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1、2023/6/2,1,热 烈 欢 迎,参加PLC技术培训班的全体学员！,北京精诚智合教学科技有限公司,2023/6/2,2,PLC培训班（第4讲）IEC 61131-3 编程语言标准介绍,1.IEC 61131-3 PLC 标准通用信息2.IEC 61131-3 PLC 标准软件模型3.IEC 61131-3 PLC 标准通信模式 4.IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元 5.IEC 61131-3 PLC 编程语言,2023/6/2,3,IEC 61131-3 PLC 标准通用信息,众所周知，在开发可编程序控制器（PLC）的早期阶段，由于没有一个统一的国际标准，各制造商根据自己的
2、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形图语言和控制鼓（Control Drum）。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梯形图语言外，还用GRAFCET语言，这一语言又特别适用于完成顺序控制的功能。,2023/6/2,4,IEC 61131-3 PLC 标准通用信息,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，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
3、的工程项目中使用多家公司的产品，几乎是不可能的事。早在上世纪80年代国际电工技术委员会IEC的第六工作组（IEC/TC65B/WG6）就开始着手制定统一的可编程序控制器标准。并于1993年正式颁布了这一标准，即IEC 11313国际标准。,2023/6/2,5,IEC 61131-3 PLC 标准通用信息,我国根据 IEC 的标准制定的中华人民共和国可编程序控制器（Programmable Controller）的国家标准，标准号为GB/T15969.115969.4，该标准于1995年底发布，从1996年10月1 日起开始实施。,2023/6/2,6,IEC 61131-3 PLC 标准通用
4、信息,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PLC，还有DCS，HMI以及现场总线等的内容。IEC的第七工作组（IEC/SC65B/WG7）制定了新的IEC611313标准，第七工作组包括来自不同的PLC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导则，为大多数PLC制造商所接受，IEC 61131标准的5个部分总结当代PLC系统的要求，这些要求涉及PLC的硬件和编程系统。新标准包括了早已在PLC编程中使用的通用概念，同时也增加了新的编程方法。,2023/6/2,7,IEC 61131-3 PLC 标准通用信息,IEC 611313本身只做为PLC的编程指导，而不
5、是强制的规则，若PLC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。这个标准附有62个性能表，制造商必须填写这些表格并提供注释（例如；“完全满足”，不能“实现”，“以下部分能实现”）。,2023/6/2,8,IEC 61131-3 PLC 标准通用信息,该标准还提供一个测试基础，允许制造商和客户都能评估，每一个编程系统符合IEC标准的接近程度。为了进一步证明兼容性，PLCopen国际组织，进一步定义兼容性等级的测试，而这些测试是由独立的机构进行的。,2023/6/2,9,IEC 61131-3 PLC 标准软
6、件模型,IEC 611313的软件模型描述了诸多概念，包括组态（configuration）。资源（resource）.任务(task).程序(program).功能块（function block）以及功能（function）和它们之间的连接。,2023/6/2,10,IE 任务 C 61131-3 PLC 标准软件模型（组态内部的资源）,在软件等级中的最高等级是组态(configuration),它定义了单元结构，这一单元有可能是，例如：带多个CPU连接的PLC。一个组态包括一个或若干个资源(resources),它构成一个CPU 资源的程序是由任务来控制，任务(task)表示一个可执行的
7、程序单元。,2023/6/2,11,IEC 61131-3 PLC 标准软件模型（组态内部的资源）,2023/6/2,12,IEC 61131-3 PLC 标准软件模型（任务）,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CPU的时间段。有若干种类型的任务：a.周期任务，b.时间控制任务（时间间隔任务），c.事件控制任务(事件任务)，e.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(false)/真(true)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
