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第六章 S7-300 PLC的指令系统与应用
第一节 S7-300 编程基础
第二节 位逻辑指令
第三节 定时器和计数器指令
第四节 数据功能指令
第五节 控制指令
第六节 应用系统综合设计
1.二进制数
二进制数常用2#表示，例如2#1111_0101_1001_0011是16位二进制数。
2.十六进制数
一、数制
第一节 S7-300 编程基础
二进制数 十六进制数 BCD码
十六进制数的16个数字分别是0～9和A～F，每个数字占二进制数的4位。
3.BCD码
BCD码用4位二进制数表示一位十进制数，例如十进制数9对应的二进制数为1001。4位二进制数共有16种组合。
B#16#、W#16#、DW#16#分别用来表示十六进制字节、字、双字常数，例如W#16#13AF。在数字后面加“H”也可以表示十六进制数，如W#16#58AC可以表示为58ACH。
BCD码的最高四位二进制数用来表示符号，16位BCD码字的范围为-999～+999，32位BCD码双字的范围为-9 999 999～+9 999 999。
基本数据类型
（1）位（BIT）
二、数据类型
位数据的数据类型为BOOL（布尔）型，数据长度为1位，取值只有True（或1）和False（或0），标识符为X。常用于开关量的表示，如各种触点等，触点闭合为1，断开为0。如：I0.0，Q1.2等。
基本数据类型 复杂数据类型
参数数据类型
（2）字节（BYTE）
（3）字（WORD）
八位二进制数组成一个字节，其中第0位为最低位，第7位为最高位。如：IB3（包括I3.0～I3.7位），QB0（包括Q0.0～Q0.7位）等。
相邻的两个字节组成一个字，用来表示16位的无符号数。如：IW0是由IB0和IB1组成的，其中I是区域标识符，W表示字，0是字的起始字节，IB0为高字节，IB1为低字节。
（4）双字（DWORD）
（5）整数（INT）
相邻的两个字组成一个双字，用来表示32位的无符号数。如：MD10是由MW10和MW12组成的，其中M是区域标识符，D表示双字，10是双字的起始字节，MB10为MD10的最高字节，MB13为MD10的最低字节。
整数为有符号数，最高位为符号位，最高位为1表示负数，为0表示正数。长度为双字节，取值范围为 ，即-32768～32767。
（6）双整数（DINT）
双整数即长整数，长度为4字节，是有符号数，最高位为符号位。取值范围为 ，即
-2147483648～2147483647。
（7）实数（REAL）
实数又称浮点数，长度为4字节。
（8）常数的表示方法
B#16#、W#16#、DW#16#分别用来表示十六进制字节、字、双字常数。2#用来表示二进制常数，例如2#1010_1101。
L#为32位双整数常数，如L#+7。
P#为地址指针常数，如P#M3.1是M3.1的地址。
常数值可以使字节、字或双直，CPU以二进制方式存储常数，常数也可以用十进制、十六进制、ASCII码或浮点数来表示。
S5T#是16位S5时间常数，格式为S5T#aD_bH_cM_dS_eMS，其中a、b、c、d、e分别是日、时、分、秒和毫秒的数值。输入时可以省掉下划线，如S5T#2H15M10S为2小时15分10秒。S5时间常数的取值范围为S5T#0H_0M_0S_0MS～S5T#2H_46M_30S_0MS，时间增量为10ms。
C#为计数器常数（BCD码），例如C#235。
8位ASCII字符用单引号表示，如‘A’、 ABC’。
S7-300系列PLC的存储器有装载存储器、工作存储器和系统存储器3个基本区域。其中系统存储器是集成在CPU内部的RAM，不能扩展，用于存放用户程序的操作数。
三、S7-300 PLC的存储区
存储区域 功能 访问的单位及标识符
