自动化工程师：经典干货，从浅到深分享西门子S7-1200 PLC编程

CPU 的目的承载操作系统，组织与具体控制任务无关的所有功能 。具体包括：处理暖启动、刷新输入 /输出映像、调用用户程序、检测中断事件、调用中断组织块、检测和处理错误、管理存储器、处理通信任务等等。

它的工作模式

停止（ stop ），启动（ startup ），运行（ running ）；

启动（ startup ）：CPU从停止转换到运行时为启动模式。四个要点——清输入，始输出，启OB，排中断。具体为清理输入缓冲区（ I 区），初始化输出缓冲区（ Q 区），执行启动 OB，排列中断队列，但不处理。 注意，此时启动 OB 读取 I 区时结果为 0，必须读取物理输入。

运行（ running ）：五个要点 —— 写输出，写输入，行 OB，自诊断，附断信。

具体为 Q 区写输出，输入写 I 区，执行用户程序，执行自诊断，如此循环。循环中任何时候都会处理中断和外来通信。

图 1 CPU的启动（ startup）和工作（ running）

停止（ stop ）：四个要点 —— 停程序，禁输出，不刷新，仅通信诊断。

具体为停止执行用户 OB，禁止输出或保持最后输出值，不刷新输入输出过程映像，仅仅处理通信和自诊断。

CPU 的工作方式

扫描式工作：单片机是逐行工作， PLC 是逐行扫描。逐行工作指下一指令的执行始于上一指令的结束，逐行扫描指每循环扫描所有指令并刷新变量。

CPU 的扫描周期：自诊断 —处理通信 —读输入 —执行用户程序 —写输出 。扫描周期是弹性的， 多数情况越小越好，组态时可设置最大值，实际扫描周期超出最大值 CPU报错。

编程基础

编程单位

代码块 ，具体分为以下几类：

表 1 用户程序代码块

组织块 OB（organization block ）：由操作系统调用， OB 间不可互相调用。 OB 可调用子函数如 FB/FC 。有程序循环组织块 （扫描循环执行） 、启动组织块 （startup ，启动时执行一次，默认编号 100 ）、中断组织块 。

功能 FC（function ）：子函数， 一个扫描周期内执行完毕 。

功能块 FB（function block ）：子函数，内部含有静态变量，须附加背景数据块 DB，多数情况下需要多个扫描周期内执行完毕。

背景数据块 DB/ 全局数据块 DB（data block ）：存储全局静态数据。

编程语言

梯形图（ ladder diagram, LAD ）：类似继电器电路图，由触点、线圈和方框表示的指令框组成。特别适合于数字量逻辑控制，直观易懂。假想“能流” （powerflow ）自上而下，自左而右。

图 3 梯形图示例

功能块图（ function block diagram, FBD）：类似于输电的图形逻辑符号，用类似与或非门表示逻辑运算关系。

图 4 功能块图示例

结构化控制语言（ structured control language ）：类似于 PASCAL、C 语言的简化的高级语言。语言功能强于图形语言，可读性强于指令语言，适于编写算法复杂的程序，不如图形语言直观。

图 5 结构化控制语言示例

数据存储

过程映像输入（ I ）：可按照位、字节、字、双字访问。 I0.0，IB0， IW0 ，ID0 。

物理输入（ I:P）：立即读取输入。

过程映像输出（ Q）：可按照位、字节、字、双字访问。 Q0.0，QB0，QW0，QD0。

物理输出（ Q:P）：立即写输出。

位存储区（ M）：全局性的， 可保持 ，用于存储操作的中间状态或其它控制信息，可按照位、字节、字、双字访问。

临时局部存储区（ L）：块的临时局部数据， CPU运行时自行分配。

数据块（ DB）：可保持 。

数据类型

用于指定数据元素大小以及如何解释数据。

基础数据类型 ：Bool（1bit ）、Byte（8bit ）、Word（16bit ）、Dword（32bit ）、USint（8bit ）、Sint（8bit ）、Uint （16bit ）、Int （16bit ）、UDint （32bit ）、Dint （32bit ）、Real（32bit ）、LReal（64bit ）、Sturct 、数组。

