PLC 技术培训班 (第4讲)IEC61131-3 标准

参加参加PLC技术培训班的技术培训班的全体学员！全体学员！北京精诚智合教学科技有限公司7/17/202211.IEC 61131-3 PLC 标准通用信息标准通用信息2.2.IEC 61131-3 PLC 标准软件模型标准软件模型3.3.IEC 61131-3 PLC 标准通信模式标准通信模式 4.IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元标准通用语言单元 5.5.IEC 61131-3 PLC 编程语言编程语言7/17/20222 众所周知，在开发可编程序控制器（众所周知，在开发可编程序控制器（PLC）的早期阶的早期阶段，由于没有一个统一的国际标准，各制造商根据自段，由于没有一个统一的国际标准，各制造商根据自己的习惯，使用自己的编程语言，这些编程语言从内己的习惯，使用自己的编程语言，这些编程语言从内容到形式都很不相同，例如，德国的公司喜欢用功能容到形式都很不相同，例如，德国的公司喜欢用功能块图和语句表语言，这与他们早期将晶体管逻辑电路块图和语句表语言，这与他们早期将晶体管逻辑电路用来完成控制功能有关系，而美国的公司则喜欢用梯用来完成控制功能有关系，而美国的公司则喜欢用梯形图语言和控制鼓（形图语言和控制鼓（Control Drum）。）。梯形图语言又梯形图语言又是从继电器控制逻辑延伸来的，至于法国公司除了用是从继电器控制逻辑延伸来的，至于法国公司除了用梯形图语言外，还用梯形图语言外，还用GRAFCET语言，这一语言又特语言，这一语言又特别适用于完成顺序控制的功能。别适用于完成顺序控制的功能。7/17/20223 这种编程语言的不统一情况，给用户带来极大的不这种编程语言的不统一情况，给用户带来极大的不方便，使用不同公司产品，编制的程序完全不通用，方便，使用不同公司产品，编制的程序完全不通用，用户被迫要去熟悉不同公司的编程语言，要额外的用户被迫要去熟悉不同公司的编程语言，要额外的购置不同的编程工具，要想在一个大型的工程项目购置不同的编程工具，要想在一个大型的工程项目中使用多家公司的产品，几乎是不可能的事。中使用多家公司的产品，几乎是不可能的事。早在上世纪早在上世纪80年代国际电工技术委员会年代国际电工技术委员会IEC的第六的第六工作组（工作组（IEC/TC65B/WG6）就开始着手制定统一就开始着手制定统一的可编程序控制器标准。并于的可编程序控制器标准。并于1993年正式颁布了这年正式颁布了这一标准，即一标准，即IEC 11313国际标准。国际标准。7/17/20224 我国根据我国根据 IEC IEC 的标准制定的中华人民共和国可的标准制定的中华人民共和国可编程序控制器（编程序控制器（Programmable Controller）的的国家标准，标准号为国家标准，标准号为GB/T15969.1GB/T15969.115969.4 15969.4，该标准于该标准于19951995年底发布，从年底发布，从19961996年年1010月月1 1 日起开日起开始实施。始实施。7/17/20225 近几年由于自动化系统的发展，需要制定涵盖更广领域，近几年由于自动化系统的发展，需要制定涵盖更广领域，不仅包括不仅包括PLC，还有还有DCS，HMI以及现场总线等的内容。以及现场总线等的内容。IEC的第七工作组（的第七工作组（IEC/SC65B/WG7）制定了新的制定了新的IEC611313标准，第七工作组包括来自不同的标准，第七工作组包括来自不同的PLC制造制造商，软件公司和用户代表，这样制定的标准可以做为一个商，软件公司和用户代表，这样制定的标准可以做为一个导则，为大多数导则，为大多数PLC制造商所接受，制造商所接受，IEC 61131标准的标准的5 5个个部分总结当代部分总结当代PLC系统的要求，这些要求涉及系统的要求，这些要求涉及PLC的硬件的硬件和编程系统。新标准包括了早已在和编程系统。新标准包括了早已在PLC编程中使用的通用编程中使用的通用概念，同时也增加了新的编程方法。概念，同时也增加了新的编程方法。7/17/20226 IEC 61131IEC 611313 3本身只做为本身只做为PLCPLC的编程指导，的编程指导，而不是强制的规则，若而不是强制的规则，若PLCPLC制造商希望符合这制造商希望符合这个标准，他们必须提供文件，说明其对标准个标准，他们必须提供文件，说明其对标准的符合程度，他们还必须通过认证，确认那的符合程度，他们还必须通过认证，确认那些部分符合标准，那些部分还不能满足标准。些部分符合标准，那些部分还不能满足标准。这个标准附有这个标准附有6262个性能表，制造商必须填写个性能表，制造商必须填写这些表格并提供注释（例如；这些表格并提供注释（例如；“完全满足完全满足”，不能不能“实现实现”，“以下部分能实现以下部分能实现”）。）。7/17/20227 该该标准标准还还提供一个测试基础提供一个测试基础，允许制造商允许制造商和和客户客户都能都能评估评估，每，每一个编程系统符合一个编程系统符合IEC标准标准的的接近程度接近程度。为了进一步证明兼容性为了进一步证明兼容性，PLCopen国际组织国际组织，进一步定义兼容性等级进一步定义兼容性等级的的测试测试，而，而这些测试这些测试是是由由独立独立的的机构进行机构进行的。的。7/17/20228 IEC 61131IEC 611313 3的软件模型描述了诸多概念，的软件模型描述了诸多概念，包 括 组 态（包 括 组 态（c o n f i g u r a t i o nc o n f i g u r a t i o n）。）。资 源资 源（resourceresource）.任务任务(task).task).程序程序(program).program).功能块（功能块（function blockfunction block）以及功能以及功能（functionfunction）和它们之间的连接。