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STEP7编程语言 顺序功能图(SFC)

    顺序功能图( SFC)是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。使用它可以对具有并行、选择等复杂结构的系统进行编程，许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。

    STEP 7中的顺序控制图形编程语言(GRAPH)属于可选的软件包。在这种语言中，工艺过程被划分为若干个顺序出现的步，步中包含控制输出的动作，从一步到另一步的转换由转换条件控制。用GRAPH表达复杂的顺序控制过程非常清晰，用于编程及故障诊断更为有效，使PLC程序的结构更加易读，它特别适合于生产制造过程。STEP 7的GRAPH具有丰富的图形、窗口和缩放功能。系统化的结构和清晰的组织显示使GRAPH对于顺序过程的控制更加有效。

    SFC语言可提供下列功能。

    ①在同一个S7- GRAPH功能块中可同时存在几个顺控器；

    ②步序和转换条件的号码可自由分配；

    ③并行分支与选择分支；

    ④跳转（也可以到其他顺控序列中）：

    ⑤激活／保持步序就可以启动／停止顺序控制的执行。

功能块图( FBD)使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑。一些复杂的功能（例如数学运算功能等）用指令框来表示，这种编程方法，对于有数字电路基础的人很容易掌握。功能块图用类似于与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。

    FBD没有梯形图编程中的触点和线圈，但有与之等价的指令，这些指令是作为盒指令出现的，程序逻辑是由这些盒指令之间的连接决定。也就是说，一条指令（如AND盒）的输出可以用来作为另一条指令（如定时器）的条件，这样可以建立所需要的控制逻辑。这样的连接思想可以解决范围广泛的逻辑间题。FBD编程语言有利于程序流的跟踪，但目前使用较少。

  语句表( STL)编程语言类似于计算机中的助记符语言，它是PLC基础的编程语言。所谓语句表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能。它是一种类似于微机的汇编语言中的文本语言，多条语句组成一个程序段。语句表比较适合经验丰富的程序员使用，可以实现某些不能用梯形图或功能块图表示的功能。与图3-1梯形图相对应的语句表如图3-2所示。

图3-2语句表

   梯形图(LAD)编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。是一种图形语言，比较形象直观，容易掌握，是目前应用广泛的编程语言之一。PLC的梯形图与继电器控制系统梯形图极为相似，只是在使用符号和表达方式上有一定区别，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适合于数字量逻辑控制。

    梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令框组成。触点代表逻辑输入条件，例如外部的开关、按钮和内部编程元件等；线圈通常代表逻辑运算的结果，常用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的标志位等；指令框用来表示定时器、计数器或者数学运算等附加指令。使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图，并将它下载到PLC。

    如图3-1所示为一段梯形图程序，图中触点和线圈等组成的独立电路称为网络(Network)，编程软件自动为网络编号。如图3-2所示为与其对应的语句表。

梯形图按自上而下、从左至右的顺序排列，左边的竖线称为起始母线，也叫左母线，然后按一定的控制要求和规则连接各个触点，后以线圈结束。一般在右边再加上一竖线，这一竖线称为右母线。一个梯形图通常有若干个网络。 

    在分析梯形图时，一个关键概念是“能流”(Power Flow)，这仅是概念上的“能流”。图3-1中，把左边的母线假想为电源“火线”，而把右边的母线假想为电源“零线”。如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励；如果没有“能流”，则线圈未被激励。

    “能流”可以通过被激励(ON)的常开触点和未被激励(OFF)的常闭触点自左向右流。“能流”在任何时候都不会通过触点自右向左流。如图3-1中，当I0.0和I0.1或Q4.0和I0.1触点都接通后，线圈Q4.0才能接通（被激励），只要其中一个接点不接通，线圈就不会接通。