8、。程序是按照所指示的顺序来处理的。,2023/6/2,13,IEC 61131-3 PLC 标准软件模型（任务）,a.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“伪”改变成“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0任务禁止是例外）。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。,2023/6/2,14,IEC 61131-3 PLC 标准软件模型（组织单元POUs）,IEC 61131
9、3定义程序(program),功能块(function block),功能(function)作为程序的组织单元或POUs(Program Organization units POUs).POUs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。为了程序模块能访问一个POU，至少需要有请求接口的说明，在进行说明之后，一个POU对所有其他POU是存在的。,2023/6/2,15,IEC 61131-3 PLC 标准软件模型（组织单元POUs）,2023/6/2,16,IEC 61131-3 PLC 标准软件模型（程序）,整个程序具有实时性质，程序能在CPU中运行，是由分配
10、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PLC外部设备、全局变量和访问路径。,2023/6/2,17,IEC 61131-3 PLC 标准软件模型（功能块）,IEC 611313应用标准功能和功能块来标准化典型PLC的功能。这一标准库是统一的，不依赖于制造商的PLC系统编程的重要基础。功能块（FBs）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/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。,2023/6/2
11、,18,IEC 61131-3 PLC 标准软件模型（功能块背景）,IEC 611313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。一个程序它调用FB1三次，则具有三个FB1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（side effects）。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的效应。软件工具，通过自动说明对背景提供帮助，在FB调用时指定背景名，这一名词管理调用的数据结构。,2023/6/2,19,IEC 61131-3 PLC 标准软件模型（功能）,与功能块不同，功能没有内部变量的缓冲区。这样，
12、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。,2023/6/2,20,IEC 61131-3 PLC 标准通信模式,IEC 611313的通信方式使用：a.访问路径（Access paths）b.全局变量（Global variables）c.参数调用(Call parameters)d.通信组织单元（IEC 611315）（Communication organization）来说明组态单元的数据交换,2023/6/2,21,IEC 61131-3 PLC 标准通信模式,访问路径：定义访问路径允许组
13、态单元相互之间和PLC系统实现通信。全局变量：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。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,例如：输入和输出变量。参数调用定义了值转移的接口。通信组织单元：通信组织单元提供了通信服务，这些服务将在IEC 61131的第5 部分进行定义。,2023/6/2,22,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元,IEC 611313的通用语言单元是标识（Identifiers），关键词（Keywords），评论（Comments），文字(Literals)，数据类型和变 量（Data types and
14、variables）。以下对它们进行详细描述。,2023/6/2,23,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元（标识符）,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。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。以下各项不可以做为标识符：a.空格和德文中的元音变音字母 b.以同一方式说明两次 c.用关键字做为标识符（参看4.2节）,2023/6/2,24,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元（关键字）,关键字是清楚的字母组合，能做为单个的语法助记符单元关键字不能用做为标识符，IEC 611313关键字举例：ABS,SIN,BOOL,