输入过程 映像寄存 器（I） 在扫描周期开始时， CPU将从外部过程中读 取输入状态，并记录在 输入过程映像寄存器中 输入位I、输入字
节IB、输入字IW、
输入双字ID
输出过程 映像寄存 器（Q） 在扫描周期中，将程序 运算得出的输出写入这 个区域。在扫描周期结 束时，CPU从这一区域 读出输出数值，并把它 们送到外部过程输出 输出位Q、输出字
节QB、输出字QW、
输出双字QD
存储区域 功能 访问的单位及标识符
位存储区 （M）辅 助继电器） 该区域用于存储用户 程序的中间运算结果 或标志位 存储区位M、存储区
字节MB、存储区字
MW、存储区双字MD
外设输入 区（PI） 通过该区域用户程序 直接访问输入模块 外设输入字节PIB、
外设输入字PIW、
外设输入双字PID
外设输出 区（PQ） 通过该区域用户程序 直接访问输出模块 外设输出字节PQB、
外设输出字PQW、
外设输出双字PQD
存储区域 功能 访问的单位及标识符
定时器区 域（T ) 该区域提供定时器的存 储区 定时器T
计数器区 域（C ) 该区域提供计数器的存 储区 计数器C
共享数据 看（DB） 共享数据看可供所有逻 辑块使用，可以用OPN DB”指令打开一个共享 数据块 数据块DB、数据位
DBX、数据字节DBB、
数据字DBW、数据
双字DBD
存储区域 功能 访问的单位及标识符
背景数据块（DI） 背景数据块与某一功能 块或系统功能块相关联， 可以用“OPN DI”打开 一个背景数据块 数据块DI、数据位
DBX、数据字节DBB、
数据字DBW、数据
双字DBD
局部数据（L） 在处理组织块、功能块 和系统数据块时，相应 块的临时数据保存到该 块的局部数据区 局部数据位L、局
部数据字节LB、局
部数据字LW、数据
双字LD
第二节 位逻辑指令
位逻辑指令用于二进制数的逻辑运算，二进制数只有1和0这两个数字，1状态时编程元件的线圈通电，0状态时线圈断电。逻辑运算的结果保存在状态字的RLO中。
图 触点和线圈
一、触点与线圈指令
对于常开触点（动合触点），在PLC中规定：若操作数是“1”则常开触点“动作”，即认为是“闭合”的；若操作数是“0”，则常开触点“复位”，即触点仍处于打开的状态。
对于常闭触点（动断触点），在PLC中规定：若操作数是“1”则常闭触点“动作”，即触点“断开”；若操作数是“0”，则常闭触点“复位”，即触点仍保持闭合。
1．常开触点和常闭触点
2. 输出线圈指令（赋值指令）
输出线圈与继电器控制电路中的线圈一样，如果有电流（信号流）流过线圈（RLO=“1”），则被驱动的操作数置“1”；如果没有电流流过线圈（RLO=“0”），则被驱动的操作数复位（置“0”）。输出线圈只能出现在梯形图逻辑串的最右边。
3. 中间输出
在梯形图设计时，如果一个逻辑串很长不便于编辑时，可以将逻辑串分成几个段，前一段的逻辑运算结果（RLO）可作为中间输出，存储在位存储器（I、Q、M、L或D）中，该存储位可以当作一个触点出现在其他逻辑串中。中间输出只能放在梯形图逻辑串的中间，而不能出现在最左端或最右端。
4. 取反指令
取反指令的作用就是对它左边电路的运算结果（RLO）取反。
图 信号流取反
置位（S）和复位（R）指令根据RLO的值来决定操作数的信号状态是否改变，对于置位指令，一旦RLO为1，则操作数的状态置1，即使RLO又变为0，输出仍保持为1。对于复位操作，一旦RLO为1，则操作数的状态置0，即使RLO又变为0，输出仍保持为0。
二、置位和复位指令
三、RLO边沿检测指令
RLO边沿检测指令有两类：RLO上升沿检测和下降沿检测。RLO边沿检测指令均有一个“位存储器”，用来保存前一周期RLO的状态，以便进行比较，在每一个扫描周期，RLO的信号状态都将与前一周期中获得的结果进行比较，看状态是否有变化。
上升沿检测
下降沿检测
例 设计一个楼梯灯开关，要求当行人从下到上或者从上到下时，可以在楼梯开关SB1上开灯，在SB2上关灯。
