第六章可編程控制器應用系統的設計

PLC控制技術屬于先進的實用技術。目前各種PLC在實際工程中已經廣泛使用，以PLC為主控制器的控制系統越來越多。應當說，在熟悉了PLC的組成和基本工作原理，掌握了PLC的指令系統及編程規則以后，就面臨著如何將PLC應用到實際工程中的問題，即如何進行PLC控制系統的設計，使PLC能夠實現對生產機械或生產過程的控制，并帶來更可靠、更高的質量和更高的效益。

與其他計算機控制系統一樣，PLC控制系統的應用設計過程可以分為總體設計、可靠性設計、硬件設計和軟件設計4個過程。也可以分為硬件設計和軟件設計兩個部分，將總體設計和可靠性設計并入硬件設計范疇。本章的主要內容：PLC控制系統的設計原則和設計步驟。PLC控制系統的系統的硬件設計和軟件設計。PLC控制系統的可靠性設計。PLC控制系統的調試步驟STEP7的結構化程序設計方法。PLC數字量控制系統應用設計舉例。PLC控制系統模擬量的檢測和控制。314C-2DPCPU的高速計數器的編程。本章的重點是：掌握PLC控制系統的設計原則，能夠正確、合理地選擇機型，初步熟悉控制系統的可靠性設計的內容和方法。通過幾個應用設計實例，掌握PLC控制系統的設計步驟和方法，對PLC控制系統的設計過程有一個完整清晰的思路。6.1可編程控制器控制系統總體設計

可編程控制器由于其應用方便、可靠性高，在各個行業、各個領域大量地應用著各種類型的可編程控制器。隨著可編程控制器本身的功能不斷的拓寬與增強，它已經從完成復雜的順序邏輯控制的繼電器控制柜的替代物，逐漸進入到過程控制和閉環控制等各個領域，它所能控制的系統越來越復雜，控制規模越來越宏大。因此，如何用可編程控制器完成實際控制系統的應用設計，是每個從事電氣自動化控制技術人員所面臨的實際問題。然而，隨著可編程控制器應用場合的不同，控制規模的不同，使用經驗的不同等諸多的不同，目前還沒有一個固定的設計模式。盡管如此，還是可以根據可編程控制器的工作特點和以往的經驗，提出PLC控制系統設計應當遵循的基本原則和一般的設計步驟，以及實際應用時的注意事項。

可編程控制器的一個重要特點就是一旦選擇好機型后，就可以同步進行系統設計和現場施工。因此，在了解了PLC的基本工作原理及掌握該機型的指令系統和編程原則后，就可以把PLC應用在實際的工程項目中。當采用PLC構成一個實際的控制系統時，這種系統的設計就是PLC的應用設計。一、可編程控制器控制系統設計的基本原則任何一個電氣控制系統所要完成的控制任務，都是為滿足被控對象(生產控制設備、自動化生產線、生產工藝過程等)提出的各項性能指標，最大限度的提高勞動生產率，保證產品質量，減輕勞動強度和危害程度，提高自動化水平。設計PLC控制系統時，應遵循的基本原則:

1.最大限度的滿足被控對象提出的各項性能指標為明確控制任務和控制系統應有的功能，設計人員在進行設計前，就應深入現場進行調查研究，搜集資料，與機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，以便協同解決在設計過程中出現的各種問題。

2.確保控制系統的安全可靠電氣控制系統的可靠性就是生命線，不能安全可靠工作的電氣控制系統，是不可能長期投入生產運行的。尤其是在以提高產品數量和質量，保證生產安全為目標的應用場合，必須將可靠性放在首位，甚至構成冗余控制系統。3.力求控制系統簡單在能夠滿足控制要求和保證可靠工作的前提下，應力求控制系統構成簡單。只有構成簡單的控制系統才具有經濟性、實用性的特點，才能做到使用方便和維護容易。4.留有適當的裕量考慮到生產規模的擴大，生產工藝的改進，控制任務的增加，以及維護方便的需要，要充分利用可編程控制器易于擴充的特點，在選擇PLC的容量(包括存儲器的容量、機架插槽數、Ｉ／Ｏ點的數量等)時，應留有適當的裕量。二、可編程控制器控制系統設計的主要內容在進行可編程控制器控制系統設計，盡管有著不同的被控對象和設計任務，設計內容可能涉及諸多方面，又需要和大量的現場輸入、輸出設備相連接，但是基本內容應包括以下幾個方面：

