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设计顺序控制梯形图的一些基本问题

S7-300/400的S7-Graph是一种顺序功能图编程语言。S7-Graph属于可选的编程语言，需要单独的许可证密钥，学习使用S7-Graph也需要花一定的时间。此外现在大多数PLC (包括S7-200和S7-1200)还没有顺序功能图语言。因此有必要学习根据顺序功能图来设计顺序控制梯形图的编程方法。本节介绍使用置位复位指令的通用的编程方法，5.4节介绍具有多种工作方式的控制系统的编程方法，5.5节介绍S7-Graph的使用方法。

本节介绍的编程方法很容易掌握，用它们可以迅速地、得心应手地设计出任意复杂的数字量控制系统的梯形图。它们的适用范围广，可以用于所有厂家生产的各种型号的PLC。

1.程序的基本结构

绝大多数自动控制系统除了自动工作方式外，还需要设置手动工作方式。下列两种情况需要启用手动工作方式

1)开始执行自动程序之前，要求系统处于规定的初始状态。如果开机时系统没有处于初始状态，则应进入手动工作方式，用手动操作使系统进入规定的初始状态后，再切换到自动工作方式。也可以设置使系统自动进入初始状态的工作方式(见5.4节)。在调试阶段也可以使用手动工作方式。

2)顺序自动控制对硬件的要求很高，如果有硬件故障，例如某个限位开关有故障，不可能正确地完成整个自动控制过程。在这种情况下，为了使设备不至于停机，可以进入手动工作方式，对设备进行手动控制。

有自动、手动工作方式的控制系统的程序结构如图5-17所示，公用程序用于处理自动方式和手动方式都需要执行的任务，以及处理两种工作方式的相互切换。

图中的I2.0是自动/手动切换开关，I2.0为1状态时调用手动程序，为0状态时调用自动程序。

2. 执行自动程序的初始状态

系统满足规定的初始状态后，应将顺序功能图的初始步对应的存储器位M置为1状态，使初始步变为活动步，为启动自动运行做好准备。同时还应将其余各步对应的存储器位复位为0状态，这是因为在没有并行序列或并行序列未处于活动状态时，同时只能有一个活动步。

在5.3节中，设刚开始执行用户程序时，系统已处于要求的初始状态，为转换的实现做好

3.双线圈问题

自动程序和手动程序都需要控制PLC的输出Q，因此同一个输出位的线圈可能会出现两次

或多次，称为双线圈现象。像图5-17这样用相反的条件调用自动程序和手动程序时，允许同一个元件的线圈在这两个程序中分别出现一次。因为两个程序的调用条件相反，在一个扫描周期内只会调用其中的一个程序，而逻辑块中的指令只是在该逻辑块被调用时才执行，没有调用时则不执行。因此实际上每次扫描循环只处理同一个输出位的两个线圈中的一个。

 当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。

    用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。

PLC的扫描工作方式与电器控制的工作原理明显不同。电器控制装置采用硬逻辑的并行工作方式，如果某个继电器的线圈通电或断电，那么该继电器的所有常开和常闭触点不论处在控制线路的哪个位置上，都会立即同时动作；而PLC采用扫描工作方式（串行工作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其所有的触点不会立即动作，必须等扫描到该时才会动作。但由于PLC的扫描速度快，通常PLC与电器控制装置在I/O的处理结果上并没有什么差别。

可编程控制器的工作过程分以下三个阶段：

（ 1 ） 输入处理
程序执行前，可编程控制器的全部输入端子的通／断状态读入输入映像寄存器。在程序执行中，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不变。直到下一扫描周期的输入处理阶段才读入这变化。另外，输入触点从通（ ON ）→断（ OFF ）或从断（ OFF ）→通（ ON ）变化到处于确定状态止，输入滤波器还有一响应延迟时间（约 10ms ）。

（ 2 ） 程序处理
对应用户程序存储器所存的指令，从输入映像寄存器和其它软元件的映像寄存器中将有关软元件的通／断状态读出，从 0 步开始顺序运算，每次结果都写入有关的映像寄存器，因此，各软元件（ X 除外）的映像寄存器的内容随着程序的执行在不断变化。
输出继电器的内部触点的动作由输出映像寄存器的内容决定。

（ 3 ）输出处理
全部指令执行完毕，将输出映象寄存器的通／断状态向输出锁存寄存器传送，成为可编程控制器的实际输出。
可编程控制器的外部输出触点对输出软元件的动作有一个响应时间，即要有一个延迟才动作

6ES72111BE400XB0	CPU 1211C   AC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES72111AE400XB0	CPU 1211C   DC/DC/DC,6输入/4输出,集成2AI
6ES72111HE400XB0	CPU 1211C   DC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES72121BE400XB0	CPU 1212C   AC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
6ES72121AE400XB0	CPU 1212C   DC/DC/DC,8输入/6输出,集成2AI
6ES72121HE400XB0	CPU 1212C   DC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
6ES72141BG400XB0	CPU 1214C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI
6ES72141AG400XB0	CPU 1214C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI
6ES72141HG400XB0	CPU 1214C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI
6ES72151BG400XB0	CPU 1215C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72151AG400XB0	CPU 1215C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72151HG400XB0	CPU 1215C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72171AG400XB0	CPU 1217C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO