福建西门子S7-1200PLC模块代理（合作伙伴）

    按照规范的设计步骤进行PLC系统设计，可以提高工作效率。设计PLC系统的方法不是一成不变的，它与设计人员习惯遵守的设计规范及实践经验有关。但是，所有设计方法要解决的基本问题是相同的，即：（1）进行PLC系统的功能设计，根据受控对象的工艺要求和特点，明确PLC系统必须要做的工作和必须具备的功能；（2）进行PLC系统的分析，通过分析系统功能实现的可能性及实现的基本方法和条件，提出PLC系统的基本规模和布局；（3）根据系统功能设计和系统分析的结果，确定PLC系统的设计原则与设计过程的一些基本步骤。

    一、控制系统设计原则 

    控制系统设计原则如下：

    （1）大限度地满足被控对象的控制要求。

    （2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。

    （3）保证控制系统的安全可靠。

    （4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时适当留有进一步扩展的余地。

    二、控制系统设计的基本内容

    PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的，因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括：

    （1）选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。 

    （2）选择PLC的型号。

    （3）分配I/O点，绘制I/O连接图。

    （4）设计控制程序，包括设计梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。

    （5）必要时还需要设计控制台（柜）。

    （6）编制控制系统的技术文件，包括说明书、电气图及电气元件明细表等。

    三、控制系统设计的一般步骤 

    控制系统设计的一般步骤如下：

    （1）根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必需的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动，连续、单周期、单步等）。

    （2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。 

    （3）选择PLC系统及型号。

    （4）分配PLC的I/O点，设计I/O连接图（这一步也可以结合第（2）步进行）。

    （5）进行PLC程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工。在设计继电器控制系统时，必须在控制线路设计完成后，才能进行控制台（柜）的设计和现场施工。

    四、程序设计的步骤

    程序设计的步骤如下：

    （1）对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统，也可省去这一步。

    （2）设计梯形图。 

    （3）根据梯形图编制程序清单。

    （4）用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。

    （5）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。

    （6）待控制台（柜）及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再重新修改程序或检查接线直到满足要求为止。

    （7）编写技术文件。

    1）计数器组成

    在CPU中保留一块存储区作为计数器计数值存储区，每个计数器占用两个字节，称为计数器字。计数器字中的第0～11位表示计数值（二进制格式），计数范围是0～999。当计数值达到上限999时，累加停止。计数值到达下限0时，将不再减小。对计数器进行置数（设置初始值）操作时，累加器1低字中的内容被装入计数器字。计数器的计数值将以此为初值增加或减小。可以用多种方式为累加器1置数，计数器的格式与图1所示的定时器相似，只是从第12～15位不用。 

    2）计数器梯形图方块指令

    计数器梯形图方块指令介绍见表1。

    表1　计数器梯形图方块指令　

    使用复位指令R可复位计数器。计数器被复位后，其计数值被清零，计数器输出状态也为0（常开触点断开）。计数器的各项操作应按下列顺序（编程顺序）进行：加计数、减计数、计数器置数、计数器复位、使用计数器输出状态信号和读取当前计数值。

    在图2中使用了可逆计数器梯形图方块指令，输入I0.1的每次正跳沿使计数器C10的计数值加1，输入I0.2使计数值减1。计数器C10的状态用于控制输出Q4.0，若C10的数值不为0，则Q4.0为1。给C10预置的初始值放在　MW10中，当I0.3有正跳沿时，该值被置入计数器C10。当I0.4有正跳沿时，计数器C10复位。

图2　可逆计数器梯形图方块指令

    计数器线圈指令

    计数器线圈指令与计数器梯形图指令功能相同，有关内容见表2。

    表2　计数器线圈指令

　　图3以加计数器为例说明计数器线圈指令的用法。它用于对输入I0.2的正跳沿计数。每一个正跳沿使计数器C10的计数值加1。输入I0.1的信号状态从0变为1，则计数器C10被置初始值100，C＃表示以BCD码格式输入一个数值。若没有正跳沿，计数器C10的计数值保持不变。输入I0.3若为1，计数器被复位。计数器C10的计数值若不等于0，则C10输出状态为1，Q4.0也为1。

图3　加计数器线圈指令

    1）定时器的组成

    在CPU的存储器中的定时器区域用于存储定时器的定时时间值。每个定时器为2B，称为定时字。在S7-300中，定时器区为512　B，即多允许使用256个定时器。因为定时器区域的编址（以T开头后跟定时器号，只能按字访问）以及存储格式的特殊性，所以只有通过使用有关的定时器指令才能对该区域进行访问。 

    S7中定时时间由时基和定时值两部分组成，定时时间等于时基与定时值的乘积。当定时器运行时，定时值不断减1，直至减到0，减到0表示定时时间到。定时时间到后会引起定时器触点的动作。