1．明確設計任務和技術條件

設計任務和技術條件一般以設計任務書的方式給出，在設計任務書中，應明確各項設計要求、約束條件及控制方式。因此，設計任務書是整個系統設計的依據。2．確定用戶輸入設備和輸出設備用戶的輸入、輸出設備是構成PLC控制系統中，除了作為控制器的PLC本身以外的硬件設備，是進行機型選擇和軟件設計的依據。因此，要明確輸入設備的類型(如控制按鈕、行程開關、操作開關、檢測元件、保護器件、傳感器等)和數量，輸出設備的類型(如信號燈、接觸器、繼電器等執行元件)和數量，以及由輸出設備驅動的負載(如電動機、電磁閥等)。并進行分類、匯總。3．選擇可編程控制器的機型可編程控制器是整個控制系統的核心部件，正確、合理的選擇機型對于保證整個系統的技術經濟性能指標起著重要的作用。

PLC的選型應包括機型的選擇、存儲器容量的選擇、Ｉ／Ｏ模板的選擇等。4．分配Ｉ／Ｏ地址，繪制Ｉ／Ｏ接線圖

通過對用戶輸入、輸出設備的分析、分類和整理，進行相應的Ｉ／Ｏ地址分配，并據此繪制Ｉ／Ｏ接線圖。

至此，基本完成了PLC控制系統的硬件設計。5．設計控制程序

根據控制任務和所選擇的機型以及Ｉ／Ｏ接線圖，一般采用梯形圖語言設計系統的控制程序。設計控制程序就是設計應用軟件，這對于保證整個系統安全可靠的運行至關重要，必須經過反復調試，使之滿足控制要求。6．必要時設計非標準設備在進行設備選型時，應盡量選用標準設備。如無標準設備可選，還可能需要設計操作臺、控制柜、模擬顯示屏等非標準設備。7．編制控制系統的技術文件在設計任務完成后，要編制系統的技術文件。技術文件一般應包括設計說明書、使用說明書、Ｉ／Ｏ接線圖和控制程序(如梯形圖等)。三、可編程控制器控制系統設計的一般步驟(一)評估控制任務隨著PLC功能的不斷完善，幾乎可以用PLC完成所有的工業控制任務。但是，是否選擇PLC控制系統，應根據該系統所需完成的控制任務，對被控對象的生產工藝及特點進行詳細分析。所以在設計前，應該首先把PLC控制與其它控制方式，主要是與繼電器控制和微機控制加以比較，特別是從以下幾方面給以考慮：1．

控制規模

一個控制系統的控制規模可用該系統的輸入、輸出設備總數來衡量，當控制規模較大時，特別是開關量控制的輸入、輸出設備較多且聯鎖控制較多時，最適合采用PLC控制。2．

工藝復雜程度當工藝要求較復雜時，用繼電器系統控制極不方便，而且造價也相應增加，甚至會超過采用PLC控制的成本。因此，采用PLC控制將有更大的優越性。特別是如果工藝流程要求經常變動或控制系統有擴充功能的要求時，則只能采用PLC控制。3．

可靠性要求雖然有些系統不太復雜，但其對可靠性、抗干擾能力要求較高時，也需采用PLC控制。在20世紀70年代，一般認為Ｉ／Ｏ總數在70點左右時，可考慮PLC控制，到了80年代，一般認為Ｉ／Ｏ總數在40點左右就可以采用PLC控制；目前，由于PLC性能價格比的提高，當Ｉ／Ｏ總數在20點左右時，就趨向于選擇PLC控制。4．

數據處理程度當數據的統計、計算等規模較大，需很大的存儲器容量，且要求很高的運算速度時，可考慮采用微機控制；

如果數據處理程度較低，而主要以工業過程控制為主時，采用PLC控制將非常適宜。一般說來:在控制對象的工業環境較差，而安全性、可靠性的要求又很高的場合；在系統工藝復雜，輸入、輸出以開關量為主，而用常規繼電器控制難以實現的場合；特別對于那些工藝流程經常變化的場合，可以采用低檔次的可編程控制器。