和它们之间的连接。7/17/20229 在在软件等级中的最高等级软件等级中的最高等级是组态是组态(configuration),它它定义定义了了单元结构单元结构，这一，这一单元单元有有可能可能是，是，例如例如：带：带多个多个CPU连接连接的的PLC。一个一个组态组态包括一个包括一个或或若干若干个个资源资源(resources),它它构成一构成一个个CPU 资源资源的的程序程序是由是由任务任务来来控制控制，任务任务(task)表示一个表示一个可可执行执行的的程序单元程序单元。7/17/202210Configuration(组态）组态）Resource(资源资源）Resource(资源资源）Resource(资源资源）Task(任务）任务）Task(任务）任务）Task(任务）任务）7/17/202211 任务能周期地或由于一定的事件来处理，它们具有优先权级，任务能周期地或由于一定的事件来处理，它们具有优先权级，优先权是定义在资源内部分配给优先权是定义在资源内部分配给CPUCPU的时间段。的时间段。有若干种类型的任务：有若干种类型的任务：a.a.周期任务，周期任务，b.b.时间控制任务（时间间隔任务），时间控制任务（时间间隔任务），c.c.事件控制任务事件控制任务(事件任务事件任务)，e.e.中断任务中断任务 任务说明是由任务名，它的优先权级，以及任务执行时的条任务说明是由任务名，它的优先权级，以及任务执行时的条件，条件可以是时间间隔，一个事件数字量输入的上升件，条件可以是时间间隔，一个事件数字量输入的上升沿或全局变量的伪沿或全局变量的伪(false)/false)/真真(true)true)变化或一个中断，变化或一个中断，每一个任务能分配若干个程序，这些程序将由任务来激活。每一个任务能分配若干个程序，这些程序将由任务来激活。程序是按照所指示的顺序来处理的。程序是按照所指示的顺序来处理的。7/17/202212a.带有条件的任务，在条件满足时将被执行，例如，当指示带有条件的任务，在条件满足时将被执行，例如，当指示的时间间隔已经超出，或变量的地址的时间间隔已经超出，或变量的地址“伪伪”改变成改变成“真真”。b.如果若干个任务都满足条件，则具有最高优先权级的任务如果若干个任务都满足条件，则具有最高优先权级的任务将被执行。将被执行。c.不允许将同一个优先权级分配给多个任务（优先权级不允许将同一个优先权级分配给多个任务（优先权级0任任务禁止是例外）。务禁止是例外）。d.在另一个任务正在被处理时，如果具有较高优先权级的任在另一个任务正在被处理时，如果具有较高优先权级的任务的条件被满足，则较低优先权级的任务将被中断，只有务的条件被满足，则较低优先权级的任务将被中断，只有另一任务已被完成后，再继续处理。另一任务已被完成后，再继续处理。7/17/202213 IEC 61131IEC 611313 3定义程序定义程序(program),program),功能块功能块(function block),function block),功能功能(function)function)作为程序的组作为程序的组织单元或织单元或POUsPOUs(Program Organization units(Program Organization units POUsPOUs).).POUsPOUs的性质允许用户程序广泛的模块化以及重复应的性质允许用户程序广泛的模块化以及重复应用已经实现和经过测试的软件模块。为了程序模用已经实现和经过测试的软件模块。为了程序模块能访问一个块能访问一个POUPOU，至少需要有请求接口的说明，至少需要有请求接口的说明，在进行说明之后，一个在进行说明之后，一个POUPOU对所有其他对所有其他POUPOU是存在是存在的。的。7/17/202214Function Block(功能块功能块)Function(功能功能)Task(任务任务)Program(程序程序)Program(程序程序)Program(程序程序)Function Block(功能块功能块)Function(功能功能)Function(功能功能)7/17/202215 整个程序具有实时性质，程序能在整个程序具有实时性质，程序能在CPUCPU中运行，中运行，是由分配程序的任务来解决的，一个程序能分是由分配程序的任务来解决的，一个程序能分配给若干个任务，亦即这若干个程序的背景是配给若干个任务，亦即这若干个程序的背景是在不同的实时性质下生成。程序中的一个是主在不同的实时性质下生成。程序中的一个是主程序被分配给程序被分配给PLCPLC外部设备、全局变量和访问路外部设备、全局变量和访问路径。径。7/17/202216 IEC 61131IEC 611313 3应用标准功能和功能块来标准化典应用标准功能和功能块来标准化典型型PLCPLC的功能。这一标准库是统一的，不依赖于制的功能。这一标准库是统一的，不依赖于制造商的造商的PLCPLC系统编程的重要基础。系统编程的重要基础。功能块（功能块（FBsFBs）可以比作集成电路，它包括一定的可以比作集成电路，它包括一定的控制功能，它们用来设置输入控制功能，它们用来设置输入/输出和内部变量，输出和内部变量，功能块的状态要求被保留从一个周期到另一个周功能块的状态要求被保留从一个周期到另一个周期，只有功能的输入和输出变量能被请求的程序期，只有功能的输入和输出变量能被请求的程序寻址。一个功能块能被另一个功能块调用。寻址。一个功能块能被另一个功能块调用。7/17/202217 IEC 611313提供功能块背景，一个背景是一种结构，提供功能块背景，一个背景是一种结构，在调用功能块时，它保留所有的内部输入和输出变量。在调用功能块时，它保留所有的内部输入和输出变量。一个程序它调用一个程序它调用FB1FB1三次，则具有三个三次，则具有三个FB1FB1背景，每次调背景，每次调用一个。程序则会精确地计算请求而不会有边外效应用一个。