【例】如图所示为一个传送带，在传送带的起点有两个按钮：用于起动的SB1和用于停止的SB2。在传送带的尾端也有两个按钮：用于启动的SB3和用于停止的SB4。要求能从任一端起动或停止传送带。另外，当传送带上的物件到达末端时，传感器SB5使传送带停止。
(a) 传送带控制示意图
地址分配
端子连接图
程序段1：按动一个起动
开关，可以接通电机。
程序段2：按动一个停止
开关或打开传送带端部
的常闭接点，可以切断
电机。
STEP7触发器有两种，即置位优先型（RS）和复位优先型触发器（SR）。这两种触发器均可以用在逻辑串的最右端，用来结束一个逻辑串，或者用在逻辑串中间，影响右边的逻辑操作结果。
RS触发器为“置位优先”型触发器（当R和S驱动信号同时为“1”时，触发器最终为置位状态）；
SR触发器为“复位优先”型触发器（当R和S驱动信号同时为“1”时，触发器最终为复位状态）。
四、RS与SR触发器指令
图 RS和SR触发器指令
(b) 工作时序
(a) 梯形图及仿真结果
五、触点信号边沿检测指令
触点信号边沿检测指令有两种类型：触点信号上升沿检测POS和触点信号下降沿检测NEG。
第三节 定时器和计数器指令
1 定时器指令
2 计数器指令
定时器相当于继电器控制电路中的时间继电器，在S7-300 CPU的存储器中，为定时器留有存储区，该存储区为每个定时器保留一个16位定时字和一个二进制位存储空间。
表示定时器的触点的闭合和断开
存储定时时间
一、定时器字的表示
每一个定时器占2字节，称为定时字。在S7-300系列PLC中，定时区为512字节，故只能使用256个定时器。定时器的访问只能使用有关的定时器指令，其编址为T加编号，如T22、T200等。
在S7系列PLC中，定时时间值的表示方法有两种，一种是使用S5中的时间表示方法来装入定时时间值，方式为：S5T#aH_bbM_ccS_dddMS
定时范围为1ms~2H46M308S。精度由系统确定
另一种是时基和定时值两部分组成的格式
第0～11位为定时值，为BCD格式的0～999。第12～13位为时基，二进制数00、01、10和11对应的时基分别为10ms、100ms、1s和10s。实际的定时时间等于时基乘以定时值。为了得到不同的定时时间和分辨率，可以使用时基和定时值的不同组合。时基小，分辨率高，定时范围小；时基大，分辨率低，定时范围宽。
S_PULSE（脉冲S5定时器）
S_PEXT（扩展脉冲S5定时器）
S_ODT（接通延时S5定时器）
S_ODTS（保持型接通延时S5定时器）
S_OFFDT（断电延时S5定时器）
在S7-300中有五种定时器可供选择，每种定时器在梯形图中都有两种表示形式：方框型的定时器和定时器线圈。
二、定时器指令
定时器 类型 运行期间状态 定时到后状态 功能描述
S_PULSE 延时关断 1 0 由正脉冲触发，并且需要保持为1，开始运行时输出为1，定时时间到后输出为0
S_PEXT 延时关断 1 0 由正脉冲触发，无需保持，开始运行时输出为1，定时时间到后输出为0
定时器 类型 运行期间状态 定时到后状态 功能描述
S_ODT 延时接通 0 1 开始运行时输出为0，定时时间到后输出为1
S_ODTS 延时接通 0 1 开始运行时输出为0，定时时间到后输出为1
S_OFFDT 延时关断 1 0 开始运行时输出为1，定时时间到后输出为0
LAD方块图 参数 数据类型 存储区域 功能描述
T no. TIMER T 定时器标识号，范围与CPU有关
S BOOL I, Q, M, L, D 启动输入端
TV S5TIME I, Q, M, L, D 预置时间值（范围：0S~999S）
R BOOL I, Q, M, L, D 复位输入端
BI WORD I, Q, M, L, D 剩余时间值，整数格式
BCD WORD I, Q, M, L, D 剩余时间值，BCD格式