對于那些既有開關量Ｉ／Ｏ，又有模擬量Ｉ／Ｏ的控制對象，就要選擇中檔次的具有模擬量輸入輸出的可編程控制器，采用集中控制方案。

對于那些除了上述控制要求外，還要完成閉環控制，且有網絡功能要求的場合，就需要選用高檔次的、具有通訊功能和其它特殊控制功能要求的可編程控制器，構成集散監控系統，用上位機對系統進行統一管理，用PLC進行分散控制。(二)、PLC的選型選擇適當型號的PLC機是設計中至關重要的一步。目前，國內外PLC生產廠家生產的PLC品種已達數百個，其性能各有特點，價格也不盡相同。所以，在設計時，首先要根據機型統一的原則來考慮，盡可能考慮采用與本企業正在使用的同系列的PLC機，以便于學習、掌握、維護的方便性，備品配件的通用性，且可減少編程器的投資。在此基礎上還要充分考慮下面因素，以便選擇最佳型號的PLC機：

1．

I／Ｏ設備的數量和性質在選擇PLC時，首先應對系統要求的輸入、輸出有詳細的了解，即輸入量有多少，輸出量有多少，哪些是開關(或數字)量，哪些是模擬量，對于數字型輸出量還應了解負載的性質，以選擇合適的輸出形式(繼電器型、晶體管型、雙向可控硅型)。在確定了PLC機的控制規模后，還要考慮一定的余量，以適應工藝流程的變動及系統功能的擴充，一般可按10～15％的余量來考慮。另外，還要考慮PLC的結構，從Ｉ／Ｏ點數的搭配上加以分析，決定選擇整體式還是模塊式的PLC。在確定了PLC的輸入量和輸出量的點數及性質后，就可以進一步確定各種Ｉ／Ｏ模板的型號和數量。開關量Ｉ／Ｏ模板的規格標準有4、8、16、32、64點，點數多的模板，每點平均價格相對較低。對開關量Ｉ／Ｏ模板的外部接線方式可分為隔離式和匯點式，隔離式的每點平均價格較高。如果信號之間不需要隔離，應選用匯點式的Ｉ／Ｏ模板。在整體式PLC機中，各個Ｉ／Ｏ端子也有隔離式和匯點式之分，以滿足不同電壓等級的輸入／輸出器件的需要。

2．

PLC的功能要根據該系統的控制過程和控制規律，確定PLC機應具有的功能。各個系列不同規格的PLC機所具有的功能并不完全相同。如有些小型PLC只有開關量的邏輯控制功能，而不具備數據處理和模擬量處理功能。當某個系統還要求進行位置控制、溫度控制、PID控制等閉環控制時，應考慮采用模板式PLC，并選擇相應的特殊功能的Ｉ／Ｏ模塊，否則這些算法都用PLC的梯形圖設計，一方面編程困難，另一方面也占用了大量的程序空間。

另外，還應考慮PLC的運算速度，特別是當使用模擬量控制和高速計數器等功能時，應弄清PLC機的最高工作頻率是否滿足要求。3．

用戶程序存儲器的容量合理確定PLC的用戶程序存儲器的容量，是PLC應用設計及選型中不可缺少的環節。一般說來，用戶程序存儲器的內存容量與內存利用率、開關量Ｉ／Ｏ總數、模擬量Ｉ／Ｏ點數及設計者的編程水平有關。簡單的估算公式：內存字數＝(開關量Ｉ／Ｏ總點數＋模擬量Ｉ／Ｏ點數X16)X10

式中：每個模擬量通道(或Ｉ／Ｏ點)相當16個開關量Ｉ／Ｏ點。在此基礎上，可考慮留有20～25％的裕量。對于工藝比較復雜的系統，應適當增加存儲器的容量，否則，當控制較復雜、數據處理量大時，可能出現存儲器容量不夠的問題。四、PLC控制系統的系統設計可編程控制器的系統設計包括硬件設計和軟件設計。

1.