程序则会精确地计算请求而不会有边外效应（side effectsside effects）。）。请遵守，所有背景应用相同的程请遵守，所有背景应用相同的程序码，亦即，程序码的改变对所有三个请求具有相同序码，亦即，程序码的改变对所有三个请求具有相同的效应。的效应。软件工具，通过自动说明对背景提供帮助，在软件工具，通过自动说明对背景提供帮助，在FBFB调用调用时指定背景名，这一名词管理调用的数据结构。时指定背景名，这一名词管理调用的数据结构。7/17/202218 与功能块不同，功能没有内部变量的缓冲区。与功能块不同，功能没有内部变量的缓冲区。这样，功能不能使用全局变量访问功能的组这样，功能不能使用全局变量访问功能的组织单元和直接说明地址变量。所有功能具有织单元和直接说明地址变量。所有功能具有一个共同点，如果功能的输入参数是相同的，一个共同点，如果功能的输入参数是相同的，则它们将提供相同的输出参数。则它们将提供相同的输出参数。7/17/202219IEC 61131IEC 611313 3的通信方式使用：的通信方式使用：a.a.访问路径（访问路径（Access pathsAccess paths）b.b.全局变量（全局变量（Global variablesGlobal variables）c.c.参数调用参数调用(Call parameters)Call parameters)d.d.通信组织单元通信组织单元（IEC 61131IEC 611315 5）（Communication organizationCommunication organization）来说明组态单元的数据交换来说明组态单元的数据交换7/17/202220 访问路径：访问路径：定义访问路径允许组态单元相互之间和定义访问路径允许组态单元相互之间和PLCPLC系统实现通信。系统实现通信。全局变量全局变量 ：全局变量能容易地在程序之间实现通信，全局变量能容易地在程序之间实现通信，它们能在组态，资源，程序内进行说明和应用。它们能在组态，资源，程序内进行说明和应用。参数调用：参数调用：在程序内部，数据交换是通过参数调用在程序内部，数据交换是通过参数调用来实现的，参数来实现的，参数,例如：输入和输出变量。参数调用例如：输入和输出变量。参数调用定义了值转移的接口。定义了值转移的接口。通信组织单元：通信组织单元：通信组织单元提供了通信服务，这通信组织单元提供了通信服务，这些服务将在些服务将在IEC 61131IEC 61131的第的第5 5 部分进行定义部分进行定义。7/17/202221 I E C 6 1 1 3 1I E C 6 1 1 3 1 3 3 的 通 用 语 言 单 元 是 标 识的 通 用 语 言 单 元 是 标 识（IdentifiersIdentifiers），），关键词（关键词（KeywordsKeywords），），评评论（论（CommentsComments），），文字文字(Literals)Literals)，数据类数据类型和变型和变 量（量（Data types and variablesData types and variables）。）。以下对它们进行详细描述。以下对它们进行详细描述。7/17/202222 标识符用来寻址变量，功能，程序等，它们是一标识符用来寻址变量，功能，程序等，它们是一些单元且能支持程序的可读性。些单元且能支持程序的可读性。标识符是一个字母数字和下划线的序列，以一个标识符是一个字母数字和下划线的序列，以一个字母或下划线开始。字母或下划线开始。以下各项不可以做为标识符：以下各项不可以做为标识符：a.a.空格和德文中的元音变音字母空格和德文中的元音变音字母 b.b.以同一方式说明两次以同一方式说明两次 c.c.用关键字做为标识符（参看用关键字做为标识符（参看4.24.2节）节）7/17/202223 关键字关键字是是清楚清楚的的字母组合字母组合，能，能做为单个做为单个的的语法语法助记符助记符单元单元关键字不能关键字不能用用做为标识符做为标识符，IEC 611313关键字举例关键字举例：ABS,SIN,BOOL,FALSE,TRUE,FOR,NEXT,IF,THEN,VAR,GLOBAL,DATE,TIME,FUNCTION7/17/202224 评论或程序的一部分用来帮助理解程序且是重要评论或程序的一部分用来帮助理解程序且是重要的沟通方法。评论允许在任何位置以所有文本编辑的沟通方法。评论允许在任何位置以所有文本编辑的形式而且必须以特殊的字母序列（的形式而且必须以特殊的字母序列（*and*）开始和开始和结束。每一个网络段能对它的功能评论成一段文本。结束。每一个网络段能对它的功能评论成一段文本。7/17/202225 IEC 611313说明文字做为字母说明文字做为字母，数字数字和和时间时间的的序列序列。字母序列字母序列：字母序列文字具有字母序列文字具有0或或更多字母更多字母，而且而且以以反反逗号逗号开始开始和和结束结束（例如例如：Character sequence）。数字数字：有有两种不同类型两种不同类型的的数字文字数字文字：整数整数和和实数实数。整数整数能能定义带有基数定义带有基数，十进制十进制数能数能具有具有（十或）的（十或）的符号符号，实数实数能能表示表示成成指数形式指数形式。时间：时间：有两种不同的时间文字（间隔时间和天有两种不同的时间文字（间隔时间和天/日期时间）日期时间）7/17/202226数据类型数据类型数据类型：数据类型：IEC 611313定义了不同的标准数据类型，定义了不同的标准数据类型，它们帮助编译，推导以及用户定义数据类型。它们帮助编译，推导以及用户定义数据类型。每一个标识符被分配到一个数据类型，数据每一个标识符被分配到一个数据类型，数据类型决定了多大的存储容量将被保留以及什类型决定了多大的存储容量将被保留以及什么值相应于存储器的内容。么值相应于存储器的内容。