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PLC 的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器數(shù)量分別見(jiàn)有關(guān)操作手冊(cè)。

7.3 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟

7.3.1 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法

在了解了 PLC 程序結(jié)構(gòu)之后，就要具體地編制程序了。編制 PLC 控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。

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圖解法編程

圖解法是靠畫(huà)圖進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)。常見(jiàn)的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時(shí)序流程圖法和步進(jìn)順控法。

(1) 梯形圖法：梯形圖法是用梯形圖語(yǔ)言去編制 PLC 程序。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。其圖形甚至元件名稱(chēng)都與繼電器控制電路十分相近。這種方法很容易地就可以把原繼電器控制電路移植成 PLC 的梯形圖語(yǔ)言。這對(duì)于熟悉繼電器控制的人來(lái)說(shuō)，反應(yīng)輸入與輸出的關(guān)系。邏輯流程圖法是把系統(tǒng)的工藝流程，用邏輯框圖表示出來(lái)形成系統(tǒng)的邏輯流程圖。這種方法編制的 PLC 控制程序邏輯思路清晰、輸入與輸出的因果關(guān)系及聯(lián)鎖條件明確。邏輯流程圖會(huì)使整個(gè)程序脈絡(luò)清楚，便于分析控制程序，便于查找故障點(diǎn)，便于調(diào)試程序和維修程序。有時(shí)對(duì)一個(gè)復(fù)雜的程序，直接用語(yǔ)句表和用梯形圖編程可能覺(jué)得難以下手，則可以先畫(huà)出邏輯流程圖，再為邏輯流程圖的各個(gè)部分用語(yǔ)句表和梯形圖編制 PLC 應(yīng)用程序。

(3) 時(shí)序流程圖法：時(shí)序流程圖法使首先畫(huà)出控制系統(tǒng)的時(shí)序圖（即到某一個(gè)時(shí)間應(yīng)該進(jìn)行哪項(xiàng)控制的控制時(shí)序圖），再根據(jù)時(shí)序關(guān)系畫(huà)出對(duì)應(yīng)的控制任務(wù)的程序框圖，后把程序框圖寫(xiě)成 PLC 程序。時(shí)序流程圖法很適合于以時(shí)間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的編程方法。

(4) 步進(jìn)順控法：步進(jìn)順控法是在順控指令的配合下設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制程序。一般比較復(fù)雜的程序，都可以分成若干個(gè)功能比較簡(jiǎn)單的程序段，一個(gè)程序段可以看成整個(gè)控制過(guò)程中的一步。從整個(gè)角度去看，一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的控制過(guò)程是由這樣若干個(gè)步組成的。系統(tǒng)控制的任務(wù)實(shí)際上可以認(rèn)為在不同時(shí)刻或者在不同進(jìn)程中去完成對(duì)各個(gè)步的控制。為此，不少 PLC 生產(chǎn)廠家在自己的 PLC 中增加了步進(jìn)順控指令。在畫(huà)完各個(gè)步進(jìn)的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進(jìn)順控指令方便地編寫(xiě)控制程序。

2. 經(jīng)驗(yàn)法編程

經(jīng)驗(yàn)法是運(yùn)用自己的或別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。多數(shù)是設(shè)計(jì)前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗(yàn)程序”。結(jié)合自己工程的情況，對(duì)這些“試驗(yàn)程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。這里所說(shuō)的經(jīng)驗(yàn)，有的是來(lái)自自己的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，有的可能是別人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，就需要日積月累，善于總結(jié)。

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S7-400 是 SIMATIC 控制器家族能強(qiáng)大的 PLC。它可以成功實(shí)現(xiàn)全集成自動(dòng)化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個(gè)用于制造業(yè)和過(guò)程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動(dòng)化平臺(tái)，其主要特點(diǎn)是具有模塊化的結(jié)構(gòu)并擁有性能儲(chǔ)備。