硬件設計

可編程控制器的硬件設計是指PLC外部設備的設計。在硬件設計中要進行輸入設備的選擇(如操作按鈕、開關及計量保護的輸入信號等)，執行元件(如接觸器的線圈、電磁閥線圈、指示燈等)的選擇，以及控制臺、柜的設計。要對PLC輸入/輸出通道進行分配，在進行Ｉ／Ｏ通道分配時，應做出Ｉ／Ｏ通道分配表，表中應包含Ｉ／Ｏ編號、設備代號、名稱及功能，應盡量將相同類型的信號、相同電壓等級的信號排在一起，以便于施工。對于較大的控制系統，為便于軟件設計，可根據工藝流程，將所需的計數器、定時器及輔助繼電器也進行相應的分配。

PLC硬件設計的最后一個步驟是：根據Ｉ／Ｏ通道表，繪制完整、詳盡的Ｉ／Ｏ接線圖。

2.

軟件設計

可編程控制器的軟件設計就是編寫用戶的控制程序。這是PLC控制系統設計中工作量最大的工作。軟件設計的主要內容一般包括：

存儲器空間的分配；專用寄存器的確定；

系統初始化程序的設計；各個功能塊子程序的編制；

主程序的編制及調試；

故障應急措施；

其它輔助程序的設計。對于電氣技術人員來說，編寫用戶的控制程序就是設計梯形圖程序，可以采用邏輯設計法或經驗設計法。對于控制規模比較大的系統，可根據工藝流程圖，將整個流程分解為若干步，確定每步的轉換條件，配合分支、循環、跳轉及某些特殊功能便可很容易地轉為梯形圖設計。

對于傳統的繼電器控制線路的改造，則可根據原系統的繼電器控制線路圖，將某些橋式電路進行改造后，就可以很容易的依照梯形圖的編程規則，直接轉化為梯形圖。這種方法設計周期短，修改調試程序簡易方便。軟件設計可以與現場施工同步進行，即在硬件設計完成以后，同時進行軟件設計和現場施工、以縮短施工周期。

五、PLC控制系統的可靠性設計

PLC控制系統的可靠性設計主要包括供電系統設計、接地設計和冗余設計。1．

PLC供電系統設計通常所說的PLC供電系統設計是指CPU工作電源，I/O模板工作電源的設計。①

CPU工作電源的設計可編程控制器一般都使用市電（220VAC，50Hz），電網的沖擊，頻率的波動將對控制系統產生一定的干擾，直接影響到控制系統的精度和可靠性。在CPU工作電源的設計中，一般可采取隔離變壓器、交流穩壓器、UPS電源、晶體管開關電源等措施。

PLC的電源模板可能包括多種輸入電壓，有220VAC、110VAC和24VDC，而CPU電源模板所需要的工作電源一般是5V直流電源，在實際應用中要注意電源模板輸入電壓的選擇。在選擇電源模板的輸出功率時，要保證其輸出功率大于CPU模板、所有I/O模板及各種智能模板總的消耗功率，并且要考慮30%左右的余量。當一個電源模板同時為主機和擴展機供電時，要保證從主機地最遠一個擴展機的線路壓降小于0.25V。②

I/O模板工作電源的設計

I/O模板工作電源是為系統中的傳感器、執行機構、各種負載與I/O模板之間的供電電源。在實際應用中，基本上都是采用24V直流供電電源或者220V交流供電電源。

由于在各個I/O模板上一般不安裝電源開關，為了安裝、調試和維護的方便，對各個模板的供電線路上要設立單獨的開關。2．

接地設計接地設計有兩個目的，消除各個支路電流流經公共地線阻抗時所產生的噪聲電壓和避免磁場與電位差的影響。在電氣控制系統中，接地是抑制干擾，使系統可靠工作的主要方法對于接地的一般要求是：l

接地電阻在要求范圍內。對于PLC控制系統，接地電阻要小于4歐姆。l

要保證足夠的機械強度。l

要具有耐腐蝕的能力并做防腐處理。l

在整個工廠中，PLC的控制系統要單獨設計接地。3．

冗余設計冗余設計是指在系統中人為地設計某些“多余”的部分。冗余配置代表PLC適應特殊需要的能力，是高性能PLC的體現。冗余設計的目的是在PLC已經可靠工作的基礎上，在進一步提高其可靠性，減少出故障的機率，減少出故障后修復的時間。冗余設計主要有以下幾種形式：①