7/17/202227数据类型数据类型标准数据类型标准数据类型a.a.波尔型（真值表波尔型（真值表 真真/伪）。伪）。b.b.字节，字，双字，带符号的整型数，不带符号的字节，字，双字，带符号的整型数，不带符号的整型数，整型数，1616位整形数，不带符号的位整形数，不带符号的1616位整形数，双位整形数，双整形数，不带符号的双整形数（整形数据类型）。整形数，不带符号的双整形数（整形数据类型）。c.c.实数（浮点数据类型）。实数（浮点数据类型）。d.d.串数据（字符串）。串数据（字符串）。e.e.时间时间(TIME)TIME)，日时间日时间(TIMETIMEOFOFDAY)DAY)，日期日期(DATE)DATE)f.f.日期和时间日期和时间(DATE_AND_TIME)(DATE_AND_TIME)(时间数据类型时间数据类型)。7/17/202228数据类型数据类型定义数据类型定义数据类型 a.阵列（阵列（ARRAY）(1,2,3维场维场)。b.指针（指针（POINTER）（）（包含用于实时程序的变量包含用于实时程序的变量/功功能块的寻址）。能块的寻址）。c.枚举（枚举（Enumeration）（）（枚举数，由很多字符串常枚举数，由很多字符串常数组成）。数组成）。d.结构（结构（STRUCT）e.参考参考(Reference)（用于对变量用于对变量/常数常数/功能块生成一功能块生成一个替换名）个替换名）7/17/202229变量变量IEC 611313定义定义5种种不同不同的的变量类变量类型型a.全局变量全局变量b.本地变量本地变量c.输入变量输入变量d.输出变量输出变量e.输入输入和和输出变量输出变量7/17/202230变量变量本地变量不能连接本地变量不能连接到到外部外部，亦即它们只能亦即它们只能在在程序内部程序内部的的一一部分进行寻址部分进行寻址，全局变量全局变量能被能被所有程序组织单元所有程序组织单元（POUs）寻址寻址。输入输入，输出输出和和输入输入/输出变量输出变量是与是与程序程序，功能功能和和功功能能块块有关有关的。的。它们它们能在被能在被分配分配的的POU内内通过通过读或写来读或写来改改变变，在，在POU外部改变必须进行定义外部改变必须进行定义，（，（输入输入，输出输出和和输输入入/输出输出）在原在原文件之间变量文件之间变量要要加以说明加以说明，变量变量VAR变量结束变量结束END_VAR。通常每个变量通常每个变量在冷在冷启动之后启动之后被被初始化初始化。默认默认的的初始初始值为值为0或或“伪伪”，可以通过可以通过另一另一变量符号变量符号“:=”在在说明说明中中指定用户定义指定用户定义的的初始初始值。值。7/17/202231变量属性变量属性当当说明一个变量说明一个变量时，能时，能附加以下附加以下的的属性属性 ：a.保留保留（RETAIN）:这些变量这些变量在在主要故障之后主要故障之后。仍。仍保留同一保留同一值。当再值。当再启动启动时，时，程序程序将以这一将以这一保留保留的值的值继续进行继续进行。b.常数常数(CONSTANT)：变量变量值值不能改变不能改变c.AT：变量变量在在储存储存器映像区中器映像区中具有固定位置具有固定位置（固定地址固定地址）。）。Example 举例举例：以一：以一初始初始值值说明一个输出变量说明一个输出变量。VAR-OUTPUT Par_out1:INT:10;（*输出参数输出参数1，具有初始具有初始值值10*）END-VAR7/17/202232 固定地址变量固定地址变量 在在进行说明进行说明时时,通过关键字变量通过关键字变量能被能被分配一个物理分配一个物理存储器位置存储器位置。地址地址用用特殊字母序列特殊字母序列来来指示指示，字母序列字母序列的的起始起始用用符号符号，跟随一个范围前缀跟随一个范围前缀和和一个数据前缀一个数据前缀（数据数据类型类型）表示数据长度表示数据长度。最后最后是是数字序列表示存储器数字序列表示存储器的的位置位置。范围前缀范围前缀：I（输入输入），），Q（输出输出），），M（标志标志,内内部存储器范围部存储器范围）长度前缀长度前缀：X（单个单个位）位）,B（字节字节，8位）位）,W（字，（字，16位）位）,D（双字，（双字，32位）位）7/17/202233固定地址变量固定地址变量 Example 举例举例：QX1.0.2 输出输出位位2IW1.0.1 输入输入位位1MB7 标志字节标志字节7MW1 标志标志字字1MD3 标志标志双字双字3MX1.2 在在标志标志字字1中的中的第第3标志标志位位7/17/202234IEC 61131-3 标准标准是是PLC 编程语言编程语言的的国际标准国际标准。根据根据这一这一标准标准，程序程序是由是由以下一些单元组成以下一些单元组成的：的：结构结构(Structures)组织单元组织单元(Organization units)全局变量全局变量(Global variables)7/17/202235 在在IEC 61131-3标准标准中中定义定义了了5种种PLC编程语编程语言言，它们它们是：是：指令指令表表IL(Instruction list)结构文本结构文本 ST(Structured text)顺序功能顺序功能图图SFC(Sequential function chart)功能功能块图块图FBD(Function block diagram)梯形梯形图图LD(Ladder diagram)对对解决解决某一某一问题问题，最，最适用适用于，用上于，用上术语术语言言中中的的某某一种语言一种语言。7/17/202236SFC顺序功能图编程语言举例顺序功能图编程语言举例在这一讲中我们要介绍使用在这一讲中我们要介绍使用SFC编程语言的一个应用编程语言的一个应用例子。德国西门子公司的例子。德国西门子公司的PLC编程语言中有一种叫编程语言中有一种叫S7 Graph的编程语言，实际上它就是一种标准的编程语言，实际上它就是一种标准SFC的编的编程语言。