第7章S7-1200PLC的編程規范和程序設計7.4數據尋址7.5編程指令7.3S7-1200PLC的編程元件7.1S7-1200PLC的編程語言7.2S7-1200PLC的數據類型與存儲區域7.6典型PLC程序設計7.1S7-1200PLC的編程語言7.1S7-1200PLC的編程語言編程語言是PLC核心組件，各廠家提供梯形圖、功能塊圖、語句表等多樣語言以適配不同用戶需求。雖同廠家不同編程語言程序可轉換，但跨廠家同類型程序不可互換，限制了PLC的開放性、可移植性和互換性。為此，IEC制定了IEC61131-3國際標準，整合各廠家語言優勢，形成工業控制系統通用編程標準，推動PLC編程語言全球化規范。目前，多數PLC廠商已遵循此標準。IEC61131-3涵蓋三種圖形化語言（梯形圖、功能塊圖、順序功能圖）及兩種文本語言（指令表、結構化文本）。S7-1200PLC支持梯形圖、功能塊圖和結構化控制語言（SCL）。鑒于不同語言特點及應用場景差異，以及國內用戶對LAD的偏好和SCL在數據處理方面的優勢，本教材將重點基于LAD和SCL介紹S7-1200PLC指令與程序。7.2S7-1200PLC的數據類型與

存儲區域7.2.1數據類型S7-1200PLC中數值數據類型包括位、位序列、整數、浮點數及時間等,見表7-1。7.2.1數據類型舉例:在PLC中創建一個DB塊,并將屬性設置為標準DB塊,在DB1塊中創建字符串“string1”“string2”和字符“char1”,并賦予起始值,如圖7-1所示。數據類型為String的字符串“string1”,沒有定義具體字符數量。通過仿真查看DB塊偏移地址可見該字符串占用256字節;查看字符串第一個字節,最多存儲字符總數量為254個,第二個字節有效字符數量為7個(simatic),其余位置填充空字符“$00”,填滿254個字符,如圖7-2所示。7.2.2數據存儲區1.存儲區的分類S7-1200的內部存儲區分為裝載存儲區、工作存儲區和保持性存儲區三種。CPU的M存儲區、全局數據塊中的數據可以使用保持性存儲區存儲。(1)M存儲區用戶可以在“PLC變量”標簽頁中,單擊“保持”按鈕來設定M存儲區的保持范圍,為從MB0開始的連續字節數,例如設置10,則保持范圍為MB0~MB9共10個字節,無法設置多個保持范圍,如圖7-3所示。(2)全局數據塊全局數據塊也分為優化和標準兩種。使用優化的全局數據塊能夠最優化地利用CPU內部的數據存儲區,可以分別指定其內部每個變量的保存特性。使用標準的全局數據塊,只能對其整體指定一種保持特性。新建的數據塊默認為優化的全局數據塊,可以在數據塊右鍵屬性中修改,將“優化的塊訪問”選擇框取消,就設置為標準

的塊訪問,如圖7-4所示。打開數據塊,通過勾選“保持”設置變量的保持特性,如圖7-5所示。7.2.2數據存儲區2.存儲區的編址格式存儲器是由許多存儲單元組成的,每個存儲單元都有唯一的地址,可以依據存儲器地址來存取數據。S7-1200PLC的存儲單元按字節進行編址,數據區存儲器地址的表示格式有位、字節、字、雙字地址格式。數據區存儲器區域的字節、字、雙字地址格式由區域標識符、數據長度以及該字節、字或雙字的起始字節地址構成。例如,IB2表示輸入字節,由I2.0~I2.7這8位組成。圖7-6中,用MB100、MW100、MD100分別表示字節、字、雙字的地址。MW100表示由MB100、MB101相鄰的兩個字節組成的一個字,MD100表示由MB100~MB103四個字節組成的一個雙字,100為起始字節地址。7.3S7-1200PLC的編程元件7.3S7-1200PLC的編程元件PLC的數據區存儲器區域在系統軟件的管理下,劃分出若干小區,并將這些小區賦予不同的功能,由此組成了各種內部元件,這些內部元件就是PLC的編程元件。軟繼電器的特點如下:軟繼電器是看不見、摸不著的,沒有實際的物理觸點。