冷備份冗余設計。對于容易出故障的模板，多購一套或若干套放在庫房中備份。②

熱備份冗余設計。對于比較重要的場合，冗余的模板在線工作，只是不參與控制。一旦正在參與控制的模板出現故障，它可自動接替工作，系統可不受停機損失。③

表決系統冗余配置。在特別或者非常重要的場合，為了做到萬無一失，可配置成表決系統。多套模板同時工作，其輸出依照少數服從多數的原則裁決。六、系統調試

當PLC的軟件設計完成之后，應首先在實驗室進行模擬調試，看是否符合工藝要求。當控制規模較小時，模擬調試可以根據所選機型，外接適當數量的輸入開關作為模擬輸入信號，通過輸出端子的發光二極管，可觀察PLC的輸出是否滿足要求。

對于一個較大的可編程控制器控制系統，程序調試一般需要經過單元測試、總體實驗室聯調和現場聯機統調等幾個步驟。對于PLC軟件而言，前兩步的調試具有十分重要的意義。

(一)、實驗室模擬調試

和一般的過程調試不同，PLC控制系統的程序調試需要大量的過程Ｉ／Ｏ信號方能進行。但是在程序的前兩步調試階段，大量的現場信號不能接入到PLC的輸入模板。因此要靠現場的實際信號去檢查程序的正確性通常是不可能的。只能采用模擬調試法，這是在實踐中最常用、也是最有效的調試方法。模擬方法主要有兩種：1．

硬件模擬法這種方法通常用于PLC的Ｉ／Ｏ點數裕量不大，內存較為緊張的場合。此時還需要一些設備，如用另一臺PLC來模擬現場發生的信號，并將這些信號以硬連線的方式接到用于控制的PLC的輸入模板中去。2．

軟件模擬法這種方法適用于PLC的點數和內存均有一定裕量的場合。這時不需要另外附加設備，只需要另外編寫一套模擬軟件，簡便、實用、易行。(二)、現場聯機統調

當現場施工和軟件設計都完成以后，就可以進行現場聯機統調了。在統調時，一般應首先屏蔽外部輸出，再利用編程器的監控功能，采用分段分級調試方法，通過運行檢查外部輸入量是否無誤，然后再利用PLC的強迫置位/復位功能逐個運行輸出部件。具體調試過程簡述如下：1．

做好調試準備拔出全部模板，主機及所有各通道站的電源開關處于“OFF”位置，檢查～220/110V切換開關或跨接線是否正確。

MCC盤、繼電器柜等直接有關設備已經通電檢查完畢，全部電源開關處于切斷狀態。2．

主機系統通電檢查各個狀態指示燈及風扇運行情況。3．

編程器聯機調試

編程器與主機正確連接后通電，檢查顯示、風扇，以及裝載磁帶、磁盤的功能。進行初始化操作，清內存，裝入磁帶或磁盤。用編程器對主機進行起動、停止操作，然后進行編程操作試驗。4．

PLC系統組態配置調整與投入①PLC各低壓電源通電，MCC盤操作電源通電。檢查各模板端子上是否有高壓存在，這時不能插入模板，如有問題立即解決。②各PLC柜接通本身電源，檢查電壓與極性。電源模板通電檢查。③將通道站通訊模板插入機架并進行檢查。④對各站模板逐一組態配置投入并檢查。5．

Ｉ／Ｏ模板調試①數字量模板測試數字量輸入模板，只要利用模板端子上的電源接線端，逐一短接各個輸入端子，檢查輸入點LED指示及從編程器上看該點狀態即可。測試數字量輸出模板時，利用編程器強置各個輸出點為ON，或編一段簡單程序給各個輸出點置位，檢查各個輸出點LED指示和輸出電壓。②模擬量模板測試模擬量輸入模板時，用一個電壓源或電流源作為信號，用電位器分壓或分流，提供模擬量輸入信號，用電壓表或電流表測出輸入端信號，然后與PLC內數字信號進行換算比較、檢查精度。測試模擬量輸出模板時，用編程器給出0點、中點、滿數字，實際測量輸出電流和電壓。6．

