河北西门子S7-1200PLC模块代理经销商

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PLC顺序功能图转换实现规则

    (1)转换实现的条件

    顺序功能图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换的实现必须同时满足两个条件。

    ①该转换所有的前级步都是活动步。

    ②相应的转换条件得到满足。

    (2)转换实现应完成的操作

    ①使所有有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步。

    ②使所有有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。

    转换实现的基本规则是根据顺序功能图设计梯形图的基础。在梯形图中，用编程元件代表步，当某步为活动步时，该步对应的编程元件为1状态。
顺序功能图(sequential function chart，SFC)是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是设计PLC顺序控制程序的有力工具。顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以供进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流之用。顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）组成。

    顺序控制设计法基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步(step)，可以用编程元件（例如辅助继电器M和顺序控制继电器S）来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的，在任意一步之内，各输出量的“ON”、“OFF”状态不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的，步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。在顺序功能图中用矩形方框表示步，一般用代表该步的编程元件的元件号作为步的代号，如S0、M0等，这样设计梯形图时较为方便。顺序功能图的组成部分如下。

    (1)初始步

    与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。

    (2)活动步

    当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为活动步。步处于活动状态时，相应的非存储型动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。

    (3)有向连线

    在画顺序功能图时，将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序顺序排列，并用有向连线将它们连接起来。步的活动状态习惯的进展方向是从上到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。

    (4)转换

    转换用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。

    (5)转换条件

    使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，转换条件可以是外部的输入信号，也可以是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器常开触点的接通等，转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制PLC的各输出继电器。
   根据前面的分析，首先考虑的是计数器实现，计数器个数很多（S7-200有256个）需要存储的参数有4个，按照这个要求，计数器实现必须有数量可扩展性，综合考虑各种因素，使用在C8051F020的内部4KB RAM里定义(使用关键字xdata)存储结构体变量的COUNTER来实现。

    结构体COUNTER包括四个成员，分别是计数器设定值(set value)、计数当前值(current value)、计数器位（线圈状态）(action state)以及计数器端前次输入状态(former input)。用户使用的每一个计数器都是一个COUNTER结构体变量。由于计数器的动作都是立即产生的，所以除了指令实现程序之外不需要额外的子程序来实现计数。根据前面对计数器功能及计数原理的分析，可设计出计数器指令的实现程序，使用计数器结构体变量指针以及设定值作为参数。如图1-77所示为加计数器指令CTU实现子程序流程图，类似可得减计数器指令实现子程序设计方法。计数器结构体定义（定时器类似）和指令子程序原型为：

    实现中计数器的个数和定时器个数的处理方法相同，可以根据产品需要进行设计、扩展，只是增加一个计数器或定时器结构体变量而已，多一些定时器或计数器只是多占用一些C8051F020的内部RAM资源而已，当然资源也不是无限的，所以数量也不能太多，但足以满足小型PLC系统的需要。
  首先就是要实现一个实时时钟，在程序中使用C8051F020的TIMERO 16位定时／计数器方式产生1ms定时中断。由于PLC系统中需要1ms定时器个数较少，所以在中断程序中处理PLC的1ms定时器。对于10ms定时器，以变量记录一个扫描周期内10ms总计数。而对于100ms定时器，则是以变量来记录两次定时器指令执行的时间间隔的100ms总计数。

    另外由于S7-200还提供以1s和1min为周期的时钟脉冲，所以系统也在此中断程序中实现。如图1-72所示。

    从PLC系统需要来看，三种PLC的定时器的个数都是不同的，而且由于100ms定时器用户需要使用的多，因此系统需要提供的也多。以S7-200为例，有256个定时器，其中1ms定时器有4个，10ms定时器有16个，其余236个为100ms定时器，并且每种定时器还有具体功能上的分类（通电延时、断电延时、保持型通电延时等）。因此使用C51实现PLC运行系统时就要考虑定时器实现上的可扩展性。另外，由于每个定时器都必须独立运行，相关的参数比较多，例如，定时器的工作状态（启动与否）、相应线圈的动作状态（闭合与否）、定时器的设定值、定时器的当前值等。综合考虑以上因素，可使用在C8051F020内部4KB RAM（使用关键字xdata定义）里存储的结构体变量来实现多个定时器状态及参数的记录。

    结构体TIMER包括5个成员，分别是定时器类型(timer type)、定时器预设值(set value)、定时器当前值(current value)、定时器线圈状态(action state)以及定时器工作状态（启动与否）(working start)。用户使用的每一个定时器都是一个TIMER结构体变量。总结起来，定时器功能实现程序都以C51函数形式提供给上位机，主要包括以下三项。

    ①定时中断服务子程序。使用单片机的定时器TIMERO获得1ms中断，对于1ms定时器处理立刻进行。对于10ms定时器，记录一个扫描周期内的累计计数；对于100ms定时，则记录其指令执行周期内的累计计数，图1-72为定时中断服务子程序流程图。

    ②定时器处理子程序。程序流程图如图1-73所示，程序中使用结构体变量指针作为参数，用户使用几个定时器就在相应位置调用几次此子程序。对于不同分辨率定时器，可使用同一个处理子程序，但是调用此程序的位置不尽相同，对于1ms定时器，子程序应该在1ms中断子程序内调用，1ms定时器个数不能够太多（提供Ims定时器的个数越多，定时中断服务子程序越长，对定时精度影响越大）；对于10ms定时器，需要在每个扫描周期的开始调用定时器处理子程序；对于100ms定时器，则在执行定时器指令的时候，调用定时器处理子程序。对于中断子程序中记录三种定时时段的总计数（见图1-72）的清零处理：1ms累计计数变量在定时中断服务子程序中计到满10次(10ms)时清零，一个扫描周期内10ms累计计数在扫描周期初定时器累加刷新完毕时清零，一个扫描周期内100ms累计计数则在扫描周期后清零（在保证多定时器同时使用的情况下，误差可以降到低）。

    ③定时器指令实现的子程序。指令对三种定时器都是相同的，有三种：TON、TOF以及TONR，分别是通电延时定时器指令、断电延时定时器指令以及保持型通电延时定时器。但是针对三种定时器的类型不同，要进行不同的处理，这一点前面也已经分析过了。

    以TON指令为例，程序流程如图1-74所示，此子程序使用定时器指令的两个参数：固定定时器的结构体变量指针及设定值作为参数，图中虚线框的意思是对于三种定时器都要运行此部分程序。

    用户使用定时器时要注意，由于可以在1ms内的任意时刻启动定时器，预设值必须设为比小要求定时器间隔大一个时间间隔，例如，使用1ms定时器时，为了保证时间间隔至少为56ms，则预设时间值应设为57。10ms、100ms定时器有同样的问题，例如，使用10ms定时器时，为了保证时间间隔至少为140ms，则预设时间值应设为15。使用100ms定时器时，为了保证时间间隔至少为2100ms，则预设时间值应设为22。

    在分析研究S7-200的三种定时器的定时器位及定时器当前值刷新原理的基础上，介绍了如何对于PLC定时器功能及指令进行C51实现，并且给出了关键程序的设计流程图。

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