèi)存總清——MRES=MEMORY RESET，經(jīng)過MRES的模塊相當(dāng)于一個新模塊，

所以請務(wù)必謹(jǐn)慎。方法是：放在MRES足夠時間，到STOP指示燈閃2下；彈回到

STOP再迅速放到MRES，此時STOP快速閃6下——內(nèi)存清空，將刪除所有用戶程

序數(shù)據(jù)，硬件測試和初始化，如果此時裝有EPROM卡，把卡內(nèi)容COPY到內(nèi)部

RAM區(qū)。
2、SIEMENS的信號模塊（SM）結(jié)構(gòu)設(shè)計，接線非常方便，更換摸板無需接線

（可拔下來）。固定方式有彈簧和螺釘連接兩種。
3、對于軟件的授權(quán)：在光盤安裝后以后，一定要用軟盤（權(quán)盤）授權(quán)，對于

重裝系統(tǒng)或軟件的，一定要先”收回“權(quán)到軟盤以后，才進(jìn)行，以便重裝以后

再次授權(quán)，否則只能聯(lián)系西門子了。
硬件組態(tài)和存儲器概念
S7-300的存儲器概念：
裝載存儲器是一個可編程模塊，它包括建立在編程設(shè)備上的裝載對象（邏輯塊

、數(shù)據(jù)塊和其他信息），它可以是存儲器卡或內(nèi)部集成的RAM。存儲器卡一般

有兩種，其中，當(dāng)采用RAM存儲器卡時，系統(tǒng)必須配備電池，當(dāng)采用Flash

EPROM存儲器卡時，則斷電不會丟失，但內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)仍需電池保持。工

作存儲器僅包含和運行時間使用的程序和數(shù)據(jù)，RAM工作存儲器集成在CPU中，

通過后備電池保持。系統(tǒng)存儲器包括過程映象輸入和輸出表（PII，PIQ），位

存儲器，定時器，計數(shù)器和局部堆踐。保持存儲器是非揮發(fā)的RAM，即使沒有

安裝后備電池也可用來保持某些數(shù)據(jù)，設(shè)置CPU參數(shù)時要指定保持的區(qū)域。
從上述概念可知，假如我們在線修改程序，被修改的塊存放在工作存儲器中，

當(dāng)把程序上載到編程器時，就從工作存儲器傳到編程器。由于斷電會導(dǎo)致RAM

數(shù)據(jù)的丟失，所以假如要安全保存被修改的程序，就必須保存在FEPROM或硬盤

上。
硬件組態(tài)和參數(shù)分
一些概念：組態(tài)就是指在硬件組態(tài)的站窗口中分配機(jī)架、塊可分布式I/O，可

從硬件目錄中選擇部件；參數(shù)分配就是建立可分配參數(shù)模塊的特性，例如啟動

特性、保持區(qū)等；設(shè)定組態(tài)就是設(shè)定好的硬件組態(tài)和參數(shù)分配；實際組態(tài)指已

存在的實際組態(tài)和參數(shù)分配，一般是在已裝配的系統(tǒng)中，從PLC的CPU中讀出來

的。
組態(tài)過程：
啟動硬件組態(tài)：新建一個項目（PROJECT），選擇該項目，并插入（INSERT）

一個站（STATION），在SIMATIC管理器中選擇硬件站（HARDWARE）雙擊OPEN

即可，我們同時可以打開硬件目錄——VIEW-CATALOG，如果選擇標(biāo)準(zhǔn)硬件目

錄庫，它會提供所有的機(jī)架、模塊和接口模塊。
產(chǎn)生硬件組態(tài)：主要選擇機(jī)架，指定模塊如何在機(jī)架擺放。具體是：
1、? 在硬件目錄中打開一個SIMATIC300站的RACK-300（例如是300），雙擊

或拖到左邊窗口。這樣在左邊的窗口中就出現(xiàn)兩個機(jī)架表：上面的部分顯示一

個簡表，下面的部分顯示帶有定貨號、MPI地址和I/O地址的詳細(xì)信息。
2、? 電源：雙擊或拖拉目錄中的“PS-300”模塊，放到表中的一號槽位上。
3、? CPU：從CPU-300的目錄中選擇你所配置的CPU，列入2號槽位。
4、? 3號槽—一般接口模塊保留（用于多層組態(tài)），在實際配置中，如果這個