PLC系統與操作臺、模擬屏、MCC盤的聯調

①逐個操作操作臺上的按鈕、開關，檢查輸入信號。②逐個給MCC盤、繼電器盤上的繼電器、接觸器通電，檢查連到PLC的輸入信號。③通過PLC的輸出信號來驅動模擬屏的信號燈，進行逐點檢查。

此時應盡量按設備分組進行調試，注意，必須切斷主電路。7．

PLC與現場輸入設備和傳動設備的聯調某些現場信號，如行程開關、接近開關的信號，需人工在現場給出模擬信號，在PLC側檢查。給PLC提供信號的專用儀表，如：料位計，數碼開關，模擬量儀表等，也要從信號端給出模擬信號，在PLC側檢查。

用模擬量輸出信號驅動電氣傳動裝置的，要專門進行聯調，以檢查PLC模板的負載能力和控制精度。8．

用調試程序進行系統靜調

系統靜調是在MCC系統和現場設備未投入或未完全投入的情況下，模擬整個生產過程的控制，主要是為了調試完善應用軟件。

為了模擬生產過程，需要對應用軟件作必要的臨時改動，以變成可連續進行的調試程序。調試程序應盡量保持應用程序原貌，否則就失去了調試意義，但是必須要變動一部分，主要是：

①用時間來模擬現場設備實際動作行程，如開命令發出后，延時得到開到位信號。②對隨時間變化量，如：秤斗裝料放料過程可用定時器發出空或滿信號的方法來模擬。③由于程序中有大量的信號聯鎖，如：開甲門要求乙門關到位、丙門開到位等，要求調試程序中的模擬信號具有自保持性質，即定時驅動一個自保持線圈或定時后使一個寄存器置位等，一直等到相反驅動命令來時才復位。④許多操作臺輸入命令的開關信號還帶有一系列硬件聯鎖，這時要適當短接一些聯鎖，以保證輸入命令有效。⑤用內部時鐘或定時器產生料流模擬。9．

系統空操作調試

MCC盤上主電路不送電，而操作回路給電，在操作臺上(包括就地操作臺)進行就地手動、自動各種操作，檢查繼電器、接觸器動作情況，這種調試稱為空操作試驗，此時應用程序全部投入。由于這時機電設備沒有運轉，一部分硬件聯鎖條件不能滿足，需要臨時短接處理。10．

空載單機調試逐臺給單機主回路送電，進行就地手動試車，主要是配合機械調試，同時調整轉向、行程開關、接近開關、編碼設備、定位等。要仔細調整應用程序，以實現各項控制指標，如定位精度、動作時間、速度響應等。11．

空載聯動試車盡可能把全系統所有設備都納入空載聯調，這時應使用實際的應用程序，但某些在空載時無法得到的信號仍然需要模擬，如料斗裝放料信號，料流信號等，可用時間程序產生。

空載聯調時，局部或系統的手動/自動/就地切換功能、控制功能、各種工作制的執行、電氣傳動設備的綜合控制特性、系統的抗干擾性、對電源電壓的動和瞬時斷電的適應性等主要性能，都應得到檢查。空載聯調應保證有足夠的時間，很多接口中的問題往往這時才能暴露。12．

實際熱負載試車熱負載試車盡量采取間斷方式，即試車－處理－再試車。這時PLC系統硬件軟件的考驗完善階段。要隨時拷貝程序，隨時修改圖樣，一直到正式投產。七、程序存儲及歸檔系統調試完成以后，為防止因干擾、鋰電池變化等原因使RAM中的用戶程序遭到破壞和丟失，可用磁帶或磁盤將程序保存起來；或通過EPROM寫入器將程序固化到EPROM或EEPROM中；也可以用打印機將梯形圖程序或指令語句表等用戶程序打印下來。把它們作為原始的基礎資料，連同其它技術文件一道存檔。6.2STEP7的結構化程序設計

