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西门子S7-300系列PLC的指令系统和编程规则 

STEP7是与西门子公司SIMATIC　S7系列

plc

相配套的支持用户开发应用程序的软件包，在STEP7中，S7系列PLC的编程语言非常丰富，有LAD（梯形图），STL（语句表），SCL（标准控制语言），GRAPH（顺序控制），HiGraph（状态图），CFC（连续功能图），C　for　S7（C　语言）等，用户可以选择一种语言编程，如果需要，也可混合使用几种语言编程。这些编程语言都是面向用户的，它使控制程序的编写工作大大简化，对用户来说，开发、输入、调试和修改程序极为方便。

本文主要介绍常用的语句表和梯形图编程语言。STEP7标准软件包支持这两种编程语言的互相转换。语句表和梯形图语言是一个完备的指令系统，支持结构化编程方法。指令系统包括二进制操作、数字运算、组织功能和功能块编程等。二进制操作又称为位逻辑操作，它可以对二进制操作数的信号进行扫描并完成逻辑运算。

西门子S7-300系列PLC的基本指令系统包括位逻辑指令、定时器与计数器指令、数据处理功能指令、数据运算指令和控制指令。

一、指令及其结构

指令时程序的最小独立单元，用户程序是由若干条顺序排列的指令构成的。对应语句表和梯形图两种编程语言，指令也有语句指令与梯形逻辑指令之分。他们的表达形式不同，但表示的内容是相同或类似的。

1、指令的组成

1）语句指令

一条指令由一个操作码和一个操作数组成，操作数由标识符和参数组成。操作码定义要执行的功能，它告诉CPU该做什么；操作数为执行该操作所需要的信息，它告诉CPU用什么去做。有些语句指令不带操作数，它们操作的对象是惟一的。

2）梯形逻辑指令

梯形逻辑指令用图形元素表示PLC要完成的操作。在梯形逻辑指令中，其操作码是用图素表示的，该图素形象地表明CPU做什么，其操作数的表示方法与语句指令相同。梯形逻辑指令也可不带操作数。

2、操作数

1）标识符及表示参数

指令的操作数一般位于PLC的存储器中，此时操作数由操作数标识符和参数组成。操作数标识符告诉处理器操作数放在存储器的哪个区域及操作数位数；标识参数则进一步说明操作数在该存储区域内的具体位置。

操作数标识符由主标识符和辅助标识符组成。主标识符表示操作数所在的存储区，辅助标识符进一步说明操作数的位数长度。若没有辅助标识符，则指操作数的位数是1位。

主标识符有I（输入过程映像存储区）、Q（输出过程映像存储区）、M（位存储区）、PI（外部输入）、PQ（外部输出）、T（定时器）、C（计数器）、DB（数据块）、L（本地数据）等；辅助标识符有X（位）、B（字节）、W（字——2字节）、D（双字——4字节）。PLC物理存储器是以字节为单位的，所以存储单元规定为字节单元。位地址参数用一个点与字节地址分开，如M　10.1。当操作数长度是字或双字时，标识符后给出的标识参数是字或双字内的最低字节单元号。当使用宽度为字或双字的地址时，应保证没有生成任何重叠的字节分配，以免造成数据读写错误。图1给出了字节、字、双字的相互关系及表示方法。

图1　以字节单元为基准标记存储器存储单元

S7　PLC的存储区及其功能见表7-4，表中给出的最大地址范围不一定是实际可使用的地址范围，可使用的地址范围由CPU得型号和硬件配置决定。

表1　存储区及其功能

2）操作数的表示方法

在STEP7中，操作数有两种表示方法：一是物理地址（地址）表示法，二是符号地址表示法。用物理地址表示操作数时，要明确指出操作数所在的存储区，该操作数的位数和具体位置。例如，Q4.0是用物理地址表示的操作数，其中Q表示这是一个在输出过程映像区中的输出位，具体位置是第4个字节的第0位。

STEP7允许用符号地址表示操作数，如Q4.0可用符号名MOTOR_ON替代表示，符号名必须先定义后使用，而且符号名必须是惟一的，不能重名。定义符号时，需要指明操作数所在的存储区，操作数的位数、具体位置及数据类型。

在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中 的这些自动控制问题，若采用可编程序控制器（PLC）来解决自动控制问题已成为较有效的工具之一。

    硬件选购目前市场上的PLC产品众多，除国产品牌外，国外有：日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德国的SIEMENS，韩国的LG等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比 越来越高，这是众多技术人员选用PLC的重要原因。

    那么，如何选购PLC产品呢?

