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S7-200PLC高速计数器的工作模式简介

高速计数器有12种工作模式，模式0～模式2采用单路脉冲输入的内部方向控制加/减计数；模式3～模式5采用单路脉冲输入的外部方向控制加/减计数；模式6～模式8采用两路脉冲输入的加/减计数；模式9～模式11采用两路脉冲输入的双相正交计数。

S7-200 CPU224有 HSC0-HSC5六个高速计数器，每个高速计数器有多种不同的工作模式。HSC0和HSC4有模式0、1、3、4、6、7、8、9、10；HSC1和HSC2有模式0～模式11；HSC3和HSC5有模式只有模式0。每种高速计数器所拥有的工作模式和其占有的输入端子的数目有关。如表1所示。

表1 高速计数器的工作模式和输入端子的关系及说明

HSC编号及其对应              的输入              端子   HSC模式	功能及说明	占用的输入端子及其功能
	HSC0	I0.0	I0.1	I0.2	×
	HSC4	I0.3	I0.4	I0.5	×
	HSC1	I0.6	I0.7	I1.0	I1.1
	HSC2	I1.2	I1.3	I1.4	I1.5
	HSC3	I0.1	×	×	×
	HSC5	I0.4	×	×	×
0	单路脉冲输入的内部方向控制加/减计数。控制字SM37.3=0，减计数； SM37.3=1，加计数。	脉冲输入端	×	×	×
1			×	复位端	×
2			×	复位端	起动
3	单路脉冲输入的外部方向控制加/减计数。方向控制端=0，减计数； 方向控制端=1，加计数。	脉冲输入端	方向控制端	×	×
4				复位端	×
5				复位端	起动
6	两路脉冲输入的单相加/减计数。 加计数有脉冲输入，加计数； 减计数端脉冲输入，减计数。	加计数脉冲输入端	减计数脉冲输入端	×	×
7				复位端	×
8				复位端	起动
9	两路脉冲输入的双相正交计数。 A相脉冲**B相脉冲，加计数； A相脉冲滞后B相脉冲，减计数。	A相脉冲输入端	B相脉冲输入端	×	×
10				复位端	×
11				复位端	起动

说明：表中×表示没有

选用某个高速计数器在某种工作方式下工作后，高速计数器所使用的输入不是任意选择的，必须按系统指定的输入点输入信号。如HSC1在模式11下工作，就必须用I0.6为A相脉冲输入端，I0.7为 B相脉冲输入端，I1.0为复位端，I1.1为起动端。

浮点数算术运算指令——西门子S7系列PLC

S7300系列CPU 可以处理符合IEEE标准的32位浮点数。可以完成32位浮点数的加、减、乘、除运算，以及取**值、平方、开平方、指数、对数、三角函数、反三角函数等指令。 

l        基本的浮点数算术运算指令 

STL 指令	FBD符号	说    明
+R		将累加器1，2中的32位浮点数相加，32位结果保存在果加器1中。
-R		用累加器2中的32位浮点数减去累加器1中的浮点数，结果保存在累加器1中。
*R		将累加器l，2中的32位浮点数相乘，32位乘积保存在累加器1中。
/R		用累加器2中的32位浮点数除以累加器1中的浮点数，32位商保存在累加器1中。
ABS		对累加器l中的32位浮点数取**值。

l        扩展的浮点数算术运算指令

S7-200PLC ASCII码转换成十六进制数举例（梯形图和语句表程序）

将VB10～VB12中存放的3个ASCII码33、45、41，转换成十六进制数。

梯形图和语句表程序如图所示。

例题图

程序运行结果如下：

                 

可见将VB10～VB12中存放的3个ASCII码33、45、41，转换成十六进制数3E和Ax ，放在VB20和VB21中，“x”表示VB21的“半字节”即低四位的值未改变。