位置要保留以后安裝接口模塊，在安裝時就必須插入一個占位模塊。
5、? 信號模塊：從4號槽位開始最多可以插入八塊信號模塊（SM卡），包括通

訊處理器（CP）和功能模塊（FM）。
6、CP卡（通訊處理卡）：如以太網(wǎng)卡CP-343，PROFIBUS CP-341、342等。

當(dāng)然我們也可以直接用CPU上的MPI口，省錢但速度相對慢點。
分配參數(shù)：按要求對各種模塊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。雙擊模塊打開屬性對話框

（Properties）
CPU——屬性包括通用屬性General（主要提供模塊的類型，位置和MPI地址—

如果要把幾個PLC通過MPI接口組成網(wǎng)絡(luò)，每個CPU分配不同的MPI地址）；啟

動項目START.UP（主要選擇三種啟動方式，HOT—從斷電時的語句，也就是程

序斷電處開始，WARM—從頭，也就是程序第一步開始，COLD—冷啟動；監(jiān)視

時間包括從模塊讀準(zhǔn)備的信息時間和傳遞參數(shù)到模塊的時間；可保存數(shù)量

Retentive Memory：用來指定當(dāng)出現(xiàn)斷電或從STOP到RUN切換時需要保持的

存儲器區(qū)域；循環(huán)/時鐘存儲器；保護(hù)功能（設(shè)定鑰匙權(quán)限和各種級別及口令

）；診斷/時鐘。
保存下載及上傳：經(jīng)過上述設(shè)置以后，我們就可以保存、編譯、一致性檢查后

，把設(shè)定組態(tài)下載到PLC中。當(dāng)然，對實際運行的PLC，我們也可以通過上傳（

Upload Station）把實際組態(tài)讀到編程器。
硬件診斷及組態(tài)中可能出現(xiàn)的問題：在SIMATIC管理器中可以用PLC-Diagnose

Hardware來獲得PLC的診斷狀態(tài)。在實際組態(tài)過程中最可能出現(xiàn)的問題是以下

幾點：
1、? 在S7-300中，組態(tài)中有空位置，此時組態(tài)不能編譯通過；
2、? 不正確的CPU（例如：是CPU 315-2DP，不是CPU 314）此時組態(tài)不能下

載；
3、? 模擬量模塊分配到不正確的槽位置，此時CPU會因為參數(shù)分配錯誤進(jìn)入

STOP模式；
4、模擬量模塊不正確的測量范圍，導(dǎo)致模擬量模塊組態(tài)錯誤。
塊的編輯
STEP 7編程語言：LAD 梯形圖/FBD功能塊圖/STL語句表，更加豐富，更加靈

活，但對初學(xué)者比較難以理解，當(dāng)然某些語言不能用LAD表達(dá)。
塊編輯的啟動：選擇所需編程語言，雙擊打開需編輯的塊，如OB1或FC1等。當(dāng)

采用LAD或FBD編程語言時，可用工具條來插入簡單的程序文件，當(dāng)采用STL，

則可用在線幫助得到有關(guān)語言的語法和功能——HELP-Help on STL。
編程器組成：聲明表：屬于塊，為塊聲明變量和參數(shù)；代碼區(qū)：包含程序本身

；編程元件：可選打開或關(guān)閉，內(nèi)容依賴于所選擇的編程語言，雙擊插入或拖

拉插入。
VIEW菜單：可切換到另一種語言，并可實現(xiàn)LAD/FBD/STL之間的轉(zhuǎn)換，要知道

，LAD/FBD轉(zhuǎn)換成STL的，在語句表中可能不是最有效程序。而STL轉(zhuǎn)換成其他

則不一定行，轉(zhuǎn)換不了的仍用語句表示，轉(zhuǎn)換過程絕不會丟失程序。
其他菜單由于篇幅較大，請最好結(jié)合教材及軟件自己熟悉。
在討論調(diào)用塊前先介紹一下OB1塊——主循環(huán)塊，絕對不能改名或刪除，它是

由操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用，可以訪問其他的S7程序塊，它包括自身程序和其他塊的

