西门子S7-300工业以太网信号控制电缆

PLC的指令系统

PLC的指令系统是PLC全部编程指令的集合。除基本指令外，整个指令系统也涉及程序结构、数据存储区和编程语言。1. 程序结构

PLC的程序有3种：主程序、子程序、中断程序。其中主程序是程序的主体，一个项目只有唯一的一个主程序。主程序中可以调用子程序和中断程序，CPU在每一个扫描周期都要运行一次主程序。子程序可以被其他程序调用，使用子程序可以提高编程效率而且便于移植。中断程序是用来处理中断事件，而且中断程序不能被用户调用，而是由中断事件引发的。常见的中断有输入中断、定时中断、高速计数器中断和通信中断。2. 数据存储区

数据区是用户程序执行过程中的内部工作的区域，用于对输入/输出数据进行存储。包括输入映像寄存器（I）、输出映像寄存器（Q）、变量存储器（V）、内部标准寄存器（M）、顺序控制继电器存储器（S）、特殊标志位寄存器（SM），局部存储器（L）、定时器寄存器（T）、计数器存储器（C）、模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出映像寄存器（AQ）、累加器（AC）和高速计数器（HC）。3. 编程语言

PLC有各种不同类型的语言，即使是同一种编程语言在不同类型的PLC上也有不同的表示方法。PLC指令的功能及其表示方法是由各制造厂家在其进行系统设计时分别确定下来的，所以各种类型的PLC的指令系统存在一定的差异。

PLC编程语言标准（IEC 61131-3）中有5种编程语言。

（1）顺序功能图SFC（Se Function Chart）；

（2）梯形图LADDER（Ladder Diagram）；

（3）功能块图FBD（Function Block Diagram）；

（4）语句表STL（Structured Instruction List）；

（5）结构文本ST（Structured Text）。

其中的顺序功能图（SFC）、梯形图（LADDER）、功能块图（FBD）是图形编程语言，语句表（STL）、结构文本（ST）是文字语言。

种类型PLC指令系统的差异主要表现在指令表达式、指令功能及功能的完整性等方面。一般来说，满足基本控制要求的逻辑运算、计时、计数等基本指令，各种PLC上都具有，而且这些基本指令在简易编程器上的指令键上都能找到，它们是一一对应的。对于数字运算，一般的PLC也有，但在计算精度、计算类型的多少上各有不同。对其他一些增强功能的控制指令，有的PLC较多，有的可能少些。

虽然各种PLC的指令系统存在这样或那样的不同，但总的来说，PLC的编程语言都是面向生产过程、面向工程技术人员的，对电气技术人员来讲是比较容易掌握的。各种PLC命令的主要功能及其编程的主要规则也是大同小异的。

PLC控制系统就是使用PLC作为控制器的控制系统，一个PLC控制系统一般由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。PLC控制系统涉及系统规模、硬件配置、软件配置和控制功能的实现。对任何一个控制系统，都需要分析被控对象，提出控制系统应具有的各种控制功能，如PID控制等。熟悉被控对象是设计控制系统的基础，只有深入了解被控对象以及被控过程才能够提出科学合理的控制方案。而后需要对控制方案的可行性进行一个预测性的估计，此时一定要全面考虑整个控制系统的设计和实施将会遇到的各种问题，详细论证设计系统中每一个步骤的可行性，并确定系统是单机控制还是联网控制、是采用远程I/O还是本地I/O、是否需要与其他部分通信、采用何种通信方式以及是否需要冗余备份系统。

简而言之，PLC控制系统首先要能满足用户提出的基本要求，其次要确保使用可靠性，不可以经常出现故障，即使出现故障也不会造成大的损失；*后在经济性等方面予以考虑。

2.2 PLC控制系统设计原则

设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。*后根据系统分析的结果，具体地确定PLC的机型和系统的具体配置。

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，设计人员在设计PLC控制系统时，应综合考虑各方面因素，并遵循以下基本原则。1. *大限度地满足被控对象的控制要求

PLC控制相关知识点

一个PLC控制系统的完整设计流程图，其中前期工作包括分析被控对象，提出并论证系统方案以及系统总体设计。被控对象的分析和描述是为了确认被控对象和明确控制任务，熟悉被控对象是设计控制系统的基础。系统方案论证和系统总体设计则是为了确定一个可行的控制系统总体构架，其中的每个细节都必须经过反复斟酌，尽量减少工程实施过程中可能遇到的阻碍。中期的工作则是进行硬件设计和软件设计，包括硬件、软件涉及的选型和编程调试。后期则是需要将软硬件组合成完整的控制系统进行调试，排除出现的故障，完成定型的PLC控制系统

PLC产品种类繁多，其规格和性能各不相同。其中PLC的中央处理单元（CPU）主要有接收并存储用户程序和数据，诊断电源、内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，接收现场输入设备的状态和数据并存入寄存器中，读取用户程序，按指令产生控制信号，完成规定的逻辑或算术运算；以及更新有关状态和内容，再实现输出控制、制表、打印或数据通信等功能。

CPU一般包括：后备电池、DC 24V连接器、模式选择开关、状态及故障指示器、RS-485编程接口、MPI

S7-300有多种不同型号的CPU，这些CPU按性能等级划分，几乎涵盖了各种应用范围大致划分为4个系列。

（1）标准型CPU系列。包括CPU313、314、315、315-2 DP、316-2 DP、318-2。型号尾部有后缀“DP”字样的，表明该型号CPU集成有现场总线PROFIBUS-DP通信接口。此外还有几种重新定义型的CPU，包括CPU312、314、317-2 DP等。

（2）集成型CPU系列。主要有CPU 312 IFM和CPU 314 IFM两种。在这两种CPU内部集成了部分I/O点、高速计数器及某些控制功能。

（3）紧凑型CPU系列，型号后缀带有字母C，包括CPU 312C、313C、313C-2 PtP、313-2 DP、314C-2 PtP、314-2 DP。型号尾部后缀带有“PtP”字样的，表明该型号CPU集成有第二个串行口，两个串行口都有点对点（PtP）通信功能。

（4）故障安全型CPU系列。这个系列的CPU是西门子公司*新推出的具有更高可靠性的CPU，主要型号有CPU 315F、317F-2 DP。

S7-400系列的CPU集成有MPI和DP通信接口，有很强的通信功能，有PROFIBUS-DP和工业以太网通信模块，以及点到点通信模块。通过PROFIBUS-DP或AS-i现场总线，可以周期性地自动交换I/O模块的数据。在自动化系统之间，PLC与计算机和HMI站之间，均可以交换数据。数据通信可以周期性地自动进行或基于事件驱动，由用户程序调用。

S7-400有7种不同型号的CPU，分别适用于不同等级的控制要求。不同型号的CPU面板上的元件不完全相同，CPU内的元件封装在一个牢固而紧凑的塑料机壳内，面板上有状态和故障指示LED，方式选择钥匙开关和通信接口。大多数CPU还有后备电池盒，存储器插槽可插入多达数兆字节的存储器卡。