每個軟繼電器可提供無限多個常開觸點和常閉觸點,可放在同一程序的任何地方,即其觸點可以無限次地使用。體積小、功耗低、壽命長。S7-1200PLC提供的編程元件地址區分類及表示符號見表7-2。尋址的有效范圍見表5-1。7.4數據尋址7.4.1I/O尋址S7-1200CPU提供兩種I/O訪問方法:過程映像訪問和直接物理訪問,如圖7-7所示。過程映像訪問是使用地址標識符I/Q訪問CPU的過程映像區。采用過程映像訪問,可以保證在一個掃描周期內的信號一致性。直接物理訪問是在I/O地址后附加“:P”,直接訪問物理輸入、輸出點。對于實時性要求高的輸入、輸出地址訪問可以采用直接物理訪問。不論過程映像訪問還是直接物理訪問,都可以按位、字節、字或雙字進行I/O訪問。過程映像是可讀可寫的。對過程映像I區的寫訪問可能會造成掃描周期內I區信號的不一致現象。I:P為只讀訪問,使用I:P訪問不會影響存儲在過程映像I區的相應值。Q:P為只寫訪問,使用Q:P訪問會同時更新過程映像Q區的相應值。7.4.2存儲區尋址1.全局DB訪問設置數據塊訪問方式的設置,參考圖7-4。不同訪問方式的DB,內部變量的訪問也不同,如圖7-8所示。2.背景DB訪問設置背景DB的訪問方式由其所屬的FB的訪問方式決定:如果FB為標準訪問,則其背景DB是標準DB;如果FB為優化訪問,則其背景DB是優化DB。FB的訪問方式在其“屬性”中設置,如圖7-9所示,選中“優化的塊訪問”則該FB塊是優化訪問的。7.4.2存儲區尋址3.L區訪問設置S7-1200CPU的所有OB都是優化訪問的,FB/FC的訪問方式在其“屬性”中設置,如圖7-9所示。優化訪問的程序塊中的L區變量只能使用符號訪問;標準訪問的FB/FC中L區變量可以使用符號訪問和絕對地址訪問。SCL語言編輯的程序塊中,只能使用符號訪問。4.標準DB和優化DB對比在TIA博途軟件中,為S7-1200CPU添加一個DB時,其默認屬性為優化DB,標準DB與優化DB的整體對比,見表7-3。S7-1200CPU中,標準DB與優化的DB在PLC中按照圖7-10所示方式存儲。在優化DB中地址偏移不可見,大的數據類型在塊的開始區域放置,小的數據類型在塊的末端優化放置。7.4.3間接尋址1.普通數組間接尋址S7-1200PLC之前,比如S7-200PLC,是沒有數組格式數據的,只能用寄存器存放地址,通過寄存器數據的加減改變地址,訪問對應地址的數據,這就是間接尋址。S7-1200PLC從固件版本V2.0開始就支持數組下標使用變量的方式,這就意味著數組是最方便的間接尋址的方法,通過改變下標變量實現各式各樣的功能。通常數組間接尋址都是使用SCL進行編程,因為這往往伴隨著FOR循環方便實現。但這不意味著LAD無法實現,只是沒有SCL編程方便。例如,實現將DB中整數數組“DataIn_1”中數值元素1~10和“DataIn_2”中數值元素11~20,如圖7-11所示,分別送入“DataOut_1”和“DataOut_2”中。7.4.3間接尋址1.普通數組間接尋址首先定義創建函數FC1,并定義形參,如圖7-12(a)所示。編寫的LAD程序和SCL程序如圖7-12(b)所示。在OB1中調

用FC1的程序如圖7-12(c)所示。仿真結果如圖7-12(d)所示。從LAD程序和SCL程序的結構可以明顯看出,SCL在PLC的程序控制和數據處理上的優勢。圖7-12LAD和SCL編程數組尋址7.4.3間接尋址2.輸入I、輸出Q數組間接尋址在PLC變量表中I、Q是不能直接定義為數組的,但是從CPUV4.0固件以后,I、Q可以定義為PLC數據類型,這樣在PLC數據類型中定義數組,間接使得I、Q成為數組數據類型,方便間接尋址,無須再使用PEEK指令。輸入I變量定義數組步驟包括:創建PLC數據類型,如圖7-13所示;添加PLC變量,如圖7-14所示。定義之后,在程序中就可以對輸入I進行數組尋址操作。