Q BOOL I, Q, M, L, D 定时器状态
（1） S_PULSE（脉冲S5定时器）
S_PULSE (Pulse S5 Timer) 指令当在启动端S上有一个正脉冲时开始计时，只有在S端保持1时定时器才会持续运行，定时器运行期间输出Q端为1，直到计时值等于TV端设定的定时时间后，输出Q变为0。
如果在定时器运行过程中，S端变为0时，定时器会停止运行，并且输出Q为0。
在定时器运行中，当输入端R从0变为1时，定时器复位。
LAD中的方块指令
S_PULSE（脉冲S5定时器）
工作时序
示例程序
图6-22 扩展脉冲定时器时序图
图6-21 扩展脉冲定时器
（2）S_PEXT（扩展脉冲S5定时器）
【例】 扩展脉冲定时器应用——电动机延时自动关闭控制。
控制要求：按动起动按钮S1（I0.0），电动机M（Q4.0）立即起动，延时5分钟以后自动关闭。
起动后按动停止按钮S2（I0.1），电动机立即停机。
（3）S_ODT（接通延时S5定时器）
图6-24 接通延时定时器时序图
图6-23 接通延时定时器
（4）S_ODTS（保持型接通延时S5定时器）
图6-25 保持型接通延时定时器
图6-26 保持型接通延时定时器时序图
【例】接通延时定时器的应用——电动机顺序起停控制。
控制要求：如图所示，某传输线由两个传送带组成，按物流要求，当按动起动按钮S1时，皮带电机Motor_2首先起动，延时5s后，皮带电机Motor_1自动起动；如果按动停止按钮S2，则Motor_1立即停机，延时10s后，Motor_2自动停机。
端子接线图
I/O分配表
（5）S_OFFDT（断电延时S5定时器）
图6-27 延时断开定时器
图6-28 延时定时器时序图
【例6-7】 卫生间冲水控制电路设计
I1.2是光电开关检测到的有使用者的信号，如图6-33所示，用Q4.5控制冲水电磁阀。从I1.2的上升沿（有人使用）开始，用接通延时定时器T5实现3s的延时，3s后T5的常开触点接通，使脉冲定时器T6的线圈通电，T6的常开触点输出一个4s的脉冲。从I1.2的上升沿开始，断开延时定时器T7的常开触点接通。使用者离开时（在I1.2的下降沿），断开延时定时器开始定时，5s后T7的常开触点断开，停止冲水。
【例6-8】 小车控制系统的设计。
1．实验要求
图中的小车开始时停在左边，左限位开关SQ1的常开触点闭合。要求按下列顺序控制小车。
(1)按下右行启动按钮SB2，小车右行。
(2)小车走到右限位开关SQ2处停止运动，延时8s后开始左行。
(3)小车回到左限位开关SQl处时停止运动。
S7-300的计数器都是16位的，因此每个计数器占用该区域2个字节空间，用来存储计数值。不同的CPU模板，用于计数器的存储区域也不同，最多允许使用64～512个计数器。
S-CUD（加/减计数器）
S-CU（加计数器）
S-CD（减计数器）
二、计数器指令
图 可逆计数器
？？？为计数器的编号，其编号范围与CPU的型号有关。
CU为加法计数器输入端，该端每出现一个上升沿，计数器自动加1，当计数器的当前值为999时，计数值保持为999，加1操作无效。
CD为减计数器输入端，该端出现上升沿的瞬间，计数器自动减1，当计数器的当前值为0时，计数器保持为0，减1操作无效。
图 可逆计数器
S为预置信号输入端，该端出现上升沿的瞬间，将计数初值作为当前值。
PV为计数初值输入端，初值的范围为0～999。可以通过字存储器（如MW0、IW10等)为计数器提供初值，也可以直接输入BCD码形式的立即数，此时的立即数格式为C#xxx，如C#5，C#123。
R为计数器复位输入端，任何情况下，只需该端出现上升沿，计数器就会立即复位。复位后计数器当前值变为0，输出状态为0。
CV为以整数形式显示或输出的计数器当前值，如，#0012、16#001a。该端可以接各种字存储器，如MW0、QW2等。
