PLC可編程控制實驗裝置的定義
　　PLC可編程控制實驗裝置問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標準化，美國電氣制造商協(xié)會NEMA經(jīng)過四年的調查工作，于1984年首先將其正式命名為PC，并給PC作了如下定義：
　　“PC是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機若 是從事執(zhí)行PC之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器�！�
　　以后國際電工委員會(IEC)又先后頒布了PLC標準的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通過了對它的定義：
　　n  PLC可編程控制實驗裝置是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程�？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。”
　　總之，PLC可編程控制實驗裝置是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。
　　PLC可編程控制實驗裝置的主要特點
　　1、高可靠性
　　2、豐富的I/O接口模塊
　　3、采用模塊化結構
　　4、編程簡單易學
　　5、安裝簡單，維修方便
　　6、數(shù)據(jù)控制：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。
　　7、通信和聯(lián)網(wǎng)
　　8、PLC可編程控制實驗裝置還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求的功能
　　1、邏輯控制 2、定時控制 3、計數(shù)控制 4、步進(順序)控制  5、PID控制 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，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 Memy：用來指定當出現(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；保護功能（設定鑰匙權限和各種級別及口令）；診斷/時鐘。
　　保存下載及上傳：經(jīng)過上述設置以后，我們就可以保存、編譯、一致性檢查后，把設定組態(tài)下載到PLC中。當然，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)分配錯誤進入STOP模式；
　　4、模擬量模塊不正確的測量范圍，導致模擬量模塊組態(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，但對初學者比較難以理解，當然某些語言不能用LAD表達。
　　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，當采用STL，則可用在線幫助得到有關語言的語法和功能——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：可選打開或關閉，內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之間的轉換，要知道，LAD/FBD轉換成STL的，在語句表中可能不是最有效程序。而STL轉換成其他則不一定行，轉換不了的仍用語句表示，轉換過程絕不會丟失程序。其他菜單由于篇幅較大，請最好結合教材及軟件自己熟悉。
　　在討論調用塊前先介紹一下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用。所以，當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，復位所有保存的硬件中斷，并啟動PLC可編程控制實驗裝置掃描循環(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為同樣的信號狀態(tài)。
　　程序結構：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的程序，在每一個塊中可以進一步分解、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，對可重復使用的功能裝入單個塊中，OB1（或其他塊）調用這些塊并傳遞相關參數(shù)，這種方法叫結構化編程。 b 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PLC可編程控制實驗裝置指令前先討論一下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的地址或是缺省地址。我們還是以S7-300為例，在S7-300中，機架上的插槽號簡化了模塊地址，模塊的第一個地址由機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位為止。 復位 R 光是復位，一直保持到它被另一個指令置位為止。 觸發(fā)器的置位復位：同時有置位輸入和復位輸入，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。
　　注意：如果用置位命令把輸出置位，當CPU全啟動時它被復位，但如果聲明保持，則當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，它把當前RLO保存到指定地址，當它和其他元件串聯(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”元件對它進行取反操作。
　　影響RLO的指令： NOT=取反；CLR=復位（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。如果MCR條件不滿足:0分配給輸出線圈，置位線圈和復位線圈指令不改變當前值，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號或符號，如NEW1，NEW2等，標號最多有4個字符，第一個字符必須使用字母或“_”。 跳轉規(guī)則：可以向前或向后跳轉，跳轉指令和跳轉目的必須在同一個塊中（最大跳轉長度為64K字節(jié)）；在一個塊中跳轉目的只能出現(xiàn)一次；跳轉指令可以用在FB、FC和OB中。
　　條件跳轉：有兩個：JC——當RLO=1時，JC才執(zhí)行，當RLO=0時，不跳轉，繼續(xù)執(zhí)行下面的程序，但置RLO=1。 JCN——當RLO=0時，JCN才執(zhí)行，當RLO=1時，不跳轉。
　　邊沿檢測：RLO-邊沿檢測和信號-邊沿檢測。
　　RLO-邊沿檢測：當邏輯操作結果變化時，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，當信號變化時，產(chǎn)生信號邊沿，也有正/負邊沿之分：POS/NEG。 上述各種指令，最好請結合實際軟件，掌握其方法、特性和不同之處，其他復雜指令請參考各種PLC可編程控制實驗裝置編程手冊。
　　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，關于二進制、十進制及其他數(shù)的表示方法，在其他地方都有介紹，這里就不再重復。
　　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)或是負數(shù)（“0”=正數(shù)，“1”=負數(shù)），16位整數(shù)的數(shù)值范圍是-32768~+32767。在二進制格式中，整數(shù)的負數(shù)形式用正數(shù)的二進制補碼表示。（二進制補碼利用取反加1得到） 負數(shù)的位格式，對零的位置加權求和，再加1，然后在前面放一個負號。 BCD碼：十進制的每一位用四個二進制數(shù)表示，因為最大為9，所以需要四位二進制才能表示出來（十進制的9=1001二進制），要注意，從0~9的十進制數(shù)的BCD碼表示與二進制數(shù)表示相同，但BCD碼一般用作顯示，并非二進制。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（因為是負數(shù)，所以用補碼，取反加1，所以上面的二進制數(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標準表示的。
　　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，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補齊），傳遞指令拷貝累加器中一些或所有內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)523312/一個十六進制數(shù)EF）到第一累加器（ACCU1），然后再傳輸?shù)侥康牡兀�如T MB5等。累加器是CPU中的輔助存儲器，PLC可編程控制實驗裝置用于不同地址之間的數(shù)據(jù)交換、比較和數(shù)學運算操作。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，但是，我們可以利用條件跳轉指令來執(zhí)行和RLO有關的裝入PLC可編程控制實驗裝置和傳遞功能。 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包含用二進制表示的時間值，12、13位為時間基準——0表示10ms，1表示100ms，2=1秒，3=10秒，時間基準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（此時時間基準自動由系統(tǒng)自動分配），例如PLC可編程控制實驗裝置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位二進制數(shù)表示的時間值，不帶時間基準），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）。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?shù)竭_指定的TV值（預設值）時定時器啟動（輸出Q=1），同時該定位器還有一個復位端R端，當?shù)扔?時，就清除定時值并且復位Q輸出。當前時間可以在BI輸出端以二進制數(shù)讀出，在BCD端以BCD碼形式讀出，當前時間值是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“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復位的情況為：定時器時間到或啟動信號從1變到0或復位輸入R信號=1。 擴展脈沖（SE）：當輸入端的RLO從0變到1時，定時器啟動，輸出Q置1，即使當中S端輸入變到0，輸出Q仍保持1。當定時器正在運行，如果啟動信號從0變到1，定時器被再次啟動。它的復位情況是定時器時間到或復位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，復位條件在R端輸入，信號響應在Q端。不同的是（對LAD/FBD）不能檢查PLC可編程控制實驗裝置當前時間值（沒有BI/BCD輸出）。