整数加法（ADD-I）和减法（SUB-I）指令是：使能输入有效时，将两个16位符号整数相加或相减，并产生一个16位的结果输出到OUT。

双整数加法（ADD-D）和减法（SUB-D）指令是：使能输入有效时，将两个32位符号整数相加或相减，并产生一个32位结果输出到OUT。

整数与双整数加减法指令格式如表1所示。

表1  整数与双整数加减法指令格式

LAD
STL	MOVW IN1，OUT +I   IN2，0UT	MOVW IN1，OUT -I   IN2，0UT	MOVD IN1，OUT +D   IN2，0UT	MOVD IN1，OUT +D   IN2，0UT
功能	IN1+IN2=OUT	IN1-IN2=OUT	IN1+IN2=OUT	IN1-IN2=OUT
操作数及数据类型	IN1/IN2:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, T, C, AC, LW, AIW, 常量, *VD, *LD, *AC OUT:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, T, C, LW, AC, *VD, *LD, *AC IN/OUT数据类型：整数		IN1/IN2： VD, ID, QD, MD, SMD, SD, LD, AC, HC, 常量, *VD, *LD, *AC OUT：VD, ID, QD, MD, SMD, SD, LD, AC, *VD, *LD, *AC IN/OUT数据类型：双整数
ENO=0的错误条件	0006   间接地址， SM4.3  运行时间， SM1.1    溢出

说明：

（1）当IN1、IN2和OUT操作数的地址不同时，在STL指令中，首先用数据传送指令将IN1中的数值送入OUT，然后再执行加、减运算即：OUT+IN2=OUT、OUT-IN2=OUT。为了节省内存，在整数加法的梯形图指令中，可以指定IN1或IN2=OUT，这样，可以不用数据传送指令。如指定INI=OUT，则语句表指令为：+I  IN2，OUT；如指定IN2=OUT，则语句表指令为：+I  IN1，OUT。在整数减法的梯形图指令中，可以指定IN1=OUT，则语句表指令为：-I  IN2，OUT。这个原则适用于所有的算术运算指令，且乘法和加法对应，减法和除法对应。

（2）整数与双整数加减法指令影响算术标志位SM1.0（零标志位），SM1.1（溢出标志位）和SM1.2（负数标志位）。

S7-200系列PLC的程序设计语言

在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图、语句表、顺序功能流程图、功能块图等。

梯形图和语句表是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。

供S7-200系列PLC使用的STEP7-Micro/Win32编程软件支持SIMATIC和IEC1131-3两种基本类型的指令集，SIMATIC是PLC专用的指令集，执行速度快，可使用梯形图、语句表、功能块图编程语言。IEC1131-3是可编程控制器编程语言标准，IEC1131-3指令集中指令较少，只能使用梯形图和功能块图两种编程语言。SIMATIC指令集的某些指令不是IEC1131-3中的标准指令。SIMATIC指令和IEC1131-3中的标准指令系统并不兼容。我们将重点介绍SIMATIC指令。

梯形图程序设计语言是**常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图与操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待。LAD图形指令有3个基本形式：

                                    

                                                          

（1）触点：                                                               

 触点符号代表输入条件如外部开关，按钮及内部条件等。CPU运行扫描到触点符号时，到触点位指定的存储器位访问（即CPU对存储器的读操作）。该位数据（状态）为1时，表示“能流”能通过。计算机读操作的次数不受限制，用户程序中，常开触点，常闭触点可以使用无数次。

                 

（2）线圈：  

线圈表示输出结果，通过输出接口电路来控制外部的指示灯、接触器等及内部的输出条件等。线圈左侧接点组成的逻辑运算结果为1时，“能流”可以达到线圈，使线圈得电动作，CPU将线圈的位地址指定的存储器的位置位为1，逻辑运算结果为0，线圈不通电，存储器的位置0。即线圈代表CPU对存储器的写操作。PLC采用循环扫描的工作方式，所以在用户程序中，每个线圈只能使用一次。

（3）指令盒：指令盒代表一些较复杂的功能。如定时器，计数器或数学运算指令等。当“能流”通过指令盒时，执行指令盒所代表的功能。

梯形图按照逻辑关系可分成网络段，分段只是为了阅读和调试方便。在举例中将网络段省去。图1是梯形图示例。

PLC控制过程实例——定时计数

本例无实际意义，但非常有利于分析程序执行过程。系统输入端只需接一个按钮，无输出，参考图5-2，只接X0。分析图5-5中，（a）、(b)、(c)三种情况下，观察计数器的当前值，分析程序执行过程。