这里介绍的例子是用程语言。这里介绍的例子是用S7 Graph 对一台自动对一台自动钻床的顺序工作循环，进行编程。钻床的顺序工作循环，进行编程。对顺序控制这一类系统的编程，一般按照以下的流程对顺序控制这一类系统的编程，一般按照以下的流程进行：进行：从下图中我们看到，首先要对实施的顺序控制项目建从下图中我们看到，首先要对实施的顺序控制项目建立一个顺序结构和对系统的信号进行定义，然后在西立一个顺序结构和对系统的信号进行定义，然后在西门子的门子的PLC SIMATIC 管理器中建立一个项目，和管理器中建立一个项目，和STEP 7一样可以采用符号地址编程，也可以不用符号一样可以采用符号地址编程，也可以不用符号地址编程，如果用符号地址编程要求建立一个符号地地址编程，如果用符号地址编程要求建立一个符号地址表。址表。7/17/202237SFC顺序功能图编程语言举例顺序功能图编程语言举例对于顺序控制系统最适合的编程语言是用对于顺序控制系统最适合的编程语言是用SFC语言，语言，在本例中我们采用西门子公司的在本例中我们采用西门子公司的S7 Graph语言（类似语言（类似SFC语言），用这种语言按照工艺要求编程一个功能语言），用这种语言按照工艺要求编程一个功能块块FB1，S7 Graph会自动生成会自动生成FB1的背景数据块的背景数据块DB1。在在STEP 7程序的程序的OB1组织块中调用组织块中调用FB1和和DB1完成程完成程序的组织。将程序下载到序的组织。将程序下载到PLC中，用中，用STEP 7的调试手的调试手段调试和运行程序。段调试和运行程序。7/17/202238顺序控制系统编顺序控制系统编程和调试的工作程和调试的工作流程流程 7/17/202239自动钻床的系统配置自动钻床的系统配置7/17/202240自动钻床的系统配置自动钻床的系统配置上图是我们的例子中的自动钻床的系统配上图是我们的例子中的自动钻床的系统配置图，它包含有以下一些元件：置图，它包含有以下一些元件：钻床的钻头电动机，电动机给出运行钻床的钻头电动机，电动机给出运行/停停止的反馈信号止的反馈信号 启动按钮和冷却液的选择开关启动按钮和冷却液的选择开关 冷却液泵，当冷却液达到一定压力时给冷却液泵，当冷却液达到一定压力时给出反馈信号出反馈信号 夹紧工件用的夹紧汽缸，当夹紧工件达夹紧工件用的夹紧汽缸，当夹紧工件达到一定压力时给出反馈信号到一定压力时给出反馈信号 钻床工作台升钻床工作台升/降的升降汽缸，当钻床工降的升降汽缸，当钻床工作台到达高位或低位时由接近开关发出信作台到达高位或低位时由接近开关发出信号。号。7/17/202241自动钻床的系统配置自动钻床的系统配置自动钻床的初始状态定义如下：自动钻床的初始状态定义如下：钻床电动机和冷却液泵处于停止状态钻床电动机和冷却液泵处于停止状态 钻床的工作台处在高位钻床的工作台处在高位 工件台上没有工件，夹紧汽缸处于松开工件台上没有工件，夹紧汽缸处于松开状态状态7/17/202242自动钻床的工作时序图自动钻床的工作时序图 7/17/202243自动钻床的工作时序图自动钻床的工作时序图自动钻床的时序可以划分为以下一些阶段：自动钻床的时序可以划分为以下一些阶段：装入工件（手动）装入工件（手动）根据需要（取决于被加工的材料）选择是否要根据需要（取决于被加工的材料）选择是否要加冷却液加冷却液 按启动按钮，启动自动钻床工作（钻头电动机按启动按钮，启动自动钻床工作（钻头电动机供电）供电）夹紧工件达到所需要的夹紧压力夹紧工件达到所需要的夹紧压力 启动冷却液泵（如果，选择了要使用冷却液）启动冷却液泵（如果，选择了要使用冷却液）7/17/202244自动钻床的工作时序图自动钻床的工作时序图 工作台向下直到底部目标位置（钻削过程）工作台向下直到底部目标位置（钻削过程）在底部目标位置等待在底部目标位置等待0.5秒（钻削过程）秒（钻削过程）提升工作台到高位提升工作台到高位 松开夹紧汽缸，停止钻头电动机和冷却液泵松开夹紧汽缸，停止钻头电动机和冷却液泵 卸下工件（手动）。卸下工件（手动）。在完成顺序控制系统的编程之前，首先要建立起在完成顺序控制系统的编程之前，首先要建立起一个慨念，就是将自动钻床的工作分为若干个单一个慨念，就是将自动钻床的工作分为若干个单步，慨念设计的基础是绘制出工艺流程图。步，慨念设计的基础是绘制出工艺流程图。7/17/202245自动钻床的工自动钻床的工艺流程图艺流程图 7/17/202246自动钻床的工艺流程图自动钻床的工艺流程图 上图是自动钻床的工艺流程图，图中将自动钻床的工作上图是自动钻床的工艺流程图，图中将自动钻床的工作分划为若干个单步和若干个控制条件，这些条件是用来分划为若干个单步和若干个控制条件，这些条件是用来控制由一个单步转移到下一个单步的具体逻辑条件或逻控制由一个单步转移到下一个单步的具体逻辑条件或逻辑表达式。从图辑表达式。从图4.18上我们可以看到：上我们可以看到：整个自动钻床的工艺过程分成整个自动钻床的工艺过程分成S1到到S7，7个单步，并个单步，并且表示了步的序列，跟随且表示了步的序列，跟随S1步的是步的是S2 步，跟随步，跟随S3步的步的是是S4步或者是步或者是S7步步 对每一个步必须规定一个或若干个作用（例如，对对每一个步必须规定一个或若干个作用（例如，对S1步的作用是钻床处于准备状态，即：步的作用是钻床处于准备状态，即：钻床电动机和冷却钻床电动机和冷却液泵处于停止状态，液泵处于停止状态，钻床的工作台处在高位，钻床的工作台处在高位，工件台工件台上没有工件，夹紧汽缸处于松开状态。对上没有工件，夹紧汽缸处于松开状态。对S3步的作用是步的作用是启动钻床钻头电动机等）启动钻床钻头电动机等）7/17/202247自动钻床的工艺流程图自动钻床的工艺流程图 然后，每一个步确定其必须满足的转移条件，使得过程然后，每一个步确定其必须满足的转移条件，使得过程能够从一个步转移到下一个步。能够从一个步转移到下一个步。