S7-400

• 中端性能范圍內(nèi)功能強(qiáng)大的 PLC
• 可滿(mǎn)足要求極為苛刻的任務(wù)的解決方案
• 全面的模塊和各種性能等級(jí) CPU 可針對(duì)具體自動(dòng)化任務(wù)進(jìn)行調(diào)整
• 可實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，適用十分靈活
• 連接方便
• 通信和聯(lián)網(wǎng)功能
• 操作方便，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不含風(fēng)扇
• 任務(wù)增加時(shí)可順利擴(kuò)展
• 多重計(jì)算：
  多個(gè) CPU 在一個(gè) S7-400 控制器中同時(shí)運(yùn)行。
  多重計(jì)算功能可對(duì) S7-400 的總體性能進(jìn)行分配。例如，可將復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)（如開(kāi)環(huán)控制、計(jì)算或通信）進(jìn)行拆分并分配給不同的 CPU。可以為每個(gè) CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過(guò)功能強(qiáng)大的 S7-400 背板總線(xiàn)和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實(shí)現(xiàn)許多大量通信線(xiàn)路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務(wù)的通信線(xiàn)路、一條用于高性能等距運(yùn)動(dòng)控制組件的通信線(xiàn)路和一條“正常”I/O 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。另外，還可以實(shí)現(xiàn)額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。
• 工程組態(tài)和診斷：
  結(jié)合使用 SIMATIC 工程組態(tài)工具，可極為高效地對(duì) S7-400 進(jìn)行組態(tài)和編程，尤其對(duì)于采用高性能工程組件的廣泛自動(dòng)化任務(wù)。為此，可以使用高級(jí)語(yǔ)言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態(tài)圖和工藝圖的圖形化組態(tài)工具。

S7-400H

• 具有冗余設(shè)計(jì)的高可用性自動(dòng)化系統(tǒng)。
• 用于具有很高故障安全要求的應(yīng)用：
  重新啟動(dòng)成本很高、停產(chǎn)代價(jià)高昂、幾乎不需要監(jiān)視且維護(hù)選項(xiàng)較少的過(guò)程。
• 冗余設(shè)計(jì)的集能
• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置
• 也可使用具有標(biāo)準(zhǔn)可用性的 I/O：?jiǎn)蝹?cè)配置
• 熱后備：發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用設(shè)備。
• 包含 2 個(gè)單獨(dú)機(jī)架或一個(gè)分隔式機(jī)架的配置
• 通過(guò)冗余 PROFIBUS DP 或系統(tǒng)冗余 PROFINET I/O 來(lái)連接切換式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自動(dòng)化系統(tǒng)，適用于具有很高安全要求的工廠
• 符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通過(guò)冗余設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)
• 不對(duì)安全相關(guān) I/O 進(jìn)行額外接線(xiàn)
• 通過(guò)采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 實(shí)現(xiàn)安全通信
• 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 適用于非安全相關(guān)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模塊也可以在自動(dòng)化系統(tǒng)中使用
• 隔離模塊用于在一個(gè) ET 200M 的安全模式下組合使用故障安全模塊和標(biāo)準(zhǔn)模塊。

應(yīng)用

S7-400

SIMATIC S7-400 是中端性能范圍內(nèi)功能強(qiáng)大的 PLC。

SI能范圍內(nèi)要求極為苛刻的任務(wù)的理想解決方案。

SIMATIC S7-400 的應(yīng)用領(lǐng)域包括：

• 汽車(chē)工業(yè)，如裝配線(xiàn)
• 機(jī)械設(shè)備制造，包括機(jī)械設(shè)備制造
• 倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)
• 鋼鐵工業(yè)
• 樓宇管理系統(tǒng)
• 發(fā)電和配電
• 造紙和印刷領(lǐng)域
• 木材加工
• 食品和飲料領(lǐng)域
• 過(guò)程工程，如水務(wù)和污水處理
• 化工和石化領(lǐng)域
• 儀表和控制
• 包裝機(jī)械
• 制藥工業(yè)

由于具有多種性能等級(jí)的 CPU，并有具備大量用戶(hù)友好的功能的廣泛模塊，用戶(hù)可以根據(jù)具體情況執(zhí)行其自動(dòng)化任務(wù)。

任務(wù)擴(kuò)展時(shí)，可通過(guò)附加模塊隨時(shí)對(duì)控制器進(jìn)行擴(kuò)展，成本不會(huì)很高。

SIMATIC S7-400 是一種通用控制器：

• 具有很高電磁兼容性以及抗沖擊性和抗振性，因此擁有*的工業(yè)適用性。
• 可以帶電連接和斷開(kāi)各模塊。

S7-400H

在自動(dòng)化技術(shù)的許多領(lǐng)域中，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的可用性（從而故障安全性）的需求在不斷提高。在許多領(lǐng)域中，設(shè)備停機(jī)會(huì)產(chǎn)生*的成本。此時(shí)，只有冗余系統(tǒng)才能滿(mǎn)足可用性要求。