    如图1所示，定时器的第0位到第11位存放二进制格式的定时值，这12位二进制代码表示的数值范围是0～4096，实际使用范围是0～999。第12、13位存放二进制格式的时基，二进制代码00、01、10、11（即值分别为0、1、2、3）分别表示分辨率为0.01　s、0.1　s、1　s、10　s的时基。时基和时间值可以任意组合，以得到不同的定时时间。图7-38中时基为0.1　s，定时值为127。

图1　定时器的组成 

    当定时器启动时，累加器1低字的内容被当作定时时间装入定时字中。这一过程是由操作系统控制自动完成的，用户只需给累加器1装入不同的数值，即可设置需要的定时时间。为累加器1装入数值的指令很多，但在累加器1低字中的数据应符合图2所示的格式。为避免格式错误，*采用下述直观的句法：

    L　W＃16＃wxyz

    其中，w、x、y、z均为十进制数。w为时基，取值为0、1、2或3，分别表示时基为10　ms、100　ms、1　s或10　s，xyz为定时值，取值范围为1～999。

    2）定时器的启动与运行

    PLC中的定时器相当于时间继电器。在使用时间继电器时，要为其设置定时时间，当时间继电器的线圈通电后，时间继电器被启动。若定时时间到，继电器的触点动作。当时间继电器的线圈断电时，也将引起其触点的动作。该触点可以在控制线路中控制其它继电器。

    S7中的定时器与时间继电器的工作特点相似，对定时器同样要设置定时时间，也要启动定时器（使定时器线圈通电）。除此之外，定时器还增加了一些功能，如随时复位定时器、随时重置定时时间（定时器再启动）、查看当前剩余定时时间等。 

    3）定时器梯形图方块指令

    （1）脉冲定时器。如果RLO有正跳沿，则脉冲定时器启动指令，以给出的时间值启动的定时器。只要RLO为1，定时器就保持运行。在定时器运行时，其常开触点闭合，即对该定时器按1扫描的结果为1。当定时时间到，常开触点断开，对1信号的扫描结果为0。若在定时时间过去之前RLO由1变为0，则定时器被复位至启动前的状态，此时定时器的常开触点断开。脉冲定时器梯形图方块指令见表1。 

    表1　脉冲定时器梯形图方块指令

图2是使用脉冲定时器的梯形图编程例子，图中t为设定的时间值。 

图2　脉冲定时器

    扩展脉冲定时器。如果RLO有正跳沿，则扩展脉冲定时器启动指令，以给出的时间值启动的定时器。即使RLO变为0，定时器仍保持运行，直到定时时间到后才停止（定时器被复位）。在定时器运行时，其常开触点闭合。当定时时间到后，则常开触点断开。扩展脉冲定时器、接通延时定时器、保持型接通延时定时器及关断延时定时器除方块图有所区别外（见表3），参数、数据类型和存储区都与脉冲定时器相同。图3是使用扩展脉冲定时器的梯形图编程例子。

    表2　其它定时器梯形图方块指令 

图3　扩展脉冲定时器

    接通延时定时器。如果RLO有正跳沿，则接通延时定时器启动指令，以给出的时间值启动的定时器。当定时时间到后，则常开触点闭合并保持（对1信号的扫描结果为1）。直到RLO变为0，定时器才被复位至启动前的状态，此时定时器的常开触点断开。若在定时时间过去之前RLO由1变为0，则定时器也被复位。图4是使用接通延时定时器的梯形图编程例子。 

图4　接通延时定时器 

    保持型接通延时定时器。如果RLO有正跳沿，则保持型接通延时定时器启动指令，以给出的时间值启动的定时器。即使RLO变为0，定时器仍保持运行。此时，定时器常开触点断开（即对该定时器按1扫描的结果为0），当定时时间到后，常开触点闭合并保持。若RLO再有一个正跳沿，定时器重新启动，只有用复位指令才能复位该定时器。图5是使用保持型接通延时定时器的梯形图编程例子。

图5　保持型接通延时定时器

    （5）关断延时定时器。

    如果RLO有负跳沿，则关断延时定时器启动指令，以给出的时间值启动的定时器。当RLO为1或在定时器运行时，其常开触点闭合（即对该定时器按1扫描的结果为1）。当定时时间到后，则常开触点断开。若在定时时间过去之前RLO由0变为1，则定时器被复位至启动前的状态。一直到RLO从1变为0之前，定时器不再启动（使用FR指令除外）。图6是使用关断延时定时器的梯形图编程的例子。

图6　关断延时定时器

    4）定时器线圈指令

    S7中定时器线圈指令与定时器方块指令相同，有关内容见表3。

    表3　定时器线圈指令

图5是以扩展脉冲定时器为例说明定时器线圈指令的用法的例子。

图5　扩展脉冲定时器线圈指令