15、FALSE,TRUE,FOR,NEXT,IF,THEN,VAR,GLOBAL,DATE,TIME,FUNCTION,2023/6/2,25,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元（评论）,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形式而且必须以特殊的字母序列（*and*）开始和结束。每一个网络段能对它的功能评论成一段文本。,2023/6/2,26,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元（文字）,IEC 611313说明文字做为字母，数字和时间的序列。字母序列：字母序列文字具有0或更多字母，而且以反逗号开始和结束（例如：Chara
16、cter sequence）。数字：有两种不同类型的数字文字：整数和实数。整数能定义带有基数，十进制数能具有（十或）的符号，实数能表示成指数形式。时间：有两种不同的时间文字（间隔时间和天/日期时间）,2023/6/2,27,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元（数据类型）,数据类型：IEC 611313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。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么值相应于存储器的内容。,2023/6/2,28,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元（数据类型）,标准数据类型a.波尔型（真值表
17、 真/伪）。b.字节，字，双字，带符号的整型数，不带符号的整型数，16位整形数，不带符号的16位整形数，双整形数，不带符号的双整形数（整形数据类型）。c.实数（浮点数据类型）。d.串数据（字符串）。e.时间(TIME)，日时间(TIMEOFDAY)，日期(DATE)f.日期和时间(DATE_AND_TIME)(时间数据类型)。,2023/6/2,29,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元（数据类型）,定义数据类型 a.阵列（ARRAY）(1,2,3维场)。b.指针（POINTER）（包含用于实时程序的变量/功能块的寻址）。c.枚举（Enumeration）（枚举数，由很多字符串常数
18、组成）。d.结构（STRUCT）e.参考(Reference)（用于对变量/常数/功能块生成一个替换名）,2023/6/2,30,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元（变量）,IEC 611313定义5种不同的变量类型a.全局变量b.本地变量c.输入变量d.输出变量e.输入和输出变量,2023/6/2,31,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元（变量）,本地变量不能连接到外部，亦即它们只能在程序内部的一部分进行寻址，全局变量能被所有程序组织单元（POUs）寻址。输入，输出和输入/输出变量是与程序，功能和功能块有关的。它们能在被分配的POU内通过读或写来改变，在POU外部
19、改变必须进行定义，（输入，输出和输入/输出）在原文件之间变量要加以说明，变量VAR变量结束END_VAR。通常每个变量在冷启动之后被初始化。默认的初始值为0或“伪”，可以通过另一变量符号“:=”在说明中指定用户定义的初始值。,2023/6/2,32,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元（变量属性）,当说明一个变量时，能附加以下的属性：a.保留（RETAIN）:这些变量在主要故障之后。仍保留同一值。当再启动时，程序将以这一保留的值继续进行。b.常数(CONSTANT)：变量值不能改变c.AT：变量在储存器映像区中具有固定位置（固定地址）。Example 举例：以一初始值说明一个输出变
20、量。VAR-OUTPUT Par_out1:INT:10;（*输出参数1，具有初始值10*）END-VAR,2023/6/2,33,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单元（固定地址变量）,在进行说明时,通过关键字变量能被分配一个物理存储器位置。地址用特殊字母序列来指示，字母序列的起始用符号，跟随一个范围前缀和一个数据前缀（数据类型）表示数据长度。最后是数字序列表示存储器的位置。范围前缀：I（输入），Q（输出），M（标志,内部存储器范围）长度前缀：X（单个位）,B（字节，8位）,W（字，16位）,D（双字，32位）,2023/6/2,34,IEC 61131-3 PLC 标准通用语言单
21、元（固定地址变量）,Example 举例：QX1.0.2 输出位2IW1.0.1 输入位1MB7 标志字节7MW1 标志字1MD3 标志双字3MX1.2 在标志字1中的第3标志位,2023/6/2,35,IEC 61131-3 PLC 标准编程语言,IEC 61131-3 标准是PLC 编程语言的国际标准。根据这一标准，程序是由以下一些单元组成的：结构(Structures)组织单元(Organization units)全局变量(Global variables),2023/6/2,36,IEC 61131-3 PLC 标准编程语言,在IEC 61131-3标准中定义了5种PLC编程语言，它