調(diào)用。所以，當(dāng)我們編輯好一個塊以后，如FC1，為了讓新塊集成在CPU中的循

環(huán)程序中，必須在OB1中調(diào)用。即在OB1中CALL F1。 子程序（新塊FC 1）執(zhí)

行的條件有以下三個：已經(jīng)下載到PLC中，必須在OB1調(diào)用，PLC處于運行狀態(tài)

。 下載到實際的PLC時，我們可以選擇所有塊或其中的一個或幾個，再

Download到PLC中。
程序的執(zhí)行過程：當(dāng)PLC得電或從STOP切換到RUN模式，CPU會執(zhí)行一次全啟動

（使用OB100）在全啟動期間，操作系統(tǒng)清除非保持位存儲器、定時器和計數(shù)

器，刪除中斷堆箋和塊堆箋，復(fù)位所有保存的硬件中斷，并啟動掃描循環(huán)監(jiān)視

時間。
CPU的循環(huán)操作包括三個主要部分：CPU檢查輸入信號的狀態(tài)并刷新過程影象輸

入表（PII..）；執(zhí)行用戶程序，也就是OB1中的程序及一些事件（中斷等）

；把過程輸出影象輸出表（PIQ）寫到輸出模塊。上面所提到的PII/PIQ是CPU

中特定的存儲器，用來保存輸入模塊/輸出模塊的信號，在用戶程序中檢查時

，可以保證在一個掃描周期內(nèi)為同樣的信號狀態(tài)。
程序結(jié)構(gòu)：上面曾經(jīng)提到過，一個比較簡單的程序，我們可以不用各種子程序

塊（如FC.FB），而是直接把整個程序直接寫在一個塊上（通常是OB1主塊上

），CPU逐條的處理指令，我們稱這種叫線形編程；而對稍微有點復(fù)雜的程序

，我們可以把它分成幾個塊，每塊包含處理一部分任務(wù)的程序，在每一個塊中

可以進(jìn)一步分解、成幾個段，可以為相同類型的段生成段模塊，組織塊OB1包

含按順序調(diào)用其他塊的指令，我們把這種方法叫分塊編程；另外，對可重復(fù)使

用的功能裝入單個塊中，OB1（或其他塊）調(diào)用這些塊并傳遞相關(guān)參數(shù)，這種

方法叫結(jié)構(gòu)化編程。用戶塊（程序塊）包括程序代碼和用戶數(shù)據(jù)，在結(jié)構(gòu)化程

序中，一些塊循環(huán)調(diào)用處理，一些塊需要時才調(diào)用。程序塊共有組織塊（OB）

、功能塊（FB）、功能（FC）、系統(tǒng)功能塊（SFB）和系統(tǒng)功能（FC）5種，

其中系統(tǒng)塊是在CPU操作系統(tǒng)中預(yù)先定義好的功能和功能塊，這些塊不占用用

戶程序空間。
在下節(jié)討論位指令前先討論一下SIEMENS的模塊地址：在不帶DP口的S7-300和

不組態(tài)的S7-400采用固定槽位編址，使用帶DP口的S7-300和S7-400，可以分

配模塊的起始地址。但要注意，由于CPU存儲器復(fù)位后，參數(shù)和地址會丟失，

這就意味著所有地址都回到和槽位有關(guān)的地址或是缺省地址。我們還是以S7-

300為例，在S7-300中，機(jī)架上的插槽號簡化了模塊地址，模塊的第一個地址

由機(jī)架上的模塊地址決定。一般槽1給電源，槽2是CPU，槽3為IM（接口模板

）所用，4~11為I/O卡、CP卡和FM卡。他們的固定地址就是為每個槽位保留4

個字節(jié)——就是說，槽4（第一塊I/O卡），地址為0.0~3.7（共32位），槽5

（第二塊I/O卡）地址為4.0~7.7，假設(shè)第一卡是DI，那么他們的地址就是

I0.0、I0.1、、、I3.7，若第二卡為DO卡，地址為Q4.0、Q4.1、、、、Q7.7

，請注意，當(dāng)使用16通道的DI/DO模塊時，每個槽位就會失去兩個字節(jié)（16位

）。
基本邏輯指令
與 &（FBD） A（STL） （AND指令）
或 >=1(FBD) O (STL) (OR指令)
異或 XOR（FBD） X（STL） （XOR指令）
注意：異或操作是指：當(dāng)兩個信號中僅有一個滿足時，輸出狀態(tài)才是“1”，