程序中M8011为特殊辅助继电器，只要PLC处于运行状态，将不停发出10ms的脉冲信号（5ms通、5ms断）。程序中T0为1s定时，X0闭合后1s，T0导通。C0为增计数器，在X0闭合、T0没有闭合的前提下，记录M8011发出的脉冲个数。理论上，在T0导通，C0计数器停止计数时，计数器的当前值应为100个（1s/10ms=100个脉冲）。三段程序中，只是改变了执行的前后位置，但结果却不同。结合对应的时序图分析其原因。

一、项目所需设备、工具、材料

见表5-1。

二、 训练内容

按照前面的例子完成接线、输入程序，按照要求进行观察。

1、项目描述

（1）按照提供的PLC原理接线图完成接线；

（2）将提供的参考程序写入PLC；

（3）根据操作步骤操作，观察输入、输出设备的状态。通过计算机监视画面，观察并记录各元件的状态，并画出时序图；

（4）结合PLC程序执行过程，分析程序结果。

2 、实训要求

表5-1  项目所需设备、工具、材料

2.1 接线图与控制程序

按照图5-6，完成PLC控制系统的硬件连接。图中由于脉冲信号发生器的信号与按钮输入信号不同，因此，不能共用一个COM端。

按照图5-7提供的梯形图，利用计算机或手持编程器写入PLC。

2.2 观察要求

 

利用以上程序观察并认识程序的扫描周期和执行过程。

（1）调整编码器的频率至1KHZ。按下开关SB1，这时，程序中的定时器开始计时，而X0的上升沿使计数器的初始值复位，当前值为0。计数器重新开始计输入的脉冲数。1s钟后，定时时间到，计数停止。观察此时的计数器当前值是多少。从表面看，当前值应在1000左右，但实际上的当前值会少得多，为什么？

（2）调整编码器的频率至20HZ。重复（1）的操作，观察计数器的当前值，与（1）有什么不同？为什么？

（3）断开SB1，关闭编码器电源，按下开关SB2，两个指示灯为什么只亮一个？结合程序执行过程分析原因。

3 时序图分析

按下开关以后，部分继电器时序图如图5-8所示。根据观察结果，补充其他继电器的时序图。

三、 实训报告要求与考核标准

1 实训报告要求

（1）整理实训操作结果，按标准写出实训报告。

a．根据给出的梯形图，写出指令表；

b．回答观察要求中的思考题；

c．补充图5-8中的部分时序；

d．总结实训操作过程中出现的问题；

e．按照接线示意图画出实际接线图；

f．图5-5的三段程序中，只是改变了执行的前后位置，但结果却不同，结合对应的时序图分析其原因。

PLC输入和输出指令说明与举例

LD：逻辑取指令，从母线开始取常开触点。

LDI：逻辑取反指令，从母线开始取常闭触点。

OUT：线圈的驱动指令。

指令说明：

1．LD、LDI指令用于将触点接到母线上。

2．OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态定时器、计数器的线圈驱动指令，对输入继电器不能使用。

3．OUT指令可作多次并联使用。

举例：

(1)         梯形图 ：如图

(2)         程序清单

LD  X000

OUT  Y000                                     

END

在分析PLC控制系统的功能时，可以将它想象成一个继电器控制系统中的控制箱，其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“线路图”，梯形图中的输入继电器和输出继电器是这个控制箱与外部**联系的“接口继电器”，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统。在分析时可以将梯形图中输入继电器的触点想象成对应的外部输入器件的触点或电路，将输出继电器的线圈想象成对应的外部负载的线圈。外部负载的线圈除了受梯形图的控制外，还可能受外部触点的控制。

   图1是某摇臂钻床的继电器控制电路原理图。钻床的主轴电机用接触器KM1控制，摇臂的升降电机用KM2和KM3控制，立柱的松开和夹紧电机用KM4和KM5控制。图2和图4-16是实现具有相同功能的PLC的外部接线图和梯形图。

   将继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图的步骤如下：

了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，这样才能做到在设计和调试控制系统时心中有数。

2 )确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图。

 继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构用PLC的输出继电器来控制，它们的线圈接在PLC的输出端。按钮、控制开关、限位开关、接近开关等用给PLC提供控制合作和反馈信号，它们的触点接在PLC的输入端。继电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的辅助继电器和定时器来完成，它们与PLC的输入继电器和输出继电器无关。