      1、系统规模首先应确定系统用PLC单机控制，还是用PLC形成网络，由此计算PLC输入、输出点。数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量（10%）。

     2、确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。

     3、存储容量与速度尽管国外各厂家的PLC产品大体相同，但也有一定的区别。目前还未发现各公司之间*兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同，而用户 程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的PLC价格就越高，但应该根据系统的大小合理选用PLC产品。

     4、编程器的选购PLC编程可采用三种方式：

    是用一般的手持编程器编程，它只能用商家规定语句表中的语句编程。这种方式效率低，但对于系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低。

    是用图形编程器编程，该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高。

     是用IBM个人计算机加PLC软件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试。

    因此，应根据系统的大小与难易，开发周期的长短以及资金的情况合理选购PLC产品。

       5、尽量选用大公司的产品其质量有保障，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于你的产品扩展与软件升级。

小型PLC的现状和发展趋势 PLC的分类

随着自动化程度的提高，小型plc的应用领域比以前更为广泛，越来越多的行业开始使用小型PLC。小型PLC产品更加多元化，不仅有知名度很高的国际，国内一些自动化企业也看到小型PLC广大的市场，纷纷推出自主的小型PLC产品，这为不同细分市场的中国用户提供了更多的选择。 

　　我个人还是建议大家使用知名的产品，因为，从技术角度来讲，保证PLC在复杂的工业环境下的高可靠性仍然是很多新加入小型PLC领域的厂家面临的技术难题。从创新角度来讲，持续的大规模的研发投入是不断创新，满足市场的日益增长的需求的保证，而这种投入对许多厂家来说也是很大的考验。从市场开发角度来看，大厂商拥有明显的强势行业和领域，拥有优势行业的核心技术，成熟的解决方案，和适合行业和市场开发的销售网络。西门子小型PLC经过十多年的市场考验，品牌与服务已经得到了市场的广泛认可，这不仅靠市场宣传，更靠优秀的产品品质和完整的解决方案。 

　　近几年自动化产品用户除了可靠稳定性、性价比等因素之外，越来越重视项目的维护成本，现在中国用户都已将维护成本列入整个自动化系统的成本中。西门子小型PLC为用户提供灵活多样的远程服务解决方案，可以基于固定电话，网络，GPRS无线通讯等，为客户后期维护节约可观的成本。为了进一步为广大用户降低成本，2005年，西门子成功完成了S7-200PLC的本地化生产，同时还本地化生产了S7-200PLC触摸屏KTP-178和四行中文文本显示器TD400，进一步提高了西门子小型PLC整体解决方案的性价比，开放性已达到同类品牌中型机水平，支持PPI、RS-485、Profibus－DP、以太网等多种通讯协议，保证了*的无缝连接。 
　 我认为小型PLC的*会持续保持快速的发展。随着中国加入WTO，出口额逐年提高，中国正逐步成为全球机械设备的制造基地，使得国内OEM厂商迅猛发展。一些OEM厂商为了避免激烈竞争，追求更高的利润，将用小型PLC替代继电器或单片机控制方案。而且，小型PLC不再仅仅进行单机单站的控制，工厂信息化的潮流将会使更多的生产设备联网，进行集中监控。西门子小型PLC开放的平台为工厂生产设备联网和工厂信息化提供了可能性，使客户无需增加额外的硬件投资即可实现联网。