這個指令不能使用于多個地址的異或邏輯操作（N個中有一個1時才是1），所

以三個及三個以上的異或指令，舊的RLO（邏輯操作結(jié)果）和另一個輸入作異

或運算。
賦值語句 =
置位 S 光是置位，一直保持到它被另一個指令復(fù)位為止。
復(fù)位 R 光是復(fù)位，一直保持到它被另一個指令置位為止。
觸發(fā)器的置位復(fù)位：同時有置位輸入和復(fù)位輸入，如果兩個輸入端同時出現(xiàn)

RLO=1，根據(jù)優(yōu)先級。在LAD/FBD中，分別有置位優(yōu)先和復(fù)位優(yōu)先的不同符號

，在STL中，最后編寫的指令具有高優(yōu)先權(quán)。
注意：如果用置位命令把輸出置位，當(dāng)CPU全啟動時它被復(fù)位，但如果聲明保

持，則當(dāng)CPU全啟動時，它就一直保持置位狀態(tài)。
連接器：M0.0（#），為中間賦值元件，它把當(dāng)前RLO保存到指定地址，當(dāng)它

和其他元件串聯(lián)時，連接器指令和觸點一樣插入。
注意連接器不能：
直接連接到電源母線
直接跟一個分支；
用在分支末尾。
但連接器可以用“NOT”元件對它進(jìn)行取反操作。
影響RLO的指令：
NOT=取反；CLR=復(fù)位（僅用在STL中）；SET=置位（僅用在STL中）；SAVE=

把RLO保存到狀態(tài)寄存器中的“BR”；BR=用來重新檢查保存的RLO。
主控繼電器功能 MCR：是一個用來接通或斷開電流的邏輯主開關(guān)。如果MCR條

件不滿足:0分配給輸出線圈，置位線圈和復(fù)位線圈指令不改變當(dāng)前值，MOVE指

令把0傳到目的地址。MCRA指令啟動主控繼電器功能/MCRD指令取消MCR功能，

直到另一個MCRA指令起作用。
無條件轉(zhuǎn)移（不依賴于RLO） JMP
在LAD/FBD中，在線圈符號上面輸入作為表示的標(biāo)號或符號，如NEW1，NEW2等

，標(biāo)號最多有4個字符，第一個字符必須使用字母或“_”。
跳轉(zhuǎn)規(guī)則：可以向前或向后跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)指令和跳轉(zhuǎn)目的必須在同一個塊中（最

大跳轉(zhuǎn)長度為64K字節(jié)）；在一個塊中跳轉(zhuǎn)目的只能出現(xiàn)一次；跳轉(zhuǎn)指令可以

用在FB、FC和OB中。
條件跳轉(zhuǎn)：有兩個：JC——當(dāng)RLO=1時，JC才執(zhí)行，當(dāng)RLO=0時，不跳轉(zhuǎn)，繼

續(xù)執(zhí)行下面的程序，但置RLO=1。 JCN——當(dāng)RLO=0時，JCN才執(zhí)行，當(dāng)RLO=1

時，不跳轉(zhuǎn)。
邊沿檢測：RLO-邊沿檢測和信號-邊沿檢測。
RLO-邊沿檢測：當(dāng)邏輯操作結(jié)果變化時，產(chǎn)生RLO邊沿。檢測正邊沿FP——

RLO從“0”變化到“1”，“FP”檢查指令產(chǎn)生一個“掃描周期”的信號“1

”；檢測負(fù)邊沿FN，則RLO從“1”變化到“0”，“FN”檢查指令產(chǎn)生一個“

掃描周期”的信號“1”。上述兩個結(jié)果保存在“FP（FN）”位存儲器中或數(shù)

據(jù)位中，如M 1.0…，同時，可以輸出在其他線圈。
信號-邊沿檢測：同上面的RLO指令類似，當(dāng)信號變化時，產(chǎn)生信號邊沿，也有

正/負(fù)邊沿之分：POS/NEG。
上述各種指令，最好請結(jié)合實際軟件，掌握其方法、特性和不同之處，其他復(fù)