將CPU1214C本體的起始地址I0.0的10個I點的值,分別送入DB1的10個Bool的數組的每一個元素,程序如圖7-15所示。7.4.3間接尋址3.Slice訪問(片段訪問)Slice訪問支持I/Q/M/DB等地址區,使用符號方式對操作數按位、字節、字進行訪問,而無須對訪問的目標地址進行定義。通常針對Byte、Word及DWord等數據類型的變量進行片段訪問,此外也可以對INT、DINT等整數數據類型的變量進行片段訪問。DB中變量“Variable”的數據類型是DWord,如圖7-16所示,可以通過Variable.w1訪問其第二字,可以通過Variable.x3訪問其第四位。7.4.3間接尋址4.PEEK/PORK指令S7-1200PLC的PEEK/POKE指令,可以實現對I/O、M存儲器和數據塊的讀取或寫入。而通過POKE_BLK指令,還可以實現數據區域的復制或移動。將CPU1214C本體的起始地址I0.0的14個I點的值,分別送入DB1的14個Bool的數組的每一個元素,程序以及仿真結果如圖7-17所示。本示例和圖7-15所示的示例效果是一致的,采用了兩種方法。使用POKE_BLK指令編寫程序,將DB2.DBW0開始的10個整數值(1~10)寫入MW10開始的地址中,程序以及仿真結果如圖7-18所示。7.5編程指令7.5編程指令1.位邏輯運算2.定時器和計數器3.比較指令4.移動指令5.程序控制指令使用位邏輯運算指令,可以實現最基本的位邏輯的操作,包括常開、常閉、置位、復位、沿指令等。位邏輯運算指令匯總見表7-4。使用位邏輯運算指令,可以實現最基本的位邏輯的操作,包括常開、常閉、置位、復位、沿指令等。位邏輯運算指令匯總見表7-4。7.5編程指令1.位邏輯運算3.比較指令4.移動指令5.程序控制指令使用位邏輯運算指令,可以實現最基本的位邏輯的操作,包括常開、常閉、置位、復位、沿指令等。位邏輯運算指令匯總見表7-4。S7-1200PLC的定時器為IEC定時器,用戶程序中可以使用的定時器數量僅僅受CPU的存儲器容量限制。使用定時器需要使用定時器相關的背景數據塊或者數據類型為IEC_TIMER的DB變量。定時器指令匯總見表7-5。S7-1200PLC的計數器和定時器一樣為IEC計數器,用戶程序中可以使用的計數器數量也是受CPU的存儲器容量限制。S7-1200PLC的計數器包含3種計數器:加計數器(CTU)、減計數器(CTD)、加減計數器(CTUD),對于每種計數器,計數值可以是任何整數數據類型,并且需要使用每種整數對應的數據類型的DB結構或背景數據塊來存儲計數器數據。2.定時器和計數器7.5編程指令1.位邏輯運算2.定時器和計數器3.比較指令4.移動指令5.程序控制指令使用位邏輯運算指令,可以實現最基本的位邏輯的操作,包括常開、常閉、置位、復位、沿指令等。位邏輯運算指令匯總見表7-4。比較指令主要用于數值的比較以及數據類型的比較,具體指令說明見表7-6。7.5編程指令1.位邏輯運算2.定時器和計數器3.比較指令4.移動指令5.程序控制指令使用位邏輯運算指令,可以實現最基本的位邏輯的操作,包括常開、常閉、置位、復位、沿指令等。位邏輯運算指令匯總見表7-4。移動操作指令主要用于各種數據的移動、相同數據的不同排列的轉換,以及實現S7-1200PLC的間接尋址功能部分的移動操作。常用的移動操作指令匯總見表7-7。7.5編程指令1.位邏輯運算2.定時器和計數器3.比較指令4.移動指令使用位邏輯運算指令,可以實現最基本的位邏輯的操作,包括常開、常閉、置位、復位、沿指令等。位邏輯運算指令匯總見表7-4。程序控制指令包含程序跳轉、程序退出、SCL的主要控制語句、錯誤處理等指令,具體指令匯總見表7-8。5.程序控制指令7.6典型PLC程序設計7.6.1開關量邏輯控制程序設計1.確定輸入、輸出點2.選擇S7-1200PLC的CPU型號3.輸入、輸出點分配4.畫出PLC的輸入輸出接線圖5.