PLC及其体系结构

2.1plc的定义plc称为可编程序控制器，它是按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品，是一种数字运算操作的电子计算机。它是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算术运算等控制程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出部件，对生产设备和生产过程进行控制的装置。 

2.2plc的发展历程1969年dec公司按照gm（美国通用汽车公司）的要求研制了世界上*台plc并且在gm公司得到成功的应用。此后公司使plc商品化。plc是专门设计出来用于同继电器产品竞争并逐步取代了传统的继电器。plc作为一种工业计算机，经历了以下几个发展的历程。 

1969－1972为*阶段，是plc的初期阶段，在该阶段的各厂家的plc差别很大、没有统一的硬件和软件标准、功能简单、性强，硬件主要以分离元件为主，体积较大、性能较差、可靠性不高。 

1972-为第二阶段，在该阶段plc逐步演化为一种的工业计算机，可靠性大大提高，成本大幅度降低，面向过程的梯形图和语句表语言面世，系统逐步向标准化过渡，这些都为plc的普及奠定了基础。 

1981-至今，iec正式发表了plc的标准，各厂家的plc都向规范化发展。梯形图、语句表、sfc语言已经成熟，同时还有和高级编程语言的接口，其存储能力、运算速度、对模拟量的处理功能已经大大加强，现在的大中型plc已经具有以前dcs所“*”的经典pid算法、斜坡函数、自适应算法、模糊控制等算法。 

2.3 plc特点和功能 

（1）plc的主要特点。plc的特点是：工作可靠、运行速度快、积木式结构、组合灵活、良好的兼容性、程序编制及生成简单、丰富、网络功能强。 

（2）plc的主要功能。plc系统能很好的完成工业实时顺序控制、条件控制、记数控制、步进控制等功能；能够完成模/数（a/d）、数/模（d/a）转换、数据处理、通讯联网、实时监控等功能。 

多年的实践表明，plc耐用、可靠，是专为工厂设计的，具有根据工作环境要求加固的元件，实时扫描实践及故障诊断功能，故障排除简便，深得用户偏爱。 

plc如此可靠的原因是一个可执行继电器逻辑、顺序功能图、功能块、结构文本、命令目录或其组合的实时核心或操作系统。若出现故障，其内置安全装置能保持机械受损，且能保持有序、有预见的顺序。 

2.4 plc的发展趋势 

      有极快的逻辑运算和*的逻辑控制、顺序控制能力，在离散控制中有的可靠性，方便简单易学的编程方法，使其在以离散为主的工业自动化领域中有*的领导地位。

全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有plc，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软plc(softplc)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有softplc组态软件和基于工业pc控制系统的*正在逐步得到增长，这些事实使传统plc供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对现实，在传统plc的技术发展与提高方面做出更加开放的高姿态。对于控制软件来讲，这是plc控制器的核心，plc供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积极。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将plc融入更加开放的工业控制行业。

　　（6）过程控制和管理功能。随着plc、dcs和ipc（工业现场控制用计算机）之间的竞争逐步加强，各plc厂家正在逐步将传统dcs所*的过程控制功能逐步移植到plc中，使其在过程控制领域能够与dcs进行竞争，这方面plc已经取得了很大的成果。为了满足生产管理的需要,各plc厂家也在其软件开发上增加了管理软件，通过与其plc 的实时通讯采集现场数据 
并通过相应的软件完成生产管理所需要的管理功能。

利用PLC进行程序编制时，为了减少指令条数，节省内存和提高运行速度，应掌握以下编程技巧。

(1)把串联触点多的电路编在上方，如图8-4所示，可见（b）形式减少使用ORB指令或多重输出指令等。

(2)并联触点多的电路放在左边，如图8-5所示，可见（b）形式减少使用ANB指令。

(3)多重输出电路，将串联接点多的电路放在下边，如图8-6所示，可以不使用MPS、MPP指令等。

(4)如果电路复杂，采用ANB、ORB等指令实现比较困难时，可以重复使用一些触点改成等效电路，再进行编程，如图8-7所示。

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