22、们是：指令表IL(Instruction list)结构文本 ST(Structured text)顺序功能图SFC(Sequential function chart)功能块图FBD(Function block diagram)梯形图LD(Ladder diagram)对解决某一问题，最适用于，用上术语言中的某一种语言。,2023/6/2,37,SFC顺序功能图编程语言介绍,顺序功能图（Sequential function chart）是一种面向图形的编程语言，它适合于用户描述具有时间序列的不同作用的程序。在IEC 61131-3将SFC作为PLC的一种编程语言标准之前，法国使用的GRA
23、FCET和德国使用的S5-GRAPH、S7-GRAPH都是属于这种类型的编程语言。用SFC编程语言编写的程序是由“步”和“转移”构成的，每一个“步”完成若干个“作用”，“转移”是某种逻辑运算结果作为“转移”的条件。,2023/6/2,38,SFC顺序功能图编程语言介绍,用SFC编写的一个组织单元是由若干个“步”组成，“步”与“步”之间通过“转移”相互连接。“步”是由一个标志和一个或若干个“作用”或者“波尔变量”组成，与“步”相关的“作用”出现在“步”的右边。“作用”是一组指令的序列和一个结构序列，这些指令是用语句表（IL）或结构文本（ST）,功能块图网络（FBD）或梯形图（LD）语言来编写的。
24、,2023/6/2,39,SFC顺序功能图编程语言介绍,在“步”与“步”之间称之谓转移。作为转移条件，可以是：一个“波尔”变量，一个“波尔”地址，“波尔”常数，一组指令序列以结构文本（ST）句法得到的“波尔”算式结果或者是一组以任何一种编程语言编程的指令序列。,2023/6/2,40,SFC顺序功能图编程语言介绍,在调用SFC的组织单元之后，首先执行的是属于初始步（带双框的步）的作用。一个步，当它的作用正在被执行时，称谓激活的步。在“在线”监控方式下，激活的“步”显示蓝色。在一个控制周期内，所有属于激活步的作用一直在执行。当下一个步的转移条件变为“真”时，下一个“步”将被执行。在下一个控制周期
25、，该“步”将被激活。,2023/6/2,41,SFC顺序功能图编程语言介绍,称谓“限定符号”的“激活”和“去激活”作用以及“波尔变量”，有时候会有“时间”的延时。当一个作用即使在转移到下一步时，仍然是“激活”的，例如，限定符号S(Set),作用能够延伸。与一个“步”相联系的作用，用一个方块格来显示，方块格在步的右边，被细分为两个场。左边的场是“限定符号”（有可能带有时间常数），而右边的场是作用名或波尔变量。,2023/6/2,42,SFC顺序功能图编程语言介绍,带有两个作用的IEC步举例,2023/6/2,43,SFC顺序功能图编程语言介绍,有以下一些限定符号用来对IEC步的相关作用进行限定的
26、：,2023/6/2,44,SFC顺序功能图编程语言结构单元,替换分支：有两个或更多分支，能够定义为替换分支。每一个替换分支必须以一个转移开始和一个转移结束。替换分支可以包括平行分支和其它替换分支。一个替换分支开始于一个水平线（替换开始）和结束于一个水平线（替换结束）或一个跳转。如果替换开始线前的步是一个激活步，那么将从左至右地对每一个替换分支的第一个转移进行估算。从左边开始的满足转移条件为“真”的第一个转移将被打开，以及所有跟随的步将被激活。,2023/6/2,45,SFC顺序功能图编程语言结构单元,单一顺序结构和替换分支结构（开始和结束）：,2023/6/2,46,SFC顺序功能图编程语言
27、结构单元,平行分支：有两个或更多分支，能够定义为平行分支。每一个平行分支必须以一个“步”开始和一个“步”结束。平行分支可以包括替换分支或其它平行分支。一个平行分支开始于一个双线（平行开始）和结束于一个 双线（平行结束）或一个跳转。如果平行开始线前的步是一个激活步，而且在这一个“步”之后的转移条件为“真”。那么所有平行分支的第一步将被激活。现在分支将进行平行处理。如果前面的所有的步是激活的，而且这一步的转移条件为“真”，则激活平行结束线的“步”将被激活。,2023/6/2,47,SFC顺序功能图编程语言结构单元,平行分支结构（开始和结束）：,2023/6/2,48,SFC顺序功能图编程语言结构单
28、元,跳转：一个跳转是对一个步的连接，在跳转符号下面指出将被 连接的步。由于向上交叉连接是不允许的，所以跳转是必须的。,2023/6/2,49,SFC顺序功能图编程语言举例,在这一讲中我们要介绍使用SFC编程语言的一个应用例子。德国西门子公司的PLC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SFC的编程语言。这里介绍的例子是用S7 Graph 对一台自动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进行：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，然后在西门子的PLC SIMATIC 管理器中建立一个项
29、目，和STEP 7一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址表。,2023/6/2,50,SFC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SFC语言，在本例中我们采用西门子公司的S7 Graph语言（类似SFC语言），用这种语言按照工艺要求编程一个功能块FB1，S7 Graph会自动生成FB1的背景数据块DB1。在STEP 7程序的OB1组织块中调用FB1和DB1完成程序的组织。将程序下载到PLC中，用STEP 7的调试手段调试和运行程序。,2023/6/2,51,顺序控制系统编程和调试的工作流程,2023/6/2,52,自动钻床