时间和日期 ：Time（32 位 IEC 时间，T#1d_2h_15m_30s_45ms ）、Date（16 位日期值，D#2009‐12‐ 31）、TOD（32 位日时钟值， TOD#10:20:30.400 ）、DT（64 位日期和时间值， DTL#2008 ‐12‐ 16‐ 20:30:20.250）。

字符和字符串 ：char（ 8bit 单个字符）、String （256 个 byte ，存储最长 254 个字符），关于String 特别说明如下， 第一个字节存储最大字符串长度，第二个字节存储当前字符串长度 ：

表 2 String 数据类型示例

PLC 数据类型 ：可自定义在程序中多次使用的数据结构。

指针数据类型： pointer 、any、variant （不占用存储器的任何空间） 。

Any 示例： P#DB11.DBX20.0INT10 （DB11 中从 DBB20.0 开始的 10 个字）；

Any 示例： P#M20.0BYTE10 （从 MB20.0 开始的 10 个字节）

Any 示例： （输入 I1.0 ）

数据片段访问

按位访问： 变量名称 >".xn 、"<数据块名称 >".<变量名称 >.xn。

按字节访问： 变量名称 >".bn 、"<数据块名称 >".<变量名称 >.bn。

按字访问： 变量名称 >".wn 、"<数据块名称 >".<变量名称 >.wn 。

AT 访问： 以不同于原有变量数据类型的方式访问变量。如利用 arrayofbool 访问 byte 变量。具体步骤：

在待覆盖变量下方选择 AT 变量类型，编辑器随即创建该覆盖；

图 6 AT覆盖（ 1）

重命名 AT 变量名称，选择用于覆盖的新的数据类型、结构、数组。

图 7 AT覆盖（ 2）

编程准备

安装 STEP7Basic/ProfessionTIAPortal （eg.V13 ）；

RJ‐ 45接口网线连接 PC和 S7‐ 1200（eg.1214C/DC/DC/DC ）；

给 S7‐ 1200以及其他模块供电 DC24V 。

一般步骤

新建项目；

组态硬件配置； 特指 硬件组态 ，指在设备和网络编辑器中生成一个与实际系统对应的虚拟系统， PLC 模块的型号、订货号、版本、安装位置、设备通信连接、参数配置都应当与实际硬件系统完全相同。

编写用户程序；

编译和下载至 ；

在线监测设备运行情况，调试修改。

指令

能流

能流流经某个具备 EN 和 ENO 的指令，并不一定代表该指令功能执行完成，只代表该扫描周期的扫描完成；算数运算、 bool 变量操作等单扫描周期指令的 ENO输出代表该指令执行完成。

单周期指令和多周期指令

单扫描周期指令 将在本扫描周期内执行完毕；单扫描周期指令的循环操作也在本扫描周期内完成； 多扫描周期指令 的 EN 或者 REQ只使能一个扫描周期，某些指令将不能成功执行；例如大多数的通信指令。能流与扫描FB/FC 的 EN 端将为能流提供扫描通道， EN 端断路，能流无扫描通路， 内部变量将不再刷新，即该函数不再执行；当 FB/FC 的 EN 端总是使能， Enable 输入断开，块内部仍有能流通路，相应变量会被扫描以致刷新，例见下图：

图 8 能流‐内部扫描

图 9 能流‐内部不扫描

前者 FB12 内部的变量总会被扫描，而后者在 M3.0 或 DB_Valve.done 为 1 时，内部变量不会被扫描；相应的，前者 done 变量将被下一扫描周期置 0，而后者 done 置 1 后将因能流不通不能扫描而自行保持；