CV_BCD为以BCD码形式显示或输出的计数器当前值，如，C#234。该端可以接各种字存储器，如MW0、QW2等，也可以悬空。
Q为计数器状态输出端，只要计数器的当前值不为0，计数器的状态就为1。该端可以连接位存储器，如Q4.1、M0.0等，也可以悬空。
图 加减计数器
图 加法计数器
图 减法计数器
第四节 数据处理功能指令
MOVE指令为功能框形式的传送指令，能够复制字节、字或双字数据对象。应用中IN和OUT端操作数可以是常数、I、Q、M、D、L等类型，但必须在宽度上匹配。
数据处理功能指令主要实现对数据的非运算类操作，包括将数据装入某一存储器、传送数据、转换指令、比较指令、移位和循环指令等操作。
一、传送指令MOVE
图 传送指令
该类指令主要比较两个数的大小，并且按照比较的结果给予输出。根据不同的数据类型可分为三类，整数类（I）、长整数类（D）和实数类（R）。每一类的比较有六种：大于（GT）、等于（EQ）、小于（LT）、大于等于(GE)、小于等于(LE)、不等于(NE)。
二、比较指令
比较指令在梯形图中相当于一个常开触点，在能够放置触点的位置就可放置该指令。该类指令可以与其它触点串联或者并联使用。当输入为1时，该类指令对IN1端子输入的数和IN2端子输入的数进行比较。在使用比较器时须保证两个数据的类型必须相同。如果满足条件，则输出为1（真），否则为0（假）。
二、比较指令
图 整数比较指令及应用程序状态监控
图6-46 方波发生器程序监控
图6-47 方波发生器的波形图
数据转换指令将源数据按照规定的格式读入累加器，在累加器中对数据进行类型转换，再将转换的结果送到目的地址。转换操作有：BCD码和整数、长整数之间的互相转换，实数和长整数之间的转换，数的取反、取负等。
三、转换指令
图 转换指令及应用程序状态监控
数学运算指令包括整数运算指令和浮点数运算指令。
整数函数指令包括整数（I）和长整数（DI）两种数据的运算。其中整数长度为2字节，长整数长度为4字节。整数运算包括加法、减法、乘法、除法以及求余运算。在一个运算指令中，两个数的类型必须一致。
四、数学运算指令
1、整数运算指令
浮点数的数据类型为REAL，浮点数的运算包括加法、减法、乘法、除法、绝对值、求平方、平方根、自然指数、自然对数、三角函数及反三角函数运算。
四、数学运算指令
2、浮点数运算指令
模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数字称为模拟值。
【例6-1】压力变送器的量程为0～10 MPa，输出信号为4～20 mA，模拟量输入模块的量程为4～20 mA，转换后的数字量为0～27648，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。
解：
0～10 MPa(0～10000 kPa)对应于转换后的数字0～27648，转换公式为
将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理值
【例6-2】求 的值。
浮点数三角函数指令的角度是以弧度为单位的浮点数。使用三角函数指令之前应先将角度值乘以 ，转换为弧度，然后用三角函数指令求结果。
三角函数指令应用
字逻辑运算指令可对两个16位（WORD）或32位（DWORD）的二进制数据，逐位进行逻辑与、逻辑或、逻辑异或运算。
对于LAD形式的字逻辑运算指令，由参数IN1和IN2提供参与运算的两个数据，运算结果保存在由OUT指定的存储区中。
五、字逻辑运算指令
字逻辑运算指令状态监控
六、状态位指令
第五节 控制指令
控制指令可控制程序的执行顺序，使得CPU能根据不同的情况执行不同的程序。控制指令包括逻辑控制指令、程序控制指令、主控继电器指令和与数据块有关的指令。

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