編寫程序根據繼電器接觸器原理圖的分析,自動正反轉循環控制的輸入點和輸出點統計見表7-9。7.6.1開關量邏輯控制程序設計1.確定輸入、輸出點3.輸入、輸出點分配4.畫出PLC的輸入輸出接線圖5.編寫程序選用CPU1212CDC/DC/RLY進行控制。該CPU本體集成有8個DI,6個DQ,滿足需要。2.選擇S7-1200PLC的CPU型號7.6.1開關量邏輯控制程序設計1.確定輸入、輸出點2.選擇S7-1200PLC的CPU型號3.輸入、輸出點分配4.畫出PLC的輸入輸出接線圖5.編寫程序輸入、輸出點分配見表7-10。7.6.1開關量邏輯控制程序設計1.確定輸入、輸出點2.選擇S7-1200PLC的CPU型號3.輸入、輸出點分配5.編寫程序I/O接線圖如圖7-19所示。4.畫出PLC的輸入輸出接線圖7.6.1開關量邏輯控制程序設計1.確定輸入、輸出點2.選擇S7-1200PLC的CPU型號3.輸入、輸出點分配4.畫出PLC的輸入輸出接線圖5.編寫程序在用TIAPortal軟件編寫程序之前,需要在“PLC變量表”里添加所用到的變量,并寫上具體名稱,如圖7-20所示。編寫的程序如圖7-21所示,在變量表里

添加的輸入點和輸出點名稱全部映射到LAD程序中,對于理解和后期維護非常方便。7.6.2模擬量控制程序設計1.數據轉換模擬量數據轉換原理見第5章的5.3.2節模擬量模塊,用PLC程序實現時,首先需要對通道進行組態,如圖7-22所示。測量類型選擇是“電壓”還是“電流”,本例選擇電流。電流范圍選擇是“0~20mA”還是“4~20mA”,本例選擇“0~20mA”,其他參數默認設置。與開關量相似的操作不再贅述,比如添加變量名稱。其次進行程序編寫,如圖7-23所示。7.6.2模擬量控制程序設計2.PID控制PID功能用于對閉環過程進行控制。PID控制適用于溫度、壓力、流量等物理量,是工業現場中應用最為廣泛的一種控制方式,其原理是對被控對象設定一個給定值,然后將實際值測量出來,并與給定值比較,將其差值送入PID控制器,PID控制器按照一定的運算規律,計算出結果,即為輸出值,送到執行器進行調節,其中的P、I、D指的是比例、積分、微分,是閉環控制的一種算法。通過這些參數,可以使被控對象追隨給定值變化并使系統達到穩定,自動消除各種干擾對控制過程的影響。S7-1200PLC提供的PID控制器回路數量受到CPU的工作內存及支持DB塊數量限制。PID指令塊與其相對應的工藝對象背景數據塊組合使用,形成完整的PID控制器。PID控制器結構如圖7-24所示。7.6.2模擬量控制程序設計2.PID控制以恒溫控制為例進行S7-1200PLC的設置與程序設計。模擬量輸入、輸出處理已在數據轉換中介紹,下面主要介紹PID的設置和程序設計。新建循環組織塊OB30,循環時間選擇默認值100ms,如圖7-25所示。新建PID指令,在TIAProtal軟件中使用PID功能,有兩種方式添加PID的指令。方式一:通過在工藝對象中添加新對象,在彈出的“新增對象”對話框中,左側豎列選擇“PID”后,對話框中間部分對于“CompactPID”版本的選擇,如圖7-26所示。方式二:當程序處于編程界面時,右側指令欄中在工藝>PID控制>CompactPID指令>版本選擇,如圖7-27所示。7.6.2模擬量控制程序設計2.PID控制對工藝對象進行組態,如圖7-28所示,包括基本設置、過程值設置和高級設置。在基本設置中定義溫度控制類型[圖7-28(a)];定義PID輸入、輸出實際過程值來源為模擬量通道[圖7-28(b)];定義過程值的轉換標準[圖7-28(c)];定義PID參數[圖7-18(d)]。還有其他參數根據需要設置。7.6.2模擬量控制程序設計2.PID控制調用通用PID控制器PID_Compact函數,完成程序編寫,如圖7-29所示,寫入恒溫的溫度值50℃。根據圖7-28(b)所示寫入輸入、輸出通道。