 

   画出PLC的外部接线图后，同时也确定了PLC的各输入信号和输出负载对应的输入继电器和输出继电器的元件号。例如图2中控制摇臂上升的按钮SB3接在PLC的X0输入端子上，该控制信号在梯形图中对应的输入继电器的元件号X0。在梯形图中，可以将X0的触点想象为SB3的触点。

3)确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电路对应的梯形图中的辅助继电器（M）和定时器（T）的元件号。

第2步和第3步建立了继电器电路图中的元件和梯形图中的元件

读取或传送状态字——西门子S7系列PLC

  LSTW    //将状态字中0—8位装入累加器1中，累加器9—31位被清0

  TSTW    //将累加器1中的内容传送到状态字中

注：对 S7-300系列的CPU， LSTW不对状态字中的SC、STA、OR位进行操作,仅将状态字中的1,4,5,6,7位装入累加器1的对应位。

定时器字中的剩余时间值以二进制格式保存，用L指令从定时器字中读出二进制时间值装入累加器1中，称为直接装载。也可用LC指令以DCD码格式读出时间值，装入累加器1低字中，称为BCD码格式读出时间值。以BCD码格式装入时间值可以同时获得时间值和时基，时基与时间值相乘就得到定时剩余时间。

L  T1   //将定时器T1中二进制格式的时间值直接装入累加器1的低字中

LC T1   //将定时器T1中的时间值和时基以BCD码格式装入累加器1 低字中

对当前计数值也可以直接装载和以BCD码格式读出当前计数值。

L  C1   //将计数器C1中计数值以二进制格式装入累加器1的低字中

LC C1   //将计数器C1中的计数值以BCD码格式装入累加器1低字中

对于地址寄存器，可以不经过累加器1而直接将操作数装入或传出，或将两个地址寄存器的内容直接交换。

指令格式： LAR1 

说明：将操作数的内容装入地址寄存器1(ARl)；

指令格式： LAR2

说明：将操作数的内容装入地址寄存器2(AR2)；

指令格式：TAR1

说明：将ARl的内容传送给存储区或AR2；

指令格式：TAR2

说明：将ARl的内容传送给存储区或AR2；

指令格式：CAR

说明：交换ARl和AR2的内容

例 3.4.2

   LARl  P#I0.0 //将输入位I0.0的地址指针装入ARl

   LAR2  P#0.0  //将二进制数2#00000000 00000000 00000000 00000000

                   装入AR2

LAR1  P#Start   //将符号名为Start的存储器的地址指针装入ARl

LARl  AR2       //将AR2的内容装入ARl

LARl  DBD20     //将数据双字DBD 20的内容装入ARl

TARl  AR2       //将ARl的内容传送至AR2

TAR2            //将AR2的内容传送至累加器1

TARl  MD 20     //将ARl的内容传送至存储器双字MD 20

CAR             //交换ARl和AR2的内容    

PLC的机型选择基本原则

 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争**的性能价格比。

 

1．合理的结构型式

 

整体式PLC的每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，I／O点数量、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面，选择余地较大。维修时只要更换模块，判断故障的范围也很方便。因此，模块式PLC一般适用于较复杂系统和环境差（维修量大）的场合。

 

2．安装方式的选择

 

根据PLC的安装方式，系统分为集中式、远程I／O式和多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I／O硬件，系统反应快、成本低。大型系统经常采用远程I／O式，因为它们的装置分布范围很广，远程I／O可以分散安装在I／O装置附近，I／O连线比集中式的短，但需要增设驱动器和远程I／O电源。多台联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通信模块。

 

3．相当的功能要求

 

一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A／D和D／A单元。具有加减算术运算。数据传送功能的增强型低档PLC。

 

对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或**PLC。但是中、**PLC价格较贵，一般大型机主要用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。

 

4．响应速度的要求

 

PLC的扫描工作方式引起的延迟可达2－3个扫描周期。对于大多数应用场合来说，PLC的响应速度都可以满足要求，不是主要问题。然而对于某些个别场合，则要求考虑PLC的响应速度。为了减少PLC的I／O响应的延迟时间，可以选用扫描速度高的PLC，或选用具有高速I／O处理功能指令的PLC，或选用具有**响应模块和中断输入模块的PLC等。