图上的转移条件用图上的转移条件用T T表示（例如，表示（例如，T1T1的条件是按压启动过的条件是按压启动过程的启动按钮，程的启动按钮，T5T5的转移条件是工作台到达高位）。的转移条件是工作台到达高位）。有了上面这些准备工作后，我们就可以用有了上面这些准备工作后，我们就可以用S7 Graph S7 Graph 语言语言来编程我们的例子了。来编程我们的例子了。S7 GraphS7 Graph是是STEP 7STEP 7软件的一个选择项，首先要安装软件的一个选择项，首先要安装STEP STEP 7 7软件，然后再安装软件，然后再安装S7 GraphS7 Graph软件选件，安装完成后，软件选件，安装完成后，S7 S7 GraphGraph是在是在SIMATIC SIMATIC 管理器下运行的。因此，下面的步骤管理器下运行的。因此，下面的步骤就和我们在第三章中已经介绍的内容类似。就和我们在第三章中已经介绍的内容类似。首先在首先在SIMATIC SIMATIC 管理器下建立一个新的项目，取名管理器下建立一个新的项目，取名“S7GRAPH_DrillS7GRAPH_Drill”，然后，插入一个然后，插入一个S7 300S7 300站和进行硬站和进行硬件组态，图件组态，图4.194.19和图和图4.204.20分别表示项目的结构和硬件组态分别表示项目的结构和硬件组态的情况。的情况。7/17/202248在在SIMATIC管理器下的管理器下的S7 GRAPH_Drill的项目结构图的项目结构图 在具体进行编程之前，首先我们要建立一个符号地址表。在具体进行编程之前，首先我们要建立一个符号地址表。表表4.17是这一项目的是这一项目的 I/O 定义和相应的的符号地址命名。定义和相应的的符号地址命名。7/17/202249在在SIMATICSIMATIC管理器下的管理器下的S7GRAPH_DrillS7GRAPH_Drill的硬件组态图的硬件组态图 7/17/202250自动钻床项目的自动钻床项目的 I/O I/O 定义和符号地址表定义和符号地址表 7/17/202251自动钻床项目的自动钻床项目的 I/O I/O 定义和符号地址表定义和符号地址表 7/17/202252自动钻床项目的自动钻床项目的 I/O I/O 定义和符号地址表定义和符号地址表 图图4.21是表示在是表示在SIMATIC管理器中编辑的符号地址管理器中编辑的符号地址表。有了符号地址表，我们再介绍使用表。有了符号地址表，我们再介绍使用S7 Graph编编程语言，在程语言，在SIMATIC管理器中编辑顺序控制器的管理器中编辑顺序控制器的功能块功能块FB1(一般默认为一般默认为FB1,也可以选择其它功能块也可以选择其它功能块号号)和背景数据块和背景数据块DB1。在在SIMATIC项目管理器的左边，树形结构中选择项目管理器的左边，树形结构中选择“Blocks”选择菜单命令选择菜单命令 Insert S7 Block Function Block 在在“属性属性”（“Properties”）对话框中选择对话框中选择“S7-Graph”作为编程语言（只有在作为编程语言（只有在STEP 7软件软件中安装了中安装了S7-Graph选件，才能选择到这种编程语选件，才能选择到这种编程语言）。言）。7/17/202253自动钻床项目的自动钻床项目的 I/O I/O 定义和符号地址表定义和符号地址表 完成上述步骤后，我们在完成上述步骤后，我们在“Blocks”文件夹中建立文件夹中建立起起FB1功能块（不过，这时的功能块（不过，这时的FB1是空的）。是空的）。用鼠标左键双击用鼠标左键双击FB1，打开打开FB1，首先见到的是用首先见到的是用双框表示的初始步双框表示的初始步S1和转移和转移T1，选择转移选择转移T1，并并在屏幕左边的在屏幕左边的“顺序控制器菜单条顺序控制器菜单条”中选择图标，中选择图标，这时会自动插入步这时会自动插入步S2和转移和转移T2，用同样的方法完成用同样的方法完成图图4.18所表示的所表示的S1到到S6的步结构以及的步结构以及T1到到T6的转移的转移图标图标 用鼠标选择用鼠标选择S3步，并在屏幕左边的步，并在屏幕左边的“顺序控制器顺序控制器菜单条菜单条”中选择图标，打开一个分支路径，用来实中选择图标，打开一个分支路径，用来实现选择冷却液使的分支程序，在分支路径上出现转现选择冷却液使的分支程序，在分支路径上出现转移移T77/17/202254自动钻床项目的自动钻床项目的 I/O I/O 定义和符号地址表定义和符号地址表 选择转移选择转移T7，并在屏幕左边的并在屏幕左边的“顺序控制器菜单顺序控制器菜单条条”中选择图标，自动插入步中选择图标，自动插入步S7和转移和转移T8 选择转移选择转移T8，并在屏幕左边的并在屏幕左边的“顺序控制器菜单顺序控制器菜单条条”中选择图标，将分支路径封闭到步中选择图标，将分支路径封闭到步S4 选择转移选择转移T6，并在屏幕左边的并在屏幕左边的“顺序控制器菜单顺序控制器菜单条条”中选择图标，这是插入一个跳转命令，将转移中选择图标，这是插入一个跳转命令，将转移T6跳转至跳转至S1步。步。通过以上步骤，完成了通过以上步骤，完成了FB1的结构编程，结构编程的结构编程，结构编程是依照图是依照图4.18的自动钻床的工艺流程的要求来完成的自动钻床的工艺流程的要求来完成的。的。7/17/202255自动钻床项目的自动钻床项目的 I/O I/O 定义和符号地址表定义和符号地址表 至此，我们尚未完成整个至此，我们尚未完成整个FB1的编程，我们还要对的编程，我们还要对各个步进行各个步进行“步作用步作用”的编程和各个转移的的编程和各个转移的“转移转移条件条件”编程。编程。