    要强调指出的是，引入“能流”的概念，仅仅是为了便于分析梯形图程序，其实“能流”在梯形图中是不存在的。

    梯形图中的触点和线圈可以使用物理地址，如I0.1、Q4.0等。如果在符号表中对某些地址定义了符号，例如定义I0.0的符号为“启动”，在程序中可用符号地址“启动”来代替物理地址I0.0，这样使程序易于阅读和理解。

    用户可以在网络号的右边加上网络的标题，在网络号的下面为网络加上注释。还可以选择在梯形图下面自动加上该网络中使用符号的信息。

分布式PLC控制扩展系统用于系统规模较大、控制对象分散、PLC的*控制器与控制对象的I/O距离较远、需要PLC对远程I/O进行控制的场合。在这种情况下，PLC的*控制器与相应的操作、显示面板，I/O模块等统一安装于控制柜（或控制室）内；分散的I/O点按照相对集中的原则，连接到各个远程扩展单元上，从而组成分布式（或远程I/O控制）PLC扩展系统。

    分布式PLC控制扩展系统可以用于模块间安装距离大于3m的场合，可采用以下3种扩展形式。

    (1)简易I/O扩展

    与集中式扩展一样，这是一种仅用于PLC基本I/O扩展的连接形式，扩展单元与*单元间只连接并行I/O连接总线（P总线），扩展单元上可以安装的模块功能受到局限。

    采用简易I/O扩展的PLC，*单元上每安装一个接口模块，可多连接8个扩展单元；*单元多可以安装6个接口模块，但是，系统多扩展单元连接数不能超过21个；远连接距离为605m。为了降低系统的成本，扩展时应选择ER型简易扩展机架与相应的扩展接口模块。

    (2)标准扩展

    与集中式扩展一样，这是一种用于PLC扩展的标准连接形式，扩展单元与*单元间有完整的并行I/O连接总线（P总线）与通信总线（C总线），总线连接的功能不受任何限制，因此，扩展机架可以安装任何S7-400系列的I/O模块与功能模块。

    采用标准扩展的PLC，*单元上每安装一个接口模块，可多连接8个扩展单元；*单元多可以安装6个接口模块，但是，系统多扩展单元连接数不能超过21个；远连接距离为102.25m。扩展时应选择UR扩展机架与相应的扩展接口模块。

    (3) S5系列扩展

    这是一种用于S7-400 PLC与早期的S5系列PLC扩展单元连接的扩展形式，S5扩展单元与S7*单元间有完整的并行I/O连接总线（P总线）与通信总线（C总线）转换接口模块，扩展机架可以选择S5系列机架并安装S5系列的I/O模块与功能模块。

    采用S5系列扩展的PLC，*单元上每安装一个接口模块，可多连接8个扩展单元，*单元多可以安装4个接口模块，系统多S5扩展单元连接数为32个，远连接距离为600m。扩展时应选择后述的UR型扩展机架与相应的扩展接口模块。

    (4)分布式扩展连接要点

    分布式扩展的连接形式与图2-56相似，其主要区别在于所使用的接口模块型号、*控制单元上接口的安装数量、连接电缆的型号、连接功能（连接总线）、扩展单元的型号与连接距离等方面。

    分布式扩展连接时应重点注意以下几点：

    ①当*控制单元与扩展单元间进行分布式简易扩展连接时，用IM460-4/IM461-4接口模块，接口模块间只连接PLC的并行I/O连接总线（P总线），而不连接通信总线（C总线），因此，扩展单元安装模块的功能受到限制；

    ②当连接S5系列扩展单元时，*控制单元多可以安装的接口模块（IM463-2模块）数为4个，其余情况均为6个；

    ③扩展单元均可以采用“串联”式扩展（包括简易扩展连接），高“串联”扩展级数为4级，后一个接口模块的输出接口上应安装“终端连接器”；

    ④整个PLC多可以连接的S7系列扩展单元的数量为21个，但连接S5系列扩展单元为32个；

    ⑤分布式扩展的接口模块均不提供DC5V电源，扩展单元必须单独安装PS电源模块。

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