在采用結構化程序設計時，STEP7的應用程序通常由組織塊（OBs）、功能塊（FBs）、功能（FCs）和數據塊（DBs）組成。各個程序塊的調用關系

一、功能塊及其組成功能塊FB或功能FC實質上是用戶編寫的子程序，功能塊（FB）有一個數據結構與該功能塊的參數完全相同的數據塊（DB），稱為背景數據塊，背景數據塊依附于功能塊，它隨著功能塊的調用而打開，隨著功能塊的結束而關閉。存放在背景數據塊中的數據在功能塊結束時繼續保持。而功能FC則不需要背景數據塊，功能調用結束后數據不能保持。

功能塊主要有兩部分組成：局部變量聲明表和控制程序。

局部變量聲明表對當前邏輯塊所使用的局部變量進行聲明。當調用功能塊時，通過參數傳遞的方式將外部數據傳遞給功能塊（為功能塊的形式參數賦以實際值），使功能塊具有通用性。二、功能塊局部變量聲明表用STEP7進行程序設計時，在打開的每一個邏輯塊（OBs、FBs、FCs、DBs）的前部，都有一個變量聲明表，用于定義在當前邏輯塊中使用的參數和局部變量

在局部變量聲明表中，可以對局部變量的名稱、類型、數據類型進行定義，還可以對局部變量設置初始值和加注釋。

某個實際功能塊的變量聲明表

變量聲明表的參數是指在調用塊和被調用塊之間傳遞的數據，可分為輸入參數、輸出參數或I／O參數。局部變量又可分為靜態變量或臨時變量。

類型參數／變量說明In輸入參數由調用塊向被調用塊提供數據Out輸出參數將被調用塊的執行結果數據，返回到調用塊In_OutI／O參數由調用塊向被調用塊提供數據，經被調用塊處理后，返回到調用塊Stat靜態變量靜態變量存儲在背景數據塊中，塊調用結束后，其內容被保留Temp臨時變量臨時變量存儲在L堆棧中，塊執行結束后，其內容不保留對于在被調用塊中不需要使用的參數和變量，可不必在變量聲明表中進行定義。

對于功能塊FB，操作系統為參數和靜態變量分配的存儲空間是背景數據塊，當調用功能塊結束后，其運行結果在背景數據塊中留有備份。如果在調用FB時沒有提供實際參數，則功能塊使用背景數據塊中的數值。

對于功能FC，因為沒有背景數據塊，不能使用靜態變量，操作系統在L堆棧中為FC的臨時變量分配存儲空間。輸入參數、輸出參數、I／O參數以指向實際參數的指針形式存儲在操作系統為這些參數傳遞而保留的額外空間中。對于組織塊OB，其調用是由操作系統管理的，用戶不能參與，因此組織塊OB只有定義在L堆棧中的臨時變量。三、形式參數與實際參數為保證功能塊對同類設備控制的通用性，用戶在對功能塊編程時不使用具體設備對應的存儲區地址參數（如I0.0、Q4.3等），而是使用這些設備的抽象地址參數，即形式參數，簡稱形參。

當調用功能塊時，將具體設備對應的存儲區地址參數，即實際參數，簡稱實參，傳遞給功能塊，以實參代替形參，從而實現對某個具體設備的控制。

形參是在功能塊的變量聲明表中進行定義，實參則是在調用功能塊時給出的。在功能塊的不同調用處，只要實參與形參的數據類型相同，就可以為形參提供不同的實參。通過參數傳遞，可將調用塊的信息傳遞給被調用塊，也可以將被調用塊的運行結果返回給調用塊。四、局部變量的數據類型為了使操作系統為局部變量分配確定的存儲空間，在變量聲明表中要對局部變量的數據類型進行說明。數據類型可以是基本數據類型，或者是復式數據類型，也可以是專門用于參數傳遞的所謂“參數類型”。參數類型包括定時器、計數器、塊的地址或指針等。局部變量的參數類型說明

參數類型大小說明定時器（Timer）2Bybe在功能塊中定義一個定時器形參，調用時賦以定時器實參計數器（Counter）2Byte在功能塊中定義一個計數器形參，調用時賦以計數器實參塊：Block_FBBlock_FCBlock_DBBlock_SDB2Byte在功能塊中定義一個功能塊或數據塊形參變量，調用時給功能塊類或數據塊類形參賦予實際的功能塊或數據塊編號，如FC20、DB33指針（Pointer）6Byte在功能塊中定義一個形參，該形參說明的是內存的地址指針。例如：調用時可以給形參賦予實參，P#M10.0，以訪問內存M10.0ANY10Byte當實參的數據類型未知時，可以使用該類型１．