选择菜单命令选择菜单命令 Insert Action，结果在所选择步结果在所选择步的右边，会出现图标，这是一个空的作用行，用鼠的右边，会出现图标，这是一个空的作用行，用鼠标点击这一作用框，作用框的左边部分，用来输入标点击这一作用框，作用框的左边部分，用来输入作用指令，右边部分是作用指令的地址场作用指令，右边部分是作用指令的地址场 在在S7-Graph编程语言中有编程语言中有4个作用指令，一般作个作用指令，一般作用指令的地址场，都是直接指向用指令的地址场，都是直接指向PLC的输出场地址，的输出场地址，这这4个作用指令是：个作用指令是：7/17/202256自动钻床项目的自动钻床项目的 I/O I/O 定义和符号地址表定义和符号地址表 S指令，指令，S指令是对输出场地址进行置位（输出为指令是对输出场地址进行置位（输出为“1”信号），而且这一指令不仅对信号），而且这一指令不仅对“激活激活”的步的步有效，而且当步转移到下一个有效，而且当步转移到下一个“激活激活”步时仍然有步时仍然有效，一直到在步作用中出现效，一直到在步作用中出现R指令，才将指令的输指令，才将指令的输出场置成出场置成“0”R指令，指令，R指令是用来复位输出场的指令是用来复位输出场的 N指令，指令，N指令也是对输出场地址进行置位的，指令也是对输出场地址进行置位的，但是和但是和S指令不同，指令不同，N指令只在指令只在“激活激活”的步期间的步期间是有效的，当转移到下一个步时，是有效的，当转移到下一个步时，N指令自动将输指令自动将输出场地址复位出场地址复位 D指令，指令，D指令是延时指令，除了输出场地址外，指令是延时指令，除了输出场地址外，还有延时时间域，还有延时时间域，D指令的作用是指从指令的作用是指从 7/17/202257自动钻床项目的自动钻床项目的 I/O I/O 定义和符号地址表定义和符号地址表 “步激活步激活”开始，经过在延时时间域中定义的时开始，经过在延时时间域中定义的时间之后，才对输出场地址置位，而且在步转移之后，间之后，才对输出场地址置位，而且在步转移之后，输出场地址自动复位（类似输出场地址自动复位（类似N指令，但是在执行之指令，但是在执行之前有一段时间延时）前有一段时间延时）应用上述应用上述4种作用指令，根据自动钻床的工艺要求，种作用指令，根据自动钻床的工艺要求，对对FB1的的S1至至S7的各个步，分别进行作用编程，其的各个步，分别进行作用编程，其结果见图结果见图4.23，自动钻床应用，自动钻床应用S7-Graph(SFC)语言语言编程编程FB1功能块的程序图。功能块的程序图。除了要对除了要对FB1功能块的各个步作用进行编程外，现功能块的各个步作用进行编程外，现在还需要对步的转移条件进行编程，这一编程可以在还需要对步的转移条件进行编程，这一编程可以选择用梯形图（选择用梯形图（LD）语言来进行。语言来进行。7/17/202258自动钻床项目的自动钻床项目的 I/O I/O 定义和符号地址表定义和符号地址表 对转移条件进行编程时可以应用以下梯形图指令：对转移条件进行编程时可以应用以下梯形图指令：插入常开触点，其地址场可以在符号地址表中选择插入常开触点，其地址场可以在符号地址表中选择插入常闭触点，其地址场可以在符号地址表中选择插入常闭触点，其地址场可以在符号地址表中选择 插入比较器，比较器可以选择大于、小于、等于、大插入比较器，比较器可以选择大于、小于、等于、大于等于、小于等于，比较器有两个输入端，输入可以于等于、小于等于，比较器有两个输入端，输入可以是被激活步的延续时间或者是应该定义的时间值。在是被激活步的延续时间或者是应该定义的时间值。在本例子中的本例子中的T6转移条件，我们让转移条件，我们让S6步的延续时间和步的延续时间和500ms进行比较，即使前面的转移条件都满足了，在进行比较，即使前面的转移条件都满足了，在这一步上也必须等待这一步上也必须等待500ms后才允许转移。后才允许转移。7/17/202259在在SIMATICSIMATIC管理器中使用管理器中使用S7-GraphS7-Graph编程语言编程语言对对FB1FB1功能块进行编程功能块进行编程 7/17/202260自动钻床自动钻床应用应用S7-S7-Graph Graph(SFC)(SFC)语言语言编程编程FB1FB1功功能块的程能块的程序图序图 7/17/202261OB1OB1的编程的编程过程过程 7/17/202262最后我们来介绍一下顺序控制器的调试问题。最后我们来介绍一下顺序控制器的调试问题。首先，我们要把离线编程的组态配置、程序方块（包括首先，我们要把离线编程的组态配置、程序方块（包括OB1OB1、FB1FB1和和DB1DB1等）和系统数据下载到等）和系统数据下载到PLCPLC中。如果，没有错误，中。如果，没有错误，则在则在PLCPLC从从“StopStop”状态转换为状态转换为“RunRun”状态时，状态时，PLCPLC不会出不会出现报警，绿色的现报警，绿色的“RunRun”变成常亮。如果，在下载过程中出变成常亮。如果，在下载过程中出现错误，红色指示灯闪亮，这时应该根据现错误，红色指示灯闪亮，这时应该根据CPUCPU的诊断缓冲区的诊断缓冲区中的提示，检查造成故障的原因，并将其排除。中的提示，检查造成故障的原因，并将其排除。从图从图4.244.24可以看到，在调用可以看到，在调用FB1FB1和和DB1DB1时，有许多参数需要输时，有许多参数需要输入，这和入，这和FB1FB1的工作方式有关，调用的工作方式有关，调用FB1FB1有最小工作方式、标有最小工作方式、标准工作方式和最大工作方式三种：准工作方式和最大工作方式三种：在在SIMATICSIMATIC管理器中使用管理器中使用S7-GraphS7-Graph编程语言编程语言对对FB1FB1功能块进行编程功能块进行编程 7/17/202263 最小工作方式，最小工作方式，FB1FB1只有三个参数，见上图。最小工作方只有三个参数，见上图。最小工作方式能启动顺序控制器自动运行。没有附加的控制和监控功能。式能启动顺序控制器自动运行。没有附加的控制和监控功能。参数参数“INIT_SQ”是用来对顺序控制器初始化，加电后，顺是用来对顺序控制器初始化，加电后，顺序控制器处在初始步（序控制器处在初始步（S1）位置。