30、的系统配置,2023/6/2,53,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/停止的反馈信号 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出反馈信号 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 钻床工作台升/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号。,2023/6/2,54,自动钻床的系统配置,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 钻床的工作台处在高位 工件台上没有工件，夹紧汽缸处于松开状态,2023/6/2,55,自动钻床的工作时序图,20
31、23/6/2,56,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：装入工件（手动）根据需要（取决于被加工的材料）选择是否要加冷却液 按启动按钮，启动自动钻床工作（钻头电动机供电）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）,2023/6/2,57,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）在底部目标位置等待0.5秒（钻削过程）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 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。,2023/6/
32、2,58,自动钻床的工艺流程图,2023/6/2,59,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辑表达式。从图4.18上我们可以看到：整个自动钻床的工艺过程分成S1到S7，7个单步，并且表示了步的序列，跟随S1步的是S2 步，跟随S3步的是S4步或者是S7步 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：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，工件台上没有工件，夹紧汽缸处于松开状态。对S3步的作用是启动钻床钻头电动机等）
33、,2023/6/2,60,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，使得过程能够从一个步转移到下一个步。图上的转移条件用T表示（例如，T1的条件是按压启动过程的启动按钮，T5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S7 Graph 语言来编程我们的例子了。S7 Graph是STEP 7软件的一个选择项，首先要安装STEP 7软件，然后再安装S7 Graph软件选件，安装完成后，S7 Graph是在SIMATIC 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。首先在SIMATIC 管理器下建立一个新的项目，取名“S7GRAPH
34、_Drill”，然后，插入一个S7 300站和进行硬件组态，图4.19和图4.20分别表示项目的结构和硬件组态的情况。,2023/6/2,61,在SIMATIC管理器下的S7 GRAPH_Drill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。表4.17是这一项目的 I/O 定义和相应的的符号地址命名。,2023/6/2,62,在SIMATIC管理器下的S7GRAPH_Drill的硬件组态图,2023/6/2,63,自动钻床项目的 I/O 定义和符号地址表,2023/6/2,64,自动钻床项目的 I/O 定义和符号地址表,2023/6/2,65,自动钻床项目的 I/O 定义和
35、符号地址表,图4.21是表示在SIMATIC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S7 Graph编程语言，在SIMATIC管理器中编辑顺序控制器的功能块FB1(一般默认为FB1,也可以选择其它功能块号)和背景数据块DB1。在SIMATIC项目管理器的左边，树形结构中选择“Blocks”选择菜单命令 Insert S7 Block Function Block 在“属性”（“Properties”）对话框中选择“S7-Graph”作为编程语言（只有在STEP 7软件中安装了S7-Graph选件，才能选择到这种编程语言）。,2023/6/2,66,自动钻床项目的 I/O 定义和