变量赋值顺序

变量被多次赋值时的先后顺序很重要。 因为变量的值总会被最后执行动作更新， 前面的值将被覆盖，例如下图：

程序初衷为当接受响应完成时 ERR 置位，或响应超时 ERR 置位。上述程序是可以完成正常功能的；但若二者互换，如下图：

接收超时时， ERR 不会置位，因为 rev_done 为 0，ERR 被复位！

FB 与 FC 的参数

FB 块的输入输出形参存储于背景数据块中，在调用该 FB 时实参可选；

FB 块的 输入输出参数 虽不是静态变量，但亦有 保持功能 ，具体视程序而定；

FC 块的输入输出参数是临时内存，必须指定实参才能运行

FC 中临时（ Temp）变量也不会自动清零

上升沿和下降沿的读取

单个扫描周期中，一个布尔变量的上升 / 下降沿只能读取一次；因为读取一次之后，其 Pre变量已被立即刷新，后续的读取不能成功读到该变量的状态变化。

数组的使用

数组访问越界将导致 CPU错误， ERR 灯闪烁；

使用数组索引时（例如 array[i] ）一定要初始化，上电时该变量内存为随机分配，不一定为0；

SEND_PTP

EN 是使能该命令的能流， REQ 触发该命令的执行，上升沿和保持为 1 都只触发命令 执行一次。

REV_PTP

使用自由口通信协议时， 必须 指定 消息的开始和结束条件 （Condition ），保证正确、及时的发送和接收， 否则会因非必要的延时而增大通信负载； RCV_CFG命令用于配置消息开始和结束条件。

Message timeout/Response timeout messagetimeout 是指从接收到第一个字符起的等待时间，该时间超出后将不再接收消息；

responsetimeout 是指从传送结束到接收到第一个字符之间的时间，超出该时间将不再接受消息，视为消息结束。

STEP7 在线监控的刷新频率

STEP7 中的梯形图操作数、能流的监控特征色（蓝绿） 、以及监控表中的布尔变量的刷新频率有限， 可能不能反映真实的实时运行状况， 可借助一个累加器来监视程序的运行状态， 例如下图：

图 10 累加器监控程序

数组下标越界与数据类型

一数组共计 15 个元素， array[0..14] ，执行队列先入先出操作，循环内判断索引是否大于 0：

图 11 数组索引的错误判断

执行结果将为数组下表访问越界。 因为索引的数据类型定义为 USING，即无符号 8 位整数，值域为 0–255 ，当 idxpre 为 0 时，下一循环的 DEC操作导致其变为 255 而非 ‐1，所以，正确的做法是重设索引数据类型为 sint ，或修改判断条件。

PLC编程实战：手把手教你打造自动化工厂！

PLC（可编程逻辑控制器）是现代工业自动化控制中不可或缺的重要设备，它能够实现工厂生产线的自动化管理。而掌握PLC编程技巧是打造自动化工厂的关键一步。本文将带您手把手教您如何进行PLC编程实战，帮助您在工厂生产中提高效率，降低成本。

了解PLC的基本原理非常重要。PLC是一种特殊的计算机，具有输入输出接口用于与各种传感器和执行器进行通信。它通过根据输入信号进行逻辑运算，再控制输出信号来实现对设备的控制。在编程时，我们需要了解PLC的硬件配置和接线方式，并熟悉PLC编程软件的使用。

掌握Ladder Diagram（梯形图）编程方法是必不可少的。梯形图是PLC编程中常用的编程语言，它通过逻辑图形化的方式展示了输入和输出信号之间的关系。在编写梯形图时，我们需要了解逻辑门的运算规则，熟练运用常用的逻辑元件如与门、或门、非门等。

在实际的PLC编程实战中，有几个关键点需要特别注意。首先是输入信号的采集和处理。我们需要根据实际情况设置输入信号的类型（开关量信号、模拟量信号）和采集方式。在编程时，需要针对不同的输入信号进行逻辑判断和处理，确保通过PLC控制的设备能够正常工作。

其次是输出信号的控制。我们需要设置输出信号的类型和控制方式，确保设备能够按照预期的要求工作。在编程时，需要考虑到设备之间的协调工作，避免冲突和故障。

异常处理也是PLC编程实战中需要重视的一点。由于各种原因，设备在生产过程中可能会出现异常情况，如传感器故障、设备故障等。我们需要预先设定好异常处理的策略，并针对不同的异常情况进行相应的逻辑判断和输出控制，确保设备在出现异常时能够及时停止，避免对生产造成损失。

编写PLC程序后，我们需要对其进行调试和优化。在调试过程中，可能会出现一些问题，如信号接触不良、逻辑错误等。我们需要通过仔细观察和排查，找出问题的所在，并进行相应的修改和优化。

通过以上步骤的实施，您将能够顺利地进行PLC编程实战，打造自动化工厂，提高生产效率，降低成本。在实践的过程中，不断积累经验和总结教训也是非常重要的。希望本文能够帮助您在PLC编程领域取得更好的成果！

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