位置。按最小工作方式调用按最小工作方式调用FB1FB1时的参数时的参数 7/17/202264按标准工作方式调用按标准工作方式调用FB1FB1时的参数时的参数 7/17/202265按标准工作方式调用按标准工作方式调用FB1FB1时的参数时的参数 标准工作方式，在这种工作方式下，标准工作方式，在这种工作方式下，FB1具有一组具有一组标准参数见下图。标准参数见下图。标准工作方式对顺序控制器的调试是非常有用的。标准工作方式对顺序控制器的调试是非常有用的。因为，在实际的应用中，实际的项目可能比我们所举因为，在实际的应用中，实际的项目可能比我们所举的例子要复杂得多，因此，很难保证程序编制完成后，的例子要复杂得多，因此，很难保证程序编制完成后，一点错误也没有，有一些错误是语法上的错误，在编一点错误也没有，有一些错误是语法上的错误，在编程过程中根据提示（一般出现语法错误时会有红色的程过程中根据提示（一般出现语法错误时会有红色的报警提示），通过报警提示），通过Help的帮助提示，来纠正出现的语的帮助提示，来纠正出现的语法错误。即使，语法上已经通过，没有错误了，在实法错误。即使，语法上已经通过，没有错误了，在实际执行时还会有考虑不周，造成动作的错误或者互锁际执行时还会有考虑不周，造成动作的错误或者互锁的条件有问题，或者时间关系没有配合好等等，这些的条件有问题，或者时间关系没有配合好等等，这些就要结合现场的情况，对顺序控制器进行调试，修改就要结合现场的情况，对顺序控制器进行调试，修改程序，消除出现的各种问题，最后使顺序控制器满足程序，消除出现的各种问题，最后使顺序控制器满足现场工艺的要求。现场工艺的要求。7/17/202266按标准工作方式调用按标准工作方式调用FB1FB1时的参数时的参数 在标准工作方式下，可以进一步选择在标准工作方式下，可以进一步选择4种调试方式：种调试方式：自动方式，这一工作方式是和最小工作方式的情况自动方式，这一工作方式是和最小工作方式的情况一样，当一样，当“激活激活”步随后的转移条件满足时，下一个步随后的转移条件满足时，下一个步就被步就被“激活激活”。手动方式，和自动方式不一样，当转移条件满足时手动方式，和自动方式不一样，当转移条件满足时不会自动转到下一步。选择那一个步是由手动实现的。不会自动转到下一步。选择那一个步是由手动实现的。步进方式，步进方式有一点类似于自动方式，但是步进方式，步进方式有一点类似于自动方式，但是需要有一个附加的需要有一个附加的“步使能步使能”条件，不仅步的转移条条件，不仅步的转移条件需要满足，而且在件需要满足，而且在FBI参数的参数的T_PUSH输入端，附输入端，附加一个上升沿信号（加一个上升沿信号（“步使能步使能”条件），控制过程才条件），控制过程才能转移到下一个步。能转移到下一个步。7/17/202267按标准工作方式调用按标准工作方式调用FB1FB1时的参数时的参数 自动或单步方式，选择这种方式时，只要自动或单步方式，选择这种方式时，只要“步转移条步转移条件件”或或“步使能条件步使能条件”（在在FBI参数的参数的T_PUSH输入端，输入端，附加一个上升沿信号）两个条件中有一个条件满足，控附加一个上升沿信号）两个条件中有一个条件满足，控制过程就会转移到下一步。制过程就会转移到下一步。在标准工作方式下的在标准工作方式下的4种方式的选择，是通过种方式的选择，是通过FB1的以下的以下参数实现的：参数实现的：SW_AUTO（选择自动方式）选择自动方式）SW_MAN （选择手动方式）选择手动方式）SW_TAP （选择步进方式）选择步进方式）SW_TOP （选择自动或单步方式）选择自动或单步方式）在上述参数的输入端，施加一个上升沿信号，就能选中在上述参数的输入端，施加一个上升沿信号，就能选中相应的工作方式。相应的工作方式。7/17/202268按最大工作方式调用按最大工作方式调用FB1FB1时的参数时的参数 最大工作方式，在这种最大工作方式，在这种工作方式下，工作方式下，FB1具有全具有全部参数见右图。部参数见右图。7/17/202269按最大工作方式调用按最大工作方式调用FB1FB1时的参数时的参数在最大工作方式下，除了可以选择标准工作方式时的自动、在最大工作方式下，除了可以选择标准工作方式时的自动、手动、步进和自动或单步的调试方式外，还有附加的控制手动、步进和自动或单步的调试方式外，还有附加的控制和监控功能，这里不详细介绍了。和监控功能，这里不详细介绍了。在调试过程中西门子公司还提供一种在调试过程中西门子公司还提供一种“S7-PLCSIM仿真软仿真软件件”的工具，在的工具，在STEP 7软件中安装这一仿真软件后，不必软件中安装这一仿真软件后，不必将程序下载到将程序下载到PLC的实际硬件中，而只要下载到仿真软件的实际硬件中，而只要下载到仿真软件中，就可以对顺序控制器进行调试了，这是一个非常有用中，就可以对顺序控制器进行调试了，这是一个非常有用的工具。的工具。7/17/202270按最大工作方式调用按最大工作方式调用FB1FB1时的参数时的参数7/17/202271按最大工作方式调用按最大工作方式调用FB1FB1时的参数时的参数图图4.28是使用是使用“S7-PLCSIM仿真软件仿真软件”对顺对顺序控制器进行调试的画面，图的底部是仿真序控制器进行调试的画面，图的底部是仿真器部分，它有器部分，它有CPU、强制输入的输入场（图强制输入的输入场（图上是上是IB0：即即I0.0-I0.7），），输出场（图上是输出场（图上是QB0：即即Q0.0-Q0.7）和位存储器场（图上是和位存储器场（图上是MB0：即即M0.0-M0.7）。）。从图上可以看到从图上可以看到CPU处在处在RUN-P状态，绿色指示灯状态，绿色指示灯RUN常亮，常亮，说明仿真器的说明仿真器的CPU工作正常，点击工具条上工作正常，点击工具条上的图标，仿真器进入监控状态，这时仿真器的图标，仿真器进入监控状态，这时仿真器上方的绿色