36、符号地址表,完成上述步骤后，我们在“Blocks”文件夹中建立起FB1功能块（不过，这时的FB1是空的）。用鼠标左键双击FB1，打开FB1，首先见到的是用双框表示的初始步S1和转移T1，选择转移T1，并在屏幕左边的“顺序控制器菜单条”中选择图标，这时会自动插入步S2和转移T2，用同样的方法完成图4.18所表示的S1到S6的步结构以及T1到T6的转移图标 用鼠标选择S3步，并在屏幕左边的“顺序控制器菜单条”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移T7,2023/6/2,67,自动钻床项目的 I/O 定义和符号地址表,选择转移T7，并在屏幕左边的“顺序控制
37、器菜单条”中选择图标，自动插入步S7和转移T8 选择转移T8，并在屏幕左边的“顺序控制器菜单条”中选择图标，将分支路径封闭到步S4 选择转移T6，并在屏幕左边的“顺序控制器菜单条”中选择图标，这是插入一个跳转命令，将转移T6跳转至S1步。通过以上步骤，完成了FB1的结构编程，结构编程是依照图4.18的自动钻床的工艺流程的要求来完成的。,2023/6/2,68,自动钻床项目的 I/O 定义和符号地址表,至此，我们尚未完成整个FB1的编程，我们还要对各个步进行“步作用”的编程和各个转移的“转移条件”编程。选择菜单命令 Insert Action，结果在所选择步的右边，会出现图标，这是一个空的作用行
38、，用鼠标点击这一作用框，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 在S7-Graph编程语言中有4个作用指令，一般作用指令的地址场，都是直接指向PLC的输出场地址，这4个作用指令是：,2023/6/2,69,自动钻床项目的 I/O 定义和符号地址表,S指令，S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“激活”的步有效，而且当步转移到下一个“激活”步时仍然有效，一直到在步作用中出现R指令，才将指令的输出场置成“0”R指令，R指令是用来复位输出场的 N指令，N指令也是对输出场地址进行置位的，但是和S指令不同，N指令只在“激活”的步期间是有效的，当转移到
39、下一个步时，N指令自动将输出场地址复位 D指令，D指令是延时指令，除了输出场地址外，还有延时时间域，D指令的作用是指从,2023/6/2,70,自动钻床项目的 I/O 定义和符号地址表,“步激活”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，输出场地址自动复位（类似N指令，但是在执行之前有一段时间延时）应用上述4种作用指令，根据自动钻床的工艺要求，对FB1的S1至S7的各个步，分别进行作用编程，其结果见图4.23，自动钻床应用S7-Graph(SFC)语言编程FB1功能块的程序图。除了要对FB1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
40、编程可以选择用梯形图（LD）语言来进行。,2023/6/2,71,自动钻床项目的 I/O 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：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T6转移条件，我们让S6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，在这一步上也必须等待500ms后才允许转移。,2023/6/2,72,在SIMATIC管理器中使用S7-Graph编程语言对
41、FB1功能块进行编程,2023/6/2,73,自动钻床应用S7-Graph(SFC)语言编程FB1功能块的程序图,2023/6/2,74,OB1的编程过程,2023/6/2,75,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OB1、FB1和DB1等）和系统数据下载到PLC中。如果，没有错误，则在PLC从“Stop”状态转换为“Run”状态时，PLC不会出现报警，绿色的“Run”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CPU的诊断缓冲区中的提示，检查造成故障的原因，并将其排除。从图4.24可以看到，在调用FB1和DB1时，有许
42、多参数需要输入，这和FB1的工作方式有关，调用FB1有最小工作方式、标准工作方式和最大工作方式三种：,在SIMATIC管理器中使用S7-Graph编程语言对FB1功能块进行编程,2023/6/2,76,最小工作方式，FB1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。参数“INIT_SQ”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（S1）位置。,按最小工作方式调用FB1时的参数,2023/6/2,77,按标准工作方式调用FB1时的参数,2023/6/2,78,按标准工作方式调用FB1时的参数,标准工作方式，在这种工作方式下，FB1具有一组标准
43、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。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，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报警提示），通过Help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现场工艺的要求。,2023/6/2,79,按标准工作方式调用FB1时的参数,在