容錯(cuò)型 SIMATIC S7-400H 即能滿(mǎn)足這些要求。即使在一個(gè)或多個(gè)故障導(dǎo)致控制器的部件出現(xiàn)故障時(shí)，也能繼續(xù)運(yùn)行。通過(guò)以這種方式實(shí)現(xiàn)的可用性讓 SIMATIC S7-400H 尤其適用于以下應(yīng)用領(lǐng)域：

• 控制器發(fā)生故障后重啟會(huì)產(chǎn)生很高費(fèi)用的過(guò)程（通常在過(guò)程工業(yè)中）。
• 停產(chǎn)的代價(jià)十分高昂的過(guò)程。
• 涉及貴重材料的過(guò)程（例如在制藥工業(yè)中）。
• 無(wú)人監(jiān)視的應(yīng)用
• 涉及較少維護(hù)人員的應(yīng)用

S7-400F/FH

SIMATIC S7-400F/FH 故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)可在安全要求較高的工廠中使用。它可對(duì)立即停機(jī)不會(huì)給人員或環(huán)境帶來(lái)危險(xiǎn)的過(guò)程進(jìn)行控制。S7-400F/FH 具有兩種基本設(shè)計(jì)：

• S7-400F：
  故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中發(fā)生故障的情況下，生產(chǎn)過(guò)程會(huì)切換到安全狀態(tài)并中斷。
• S7-400FH：
  故障安全和高可用性自動(dòng)化系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中發(fā)生故障的情況下，冗余控制部分將發(fā)揮作用，繼續(xù)控制生產(chǎn)過(guò)程。

通過(guò)另外使用標(biāo)準(zhǔn)模塊，可以建立一個(gè)全集成控制系統(tǒng)，可在非安全相關(guān)和安全相關(guān)任務(wù)共存的工廠環(huán)境中使用。可以使用相同的標(biāo)準(zhǔn)工具對(duì)整個(gè)工廠進(jìn)行組態(tài)和編程。

西門(mén)子S7-300 PLC是模塊式的PLC，它由以下幾個(gè)部分組成：

(1)處理單元(CPU) 

各種CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點(diǎn)，浙江銷(xiāo)售西門(mén)子S7-400功能模塊，有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU前面板上有狀態(tài)故障指示燈、模式開(kāi)關(guān)、24V電源端子、電池盒與存儲(chǔ)器模塊盒(有的CPU沒(méi)有)。

(2)負(fù)載電源模塊(PS) 

負(fù)載電源模塊用于將AC220V電源轉(zhuǎn)換為DC24V電源，供CPU和I/0模塊使用。額定輸出電流有2A、5A和10A 3種，過(guò)載時(shí)模塊上的LED閃爍。

(3)信號(hào)模塊(SM)

信號(hào)模塊是數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊的總稱(chēng)，它們使不同的過(guò)程信號(hào)電壓或電流與PLC內(nèi)部的信號(hào)電平匹配：信號(hào)模塊主要有數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322。模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸入模塊可以輸入熱電阻、熱電偶、DC4-20mA和DC0-1OV等多種不同類(lèi)型和不同量程的模擬信號(hào)。每個(gè)模塊上有一個(gè)背板總線(xiàn)連接器，現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程信號(hào)連接到前連接器的端子上。

（4）功能模塊（FM）

功能模塊主要用于對(duì)實(shí)時(shí)性和存儲(chǔ)容量要求高的控制任務(wù)，如計(jì)數(shù)器模塊、快速/慢速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定位模塊、伺服電動(dòng)機(jī)定位模塊、未定和連續(xù)路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的接口模塊、稱(chēng)重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等。

（5）通信處理器（CP）

通信處理器用于PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入PROFIBUS-DP、AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等。通信處理器可以減輕CPU處理通信的負(fù)擔(dān)，并減少用戶(hù)對(duì)通信的編程工作。

（6）接口模塊（IM）

接口模塊用于多機(jī)架配置時(shí)鏈接主機(jī)架（CR）和擴(kuò)展機(jī)架（ER）。S7-300通過(guò)分布式的主機(jī)架和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，最多可以配置32個(gè)信號(hào)模塊、功能模塊和通信處理器。

（7）導(dǎo)軌

鋁質(zhì)導(dǎo)軌用來(lái)固定和安裝S7-300上述的各種模塊。