雜指令請參考各種高級編程手冊。
數(shù)字指令
在討論數(shù)字指令前先了解一下各種數(shù)據(jù)格式，關(guān)于二進(jìn)制、十進(jìn)制及其他數(shù)的

表示方法，在其他地方都有介紹，這里就不再重復(fù)。
一、數(shù)據(jù)格式（16位）：數(shù)據(jù)類型INT是整數(shù)（16位），其中符號（位15）表

示是正數(shù)或是負(fù)數(shù)（“0”=正數(shù)，“1”=負(fù)數(shù)），16位整數(shù)的數(shù)值范圍是-

32768~+32767。在二進(jìn)制格式中，整數(shù)的負(fù)數(shù)形式用正數(shù)的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示

。（二進(jìn)制補(bǔ)碼利用取反加1得到） 負(fù)數(shù)的位格式，對零的位置加權(quán)求和，再

加1，然后在前面放一個負(fù)號。
BCD碼：十進(jìn)制的每一位用四個二進(jìn)制數(shù)表示，因為最大為9，所以需要四位二

進(jìn)制才能表示出來（十進(jìn)制的9=1001二進(jìn)制），要注意，從0~9的十進(jìn)制數(shù)的

BCD碼表示與二進(jìn)制數(shù)表示相同，但BCD碼一般用作顯示，并非二進(jìn)制。上面的

INT（整數(shù)）主要是用來運算。
如BCD碼W#16#296，在CPU中表現(xiàn)為0000，0010，1001，0110（直接為+，2，

9，6=+296）；而整數(shù)+296則表示為0000，0001，0010，1000（即

28+25+23=296），再例如整數(shù)-413表示為1111，1110，0110，0011（因為是

負(fù)數(shù)，所以用補(bǔ)碼，取反加1，所以上面的二進(jìn)制數(shù)=-（28+27+24+23+22+1）

=“-413”，而在BCD碼該數(shù)（W#16#F413）則可以簡單的表示為1111，0100

，0001，0011。
二、數(shù)據(jù)格式（32位）：DINT類型的數(shù)據(jù)——帶符號位的32-位整數(shù)，定義為

“雙整數(shù)”或“長整數(shù)”，它的表示方法及范圍是：L#-

2147483648~L#+2147483647；還有一個是實數(shù)型REAL型（也叫浮點數(shù)），是

1.175495*10-38~3402823*1038之間，實數(shù)的通用格式為（Sign）*（1.f）

*（2e-127），其中Sign為符號位第31位（即最高位），低位的0~22位為f=底

數(shù)位，23~30為e=指數(shù)。STEP 7中的實數(shù)是按照IEEE標(biāo)準(zhǔn)表示的。
數(shù)據(jù)的裝入和傳遞：MOVE（LAD/FBD）或L和T（STL）：如果輸入EN有效，輸

入“IN”處的值拷貝到輸出“OUT”。裝載和傳遞指令的執(zhí)行與RLO無關(guān)，數(shù)

據(jù)通過累加器交換，裝載指令把右邊源地址的值寫到累加器1（不夠32位用0補(bǔ)

齊），傳遞指令拷貝累加器中一些或所有內(nèi)容到指定的目的地址。如先裝載L

+5 / L L#523312 / L B#16#EF （分別為裝載一個整數(shù)+5/一個雙整數(shù)

523312/一個十六進(jìn)制數(shù)EF）到第一累加器（ACCU1），然后再傳輸?shù)侥康牡?/font>

，如T MB5等。累加器是CPU中的輔助存儲器，它們用于不同地址之間的數(shù)據(jù)