44、标准工作方式下，可以进一步选择4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一样，当“激活”步随后的转移条件满足时，下一个步就被“激活”。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。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“步使能”条件，不仅步的转移条件需要满足，而且在FBI参数的T_PUSH输入端，附加一个上升沿信号（“步使能”条件），控制过程才能转移到下一个步。,2023/6/2,80,按标准工作方式调用FB1时的参数,自动或单步方式，选择这种方式时，只要“步转移条件”或“步使能条件”（在FBI参数的T_PUS
45、H输入端，附加一个上升沿信号）两个条件中有一个条件满足，控制过程就会转移到下一步。在标准工作方式下的4种方式的选择，是通过FB1的以下参数实现的：SW_AUTO（选择自动方式）SW_MAN（选择手动方式）SW_TAP（选择步进方式）SW_TOP（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，就能选中相应的工作方式。,2023/6/2,81,按最大工作方式调用FB1时的参数,最大工作方式，在这种工作方式下，FB1具有全部参数见右图。,2023/6/2,82,按最大工作方式调用FB1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、手动、步进和自动或单步的调试方式外，还有
46、附加的控制和监控功能，这里不详细介绍了。在调试过程中西门子公司还提供一种“S7-PLCSIM仿真软件”的工具，在STEP 7软件中安装这一仿真软件后，不必将程序下载到PLC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，这是一个非常有用的工具。,2023/6/2,83,按最大工作方式调用FB1时的参数,2023/6/2,84,按最大工作方式调用FB1时的参数,图4.28是使用“S7-PLCSIM仿真软件”对顺序控制器进行调试的画面，图的底部是仿真器部分，它有CPU、强制输入的输入场（图上是IB0：即I0.0-I0.7），输出场（图上是QB0：即Q0.0-Q0.7）和位存储器
47、场（图上是MB0：即M0.0-M0.7）。从图上可以看到CPU处在RUN-P状态，绿色指示灯RUN常亮，说明仿真器的CPU工作正常，点击工具条上的图标，仿真器进入监控状态，这时仿真器上方的绿色字条Automatic闪亮，从顺序控制器上监控到的是S2步（绿色高亮），S2步的步作用是S“Clamp_workp”（工件气缸夹紧），从仿真,2023/6/2,85,按最大工作方式调用FB1时的参数,器的输出场，能看到Q 0.4有输出。从顺序控制器上监控到的转移是T2，转移条件是“Cl_press_ok”（工件夹紧压力到达时的反馈信号），如果我们在仿真器的输入场强制I 0.4有输入，这时顺序控制器就会转移
48、到下一步S3。通过仿真器对顺序控制器进行调试是非常有效的，这样在实验室内就能完成现场调试的大部分工作，可以节省现场的调试费用，缩短现场的调试时间。通过上面的例子，我们介绍了SFC编程语言的实际应用，SFC是611313标准中的一种，现在很多PLC的制造商，都开发和提供SFC的编程语言工具。,2023/6/2,86,PLC 和现场总线技术在长江三峡大坝泄洪工程中的应用,2023/6/2,87,PLC 和现场总线技术在长江三峡大坝泄洪工程中的应用,三峡工程主要由大坝，水电站，通航建筑物等三大部分组成。泄洪坝段位于大坝中部，水电站厂房位于泄洪坝段两侧。永久通航建筑物均布置于左岸(面对长江下游，左边为
49、左岸)。大坝为混凝土重力坝，坝顶全长约2309米，坝顶高程185米。水电站分设左岸和右岸两组厂房，分别安装14台和12台700兆瓦水轮发电机组，总装机容量为1820万千瓦，年平均发电量846.8亿度。泄洪坝段有47座泄洪闸门。,2023/6/2,88,PLC 和现场总线技术在长江三峡大坝泄洪工程中的应用,泄洪坝段位于大坝中部(长483米)，在泄洪坝段底部，均匀分布有22孔导流底孔弧形门（参看文后的名词解释），底坎高度为56米或57米，弧门宽度为6米，高度为8.5米，22孔弧门分别由22台液压启闭机启闭（参看文后的名词解释）。这22台液压启闭机分别由6个液压站驱动（参看文后的名词解释），其中1号
50、站和6号站各带3台启闭机，2号站至5号站各带4台启闭机。,2023/6/2,89,长江三峡大坝泄洪工程工程组成,在导流底孔上部均匀分布（中轴线与底孔中轴线错开）23孔泄洪深孔，深孔底坎高度为90米，弧门宽7米，高9米，23台深孔弧门分别由23台液压启闭机启闭。这23台液压启闭机分别由6个液压站驱动，其中1号站带3台启闭机，2号至6号站各带4台启闭机。在泄洪坝段上部有左、右排漂孔弧形门，弧门宽10米，高12米，左门在左导墙坝段，右门在右纵向围堰坝段，每个弧门采用双吊点由2台液压启闭机双缸同步提升。排漂孔有两个液压站，每站驱动一扇弧门。,2023/6/2,90,长江三峡大坝泄洪工程工程组成,用于三