 

5．系统可靠性的要求

 

对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备用系统。

 

6．机型统一

 

一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑以下三个方面的问题：

 

（l）同一机型的PLC，其编程方法相同，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。

 

（2）同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。

 

（3）同一机型的PLC，其外围设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。

西门子S7系列PLC 定时器再启动指令FR  Enable Timer

格式：  FR <timer>

    定时器再启动指令FR用于重新装载定时时间，定时器以新装入的时间值运行。下面结合一个具体的例子来说明。

STL语句表如下：

              A   I 2.0

              FR  T1           \\再启动定时器T1

              A   I 2.1

              L   S5T#10s      \\装入定时时间到ACCU1

              SP  T1           \\启动脉冲定时器T1

              A   I 2.2

              R   T1           \\定时器T1复位

              A   T1

              =   Q4.0

时序如下：

（1）在定时器运行期间，使能输入端I 2.0有一个从“0”到“1”的变化，此时，定时器T1被再启动，定时时间恢复到预置初值从新开始计时。

I 2.0有一个从“1”到“0”的变化没有作用。

（2）虽然定时器没有运行，当使能 输入端I 2.0有一个从“0”到“1”的变化，同时定时器启动输入端I 2.1处于高电平状态，此时，定时器T1也被启动。

（3）当定时器启动输入端I 2.1 处于低电平状态，尽管使能输入端I 2.0有一个从“0”到“1”的变化，此时，定时器T1也不能启动。 

STEP7-Micro/WIN32编程软件硬件连接及软件的安装

1、硬件连接

    为了实现PLC与计算机之间的通信，西门子公司为用户提供了两种硬件连接方式：一种是通过PC/PPI 电缆直接连接，另一种是通过带有MPI电缆的通信处理器连接。

    典型的单主机与PLC直接连接如图1所示，它不需要其他的硬件设备，方法是把PC/PPI电缆的PC端连接到计算机的RS-232通信口（一般是COM1），把PC/PPI电缆的PPI端连接到PLC的RS-485通信口即可。

    2、软件的安装

    （1）系统要求 
    STEP7-Micro/WIN32软件安装包是基于Windows的应用软件，4.0版本的软件安装与运行需要Windows2000/SP3或WindowsXP操作系统。

    （2）软件安装

    STEP7-Micro/WIN32软件的安装很简单， 将光盘插入光盘驱动器系统自动进入安装向导（或在光盘目录里双击setup，则进入安装向导），按照安装向导完成软件的安装。软件程序安装路径可使用默认子目录，也可以使用“浏览”按钮弹出的对话框中任意选择或新建一个新子目录。

首次运行STEP7-Micro/WIN32软件时系统默认语言为英语，可根据需要修改编程语言。如将英语改为中文，其具体操作如下：运行STEP7-Micro/WIN32编程软件，在主界面执行菜单Tools→Options→General选项，然后在对话框中选择Chinese即可将English改为中文。    

图1    典型的单主机与PLC直接连接

绘制各种电路图

绘制各种电路的目的，是把系统的输入输出所设计的地址和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制 PLC 的输入电路时，不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的可靠性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到 PLC 的输入端，把高压引入 PLC 输入端，会对 PLC 造成比较大的伤害。在绘制 PLC 的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到 PLC 输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和极性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和可靠性。虽然用 PLC 进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、全面。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。

4. 编制 PLC 程序并进行模拟调试

在绘制完电路图之后，就可以着手编制 PLC 程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、可靠之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，**不要整个程序完成后一起算总帐。

5. 制作控制台与控制柜

在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量，规格必须满足要求。设备的安装必须注意安全、可靠。比如说屏蔽问题、接地问题、高压隔离等问题必须妥善处理。

6. 现场调试

现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能**后实地测试和**后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。

7. 编写技术文件并现场试运行

经过现场调试以后，控制电路和控制程序基本被确定了，整个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要全面整流技术文件，包括整理电路图、PLC 程序、使用说明及帮助文件。到此工作基本结束。