交換、比較和數(shù)學(xué)運算操作。S7-300有兩個32位的累加器，S7-400有四個32

位的累加器。在裝載過程中，ACCU 1中的值先移入ACCU 2，在新值寫入前先

清零，然后在把要裝入的值寫入ACCU 1，傳遞時則從ACCU 1中讀出。裝載和

傳遞指令可以指定32位中的一個字節(jié)或是字及雙字，如果僅傳遞一個字節(jié)，只

使用右邊的8位。在LAD/FBD中，我們可以使用MOVE的允許輸入（EN）把裝載

和傳遞操作和RLO聯(lián)系起來，在STL中，則總是執(zhí)行裝載和傳遞操作，而和RLO

無關(guān)，但是，我們可以利用條件跳轉(zhuǎn)指令來執(zhí)行和RLO有關(guān)的裝入和傳遞功能

。

定時器：STEP 7中，CPU為定時器保留了一個特殊存儲器，這個區(qū)專門為每個

定時器地址保留一個16位字。定時器的位0~9包含用二進(jìn)制表示的時間值，12

、13位為時間基準(zhǔn)——0表示10ms，1表示100ms，2=1秒，3=10秒，時間基準(zhǔn)

定義的是一個單位代表的時間間隔。時間值可以直接用常數(shù)來表示（此時時間

基準(zhǔn)自動由系統(tǒng)自動分配），例如S5T#100ms，S5T#2h2m2s20ms。
S5定時器格式：時間的指定可以如上述所說直接輸入固定的時間常數(shù)，或由操

作人員用撥輪按扭改變或和存儲器字或數(shù)據(jù)字中的時間值有關(guān)的過程和配方。

在使用中可以用L命令（讀出）定時器BI輸出端的地址（包含10位二進(jìn)制數(shù)表

示的時間值，不帶時間基準(zhǔn)），如 L T5；也可以用LC命令讀出定時器BCD端

的地址（3位BCD數(shù)表示的時間值和12、13位的時間基準(zhǔn)）。具體介紹幾種常

用的定時器：下面只介紹功能，具體符號可以在元件表中找。
接通延時（SD）定時器：當(dāng)定時器的“S”輸入端的RLO從0變到1時，定時器

啟動。只要輸入S=1，定時器起作用，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定的TV值（預(yù)設(shè)值）時定時器

啟動（輸出Q=1），同時該定位器還有一個復(fù)位端R端，當(dāng)?shù)扔?時，就清除定

時值并且復(fù)位Q輸出。當(dāng)前時間可以在BI輸出端以二進(jìn)制數(shù)讀出，在BCD端以

BCD碼形式讀出，當(dāng)前時間值是TV的初始值減定時器啟動以來的經(jīng)過時間。
帶保持接通延時定時器（SS）：與上面SD定時器基本一致，唯一不同的就是具

有保持功能，也就是說：一旦S輸入端的RLO從0變到1，定時器便啟動，即使定

時過程中出現(xiàn)輸入S端=0，定時器仍繼續(xù)記時。但有一點，在保持過程中，如

果S輸入端再次從0變1，則定時器重新開始。
關(guān)斷延時定時器（SF）：從某些方面說，和上面提到的SD接通延時定時器狀態(tài)

正好相反。當(dāng)定時器的S輸入端的RLO從“1”變到“0”時，定時器啟動，輸出

信號Q=0，其他功能和輸出與SD一樣。個人理解，是否SD接通延時定時器，較

多的用于正邏輯，而SF更多的用于事故安全型（有時也叫反邏輯，就是在正常

的工況中，輸入輸出都為1或是帶電情況）中。
脈沖（SP）：這個比較好理解，當(dāng)“S”輸入端從0變到1時，啟動定時器，輸

出Q=1（最多一個脈沖。輸出Q復(fù)位的情況為：定時器時間到或啟動信號從1變

到0或復(fù)位輸入R信號=1。
擴(kuò)展脈沖（SE）：當(dāng)輸入端的RLO從0變到1時，定時器啟動，輸出Q置1，即使

當(dāng)中S端輸入變到0，輸出Q仍保持1。當(dāng)定時器正在運行，如果啟動信號從0變

到1，定時器被再次啟動。它的復(fù)位情況是定時器時間到或復(fù)位R端有信號1。
位指令定時器：所有的定時器也可以用簡單的位指令啟動，這種方法和前面討

論的定時器功能的相似處在于：啟動條件在S端，指定時間值，復(fù)位條件在R端

輸入，信號響應(yīng)在Q端。不同的是（對LAD/FBD）不能檢查當(dāng)前時間值（沒有BI/BCD輸出）。