新型的SIMATICS7-1500控制器除了包含多种创新技术之外，还设定了新标准，**程度提高生产效率。无论是小型设备还是对速度和准确性要求较高的复杂设备装置，都一一适用。SIMATICS7-1500无缝集成到TIA博途中，极大提高了工程组态的效率。

性能

没有**，只有更快！SIMATIC S7-1500卓越的系统性能极大缩短了系统响应时间，进而优化了控制质量并提高了系统性能。

处理速度

SIMATIC S7-1500 的信号处理速度更为**，极大缩短系统响应时间，进而提高了生产效率。

高速背板总线

新型的背板总线技术采用高波特率和高效传输协议，以实现信号的**处理。

通信

SIMATIC S7-1500带有多达3个PROFINET接口。

其中，两个端口具有相同的IP地址，适用于现场级通信；第三个端口具有独立的IP地址，可集成到公司网络中。

通过 PROFINET IRT，可定义响应时间并确保高度精准的设备性能。

集成 Web Server

无需亲临现场，即可通过Internet浏览器随时查看CPU状态。过程变量以图形化方式进行显示，同时用户还可以自定义网页，这些都极大地简化了信息的采集操作。

STEP7-Micro/WIN32编程软件的通信网络的配置

通过下面的方法测试通讯网络：

1. 在STEP 7-Micro/WIN32中，单击浏览条中的“通讯”图标，或用菜单命令“检视”→“元件”→“通讯”。

2. 从“通讯”对话框（如图20所示）的右侧窗格，单击显示“双击刷新”的蓝色文字。

图20  通信对话框

如果建立了个人计算机与PLC之间的通讯，则会显示一个设备列表。

STEP 7-Micro/WIN32在同一时间仅与一个PLC通讯，会在PLC周围显示一个红色方框，说明该PLC目前正在与STEP 7-Micro/WIN32通讯。

可以指定PLC对程序执行有限次数扫描（从1次扫描到65,535次扫描），通过指定PLC运行的扫描次数，可以监控程序过程变量的改变。**次扫描时，SM0.1数值为1。

1. 执行单次扫描

“单次扫描”使PLC从STOP转变成RUN，执行单次扫描，然后再转回STOP，因此与**次相关的状态信息不会消失。操作步骤如下：

（1）PLC必须位于STOP（停止）模式。如果不在STOP（停止）模式，将PLC转换成停止模式。

（2）用菜单“调试”→ “首次扫描”。

图1  “执行扫描”对话框

2. 执行多次扫描

步骤如下：

（1）PLC须位于STOP（停止）模式。如果在STOP（停止）模式，将PLC转换成停止模式。

（2）用菜单“调试” →“ 多次扫描” →出现“执行扫描”对话框。如图3-23所示。

（3）输入所需的扫描次数数值，单击“确定”。

PLC工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从**条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回**条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

西门子PLC表取数指令简介

从数据表中取数有**先出（FIFO）和后进先出（LIFO）两种。执行表取数指令后，实际填表数EC值自动减1。

**先出指令（FIFO）：移出表格（TBL）中的**个数（数据0），并将该数值移至DATA指定存储单元，表格中的其他数据依次向上移动一个位置。

后进先出指令（LIFO）：将表格（TBL）中的**后一个数据移至输出端DATA指定的存储单元，表格中的其他数据位置不变。

表取数指令格式如表1所示。 

表1表取数指令格式

使ENO = 0的错误条件：0006（间接地址），0091（操作数超出范围），SM1.5（空表）SM4.3（运行时间）。

对特殊标志位的影响：SM1.5（试图从空表中取数，SM1.5=1）。

S7-200系列 PLC的存储器空间

S7-200 PLC的存储器空间大致分为三个空间，即程序空间、数据空间和参数空间。

1．程序空间

该空间主要用于存放用户应用程序，程序空间容量在不同的CPU中是不同的。另外CPU中的RAM区与内置EEPROM上都有程序存储器，但它们互为映像，且空间大小一样。

2．数据空间

该空间的主要部分用于存放工作数据称为数据存储器，另外有一部分作寄存器使用称为数据对象。

（1）数据存储器 它包括变量存储器（V），输入信号缓存区（输入映象存储器I），输出信号缓冲区（输出映象存储区Q），内部标志位存储器（M）又称内部辅助继电器，特殊标志位存储器（SM）。除特殊标志位外，其他部分都能以位、字节、和双字的格式自由读取或写入。

变量存储器（V）是保存程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，所有的V存储器都可以存储在**存储器区内，其内容可在与EEPROM或编程设备双向传送。

输入映象存储器（I）是以字节为单位的寄存器，它的每一位对应于一个数字量输入结点。在每个扫描周期开始，PLC依次对各个输入结点采样，并把采样结果送入输入映象存储器。PLC在执行用户程序过程中，不再理会输入结点的状态，它所处理的数据为输入映象存储器中的值。

输出映象存储器（Q）是以字节为单位的寄存器，它的每一位对应于一个数字输出量结点。PLC在执行用户程序的过程中，并不把输出信号随时送到输出结点，而是送到输出映象存储器，只有到了每个扫描周期的末尾，才将输出映象寄存器的输出信号几乎同时送到各输出结点。使用映象寄存器优点：①同步地在扫描周期开始采样所有输入点，并在扫描的执行阶段冻结所有输入值；②在程序执行完后再从映象寄存器刷新所有输出点，使被控系统能获得更好稳定性；⑧存取映象寄存器的速度高于存取I/O速度，使程序执行的更快；④I/O点只能以位为单位存取，但映象寄存器则能以位、字节、双字进行存取。因此，映象寄存器提供了更高的灵活性。另外对控制系统中个别I/O点要求实时性较高的情况下，可用直接I/O指令直接存取输入/输出点。