其他參數根據需要設置。PID控制器能否正常運行,需要設置符合實際運行系統及工藝要求的參數。由于每套系統都不完全一樣,所以,每套系統的控制參數也不相同。可通過參數訪問方式手動調試,在調試面板中觀察曲線圖后修改對應的PID參數。也可使用系統提供的參數自整定功能,PID自整定是按照一定的數學算法,通過外部輸入信號激勵系統,并根據系統的反應方式來確定PID參數。7.6.3通信數據程序設計1.通信模塊與設備通信設備端通信接口主要是RS485串口,也有CAN接口。如果是CAN接口,在具體工程應用中一般采用CAN轉485串口模塊,將其轉換成RS485串口通信接口。RS485串口的主要通信協議為ModbusRTU。S7-1200PLC系列CPU能夠擴展的串口數量有4個,本節首先介紹采用PLC通信模塊和設備進行ModbusRTU通信。Modbus具有兩種串行傳輸模式:分別為ModbusASCII和ModbusRTU。TIAPortalV13SP1版本開始,軟件中提供了兩個版本的ModbusRTU指令集,如圖7-30所示。7.6.3通信數據程序設計1.通信模塊與設備通信以某船舶主發電機控制箱的Modbus通信協議為例(圖7-31)進行S7-1200PLC的設置與程序設計。7.6.3通信數據程序設計1.通信模塊與設備通信首先在TIAPortal軟件中進行RS485通信模塊組態,如圖7-32所示。組態的信息要和圖7-31所示的協議一致。其次設置系統存儲器,S7-1200PLC提供了系統和時鐘存儲器功能,為了便于后續指令使用,需要使能該功能。如圖7-33所示。7.6.3通信數據程序設計1.通信模塊與設備通信在OB31中拖入Modbus_Comm_Load指令和Modbus_Master指令。如圖7-34所示。程序段1是初始化,定義通信模塊和通信接口;程序段2是讀取站點10,起始地址是30001的10個數據,并將數據存放在數據塊DB4中的數組“ReadData”中;程序段3是當5s內接收不到新的數據時,將“ReadData”的數據復位為0。7.6.3通信數據程序設計1.通信模塊與設備通信當ModbusRTU網絡中存在多個ModbusRTU從站或一個ModbusRTU從站同時需要多個作業,例如需要讀和寫或者讀多個區域等,則需要調用多個Modbus_Master指令,Modbus_Master指令之間需要采用輪詢方式調用,并且使用相同背景數據塊。如圖7-35所示,用于描述兩個Modbus_Master指令輪詢調用的方式。7.6.3通信數據程序設計2.添加串口服務器與設備通信以圖7-31所示的船舶主發電機的通信協議作為示例。首先添加一個以太網設備,如圖7-36所示。添加后將以太網口連接到子網“PN/IE_1”,并設置以太網地址“192.168.0.100”,與CPU在同一局域網段中。7.6.3通信數據程序設計2.添加串口服務器與設備通信在通信指令中選擇“TCON”指令,拖動到LAD程序段1中,單擊“TCON”指令右上角圖標“”進行組態。在“連接參數”組態窗口中選擇“未指定”伙伴;設置IP地址與圖7-36所示一致;建立連接數據“PLC_1_Connection_DB”;設置本地端口為“2000”,伙伴端口為“3001”,如圖7-37所示。7.6.3通信數據程序設計2.添加串口服務器與設備通信創建新的DB“ModbusSend”,并在其中創建“Send_1”數組,根據Modbus標準請求格式依照圖7-31的協議將數組起始值設定為“0A040000000A7176”,如圖7-38所示。并在程序段2中寫入“TSEND”指令的DATA接口,接收的數據同樣存放在數據塊DB4中的數組“ReadData”中。程序段4是當5s內接收不到新的數據時,將“ReadData”的數據復位為0,如圖7-39所示。7.6.3通信數據程序設計3.與S7-1200PLC通信與S7-120