内部标志位（M）又称内部线圈（内部继电器等），它一般以位为单位使用，但也能以字、双字为单位使用。内部标志位容量根据CPU型号不同而不同。

特殊标志位（SM）用来存储系统的状态变量和有关控制信息，特殊标志位分为只读区和可写区，具体划分随CPU不同而不同。

（2）数据对象  数据对象包括定时器、计数器、高速计数器、累加器、模拟量输入/输出。

定时器类似于继电器电路中的时间继电器，但它的精度更高，定时精度分为lms，10ms和100ms三种，根据精度需要由编程者选用。定时器的数量根据CPU型号不同。

计数器的计数脉冲由外部输入，计数脉冲的有效沿是输入脉冲的上升沿或下降沿，计数的方式有累加1和累减1两种方式。计数器的个数同各CPU的定时器个数。

高速计数器与一般计数器不同之处在于，计数脉冲频率更高可达2kHz/7kHz，计数容量大，一般计数器为16位，而高速计数器为32位，一般计数器可读可写，而高速计数器一般只能作读操作。

在S7-200CPU中有4个32位累加器，即AC0～AC3，用它可把参数传给子程序或任何带参数的指令和指令块。此外，PLC在响应外部或内部的中断请求而调用中断服务程序时，累加器中的数据是不会丢失的，即PLC会将其中的内容压入堆栈。因此，用户在中断服务程序中仍可使用这些累加器，待中断程序执行完返回时，将自动从堆栈中弹出原先的内容，以恢复中断前累加器的内容。但应注意，不能利用累加器作主程序和中断服务子程序之间的参数传递。

模拟量输入/输出可实现模拟量的A/D和D/A转换，而PLC所处理的是其中的数字量。

3．参数空间

用于存放有关PLC组态参数的区域，如保护口令、PLC站地址、停电记忆保持区、软件滤波、强制操作的设定信息等，存贮器为EEPROM。

PLC控制系统可靠性降低的主要原因

虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。

    影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：

    1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错；

    2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果；

    3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。

    影响执行机构出错的主要原因有：

    1)控制负载的接触不能可靠动作，PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；

    2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；

    3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。

PLC的工作过程，PLC的运行方式

**初研制生产的 PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：

    (1)继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。

    (2)PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

    为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。

1、扫描技术

    当 PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

    (1)输入采样阶段

    在输入采样阶段， PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

    (2)用户程序执行阶段

    在用户程序执行阶段， PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

    (1)输出刷新阶段

    当扫描用户程序结束后， PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

     比较下二个程序的异同：

    程序 1：

    程序 2：

    这两段程序执行的结果完全一样，但在 PLC中执行的过程却不一样。程序1只用一次扫描周期，就可完成对%M4的刷新； 程序2要用四次扫描周期，才能完成对%M4的刷新。

    这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。

    一般来说， PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

2、PLC的I/O响应时间

    为了增强 PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。

    为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制， PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。

    以上两个主要原因，使得 PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。

    所谓 I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其**短的I/O响应时间与**长的I/O响应时间如图所示：

    **短 I/O响应时间：

    **长 I/O响应时间：

    以上是一般的 PLC的工作原理，但在现代出现的比较**的PLC中，输入映像刷新循环、程序执行循环和输出映像刷新循环已经各自独立的工作，提高了PLC的执行效率。在实际的工控应用之中，编程人员应当知道以上的工作原理，才能编写出质量好、效率高的工艺程序。

可编程序控制器PLC各组成部件的作用

1. CPU——是PLC的核心部分。与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。其功能：

（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；

（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；

（3）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；

（4）在PC进入运行状态后：

a）    执行用户程序——产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路）

b）    进行数据处理——分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务

c）    更新输出状态——输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等）

 2. 存储器

      系统程序存储器——存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令

                        解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数

                        *不能由用户直接存取

      用户存储器   用户程序存储器——存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序。

                   功能存储器（数据区）——存放用户数据

PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。

注意：系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。

 3. I/O（输入/输出部件）（I/O模块：接口电路、I/O映像存储器）

——CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块，以及各种用途的I/O组件供用户选用：

输入/输出电平转换

电气隔离

串/并行转换

数据传送

A/D、D/A转换

误码校验

其他功能模块

I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。通常，I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。

 4. 编程器等外部设备

   编程器——PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具

    作用：  用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视

            通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数

            通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话

    分类：  简单型——只能联机编程；只能用指令清单编程

            智能型——既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；可以采用指令清单（语句表）、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程

      注意： 编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台PLC的工作。

  其他外设： 磁盘、光盘、EPROM写入器（用于固化用户程序）、打印机、图形监视系统或上位计算机等等。

 5. 电源： 内部——开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。

          外部——可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。

PLC的主要模块构成（系统组成图）

  PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成(见图1），有的PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊的任务。

  1．CPU模块 

  CPU模块主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。在PLC控制系统中厂CPU模块相当于人的大脑，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。

  2.I/O模块 

  输入(1nput)模块和输出(Output)模块简称为I／O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。   

输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮；选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等过来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号。

    开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块月手来控制调节阀、变频器等执行装置。   

图1 PLC控制系统示意图 

  CPU模块的工作电压一般是5V，而PLC的输入／输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I／O模块中，用光耦合器、光电晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I／O电路，I／O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。

  3．编程器   

    编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。

    使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。

    4．电源   

    PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC 5V，±12V，24V等直流电源。小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器(如接近开关)提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。