定時器或計數器參數類型

當在功能塊中定義一個定時器或計數器的形參后，在功能塊中就能使用定時器或計數器編程，而不需要指定定時器號或計數器號，等到調用該功能塊時，再為形參分配實參，如T20或C26，從而確定具體的定時器號或計數器的號。2．

塊參數類型在定義一個塊時，可通過參數類型確定塊的類型（FB、FC、DB等）。在為塊參數形參分配實參時，可使用物理地址，如FB20，也可使用符號地址，如：Motor_On。3．

指針參數類型

一個指針給出的是變量的地址，而不是變量的數值。通過定義指針類型的形參，就能在功能塊中先使用一個虛設的指針，等調用功能塊時，再為指針類型的形參分配實參，賦予確定的地址。如P#M10.0。4．

ANY參數類型如果不能確定實參的數據類型，或者在調用功能塊時需要改變數據類型，可以把形參定義為ANY參數類型，這樣就可以用任何數據類型的實參為形參賦值，而不必像其它參數類型那樣要保證形參和實參的數據類型一致。當定義了ANY參數類型后，CPU自動為ANY參數分配80Bit的內存單元用于存儲實參的起始地址，數據類型和長度編碼。例如：功能FC10有三個定義為ANY類型的輸入參數In_data1，In_data2，In_data3，當功能塊FB1調用FC10時，FB1可以向FC10的3個形參傳遞的數據類型是整數（靜態變量Speed）、字（MW100）和數據塊DB2中的雙字（DB2.DBD0）。而當功能塊FB2調用FC10時，FB2向FC10的3個形參傳遞的數據類型可以是實數數組（Matrix），布爾值（M3.3）和定時器（T4）。在這兩次調用FC10時，傳送的實參類型卻完全不同。五、功能塊的調用過程及內存分配當發生塊調用或者有來自更高優先級的中斷時，CPU在塊堆棧（B堆棧）存儲或處理相關的塊信息，并對部分內存和寄存器產生影響。

塊調用過程中B堆棧與L堆棧的變化情況１．

B堆棧與L堆棧

B堆棧是CPU內存的一部分，它存儲被中斷塊（被調用塊）的數據：l

塊的編號、塊的類型、優先級、返回地址。l

塊寄存器DB、DI被中斷（調用）前的內容。l

臨時變量的指針（被中斷塊的L堆棧地址）。

STEP7中可使用的B堆棧大小是有限制的，對于S7-300系列CPU，B堆棧最多可存儲8個塊的信息，即最多可同時激活8個塊。因此，塊調用的嵌套深度為8層。

L堆棧也是CPU內存的一部分，它在塊調用時被重新分配。L堆棧用于存儲邏輯塊中定義的臨時變量，也分配給臨時本地數據使用。梯形圖指令也可以使用L堆棧，存儲運算中的中間結果。2．

調用功能塊FB

當調用功能塊FB時，會發生以下事件：將調用塊的地址和返回位置存儲在B堆棧中，將調用塊的局部變量壓入L堆棧。交換數據塊DB寄存器內容與DI寄存器內容。新的數據塊地址裝入DI寄存器。被調用塊的實參裝入DB和L堆棧上部。當調用功能塊結束時，先前塊的現場信息從B堆棧中彈出，臨時變量從L堆棧彈出。交換DB和DI寄存器內容。

3．

調用功能FC當調用功能FC時，會發生以下事件：l

將功能FC實參的指針存到調用塊L堆棧。l

將調用塊的地址和返回位置存儲在B堆棧中，將調用塊的局部變量壓入L堆棧。l

功能FC中存儲臨時變量的L堆棧區被推入L堆棧上部。l

當對功能FC的調用結束時，先前塊的現場信息從B堆棧中彈出，臨時變量從L堆棧彈出。

因為功能FC不用背景數據塊，不能為FC的局部變量賦予初始值，必須為功能FC提供實參。塊調用過程對CPU內存的影響

六、功能塊（或功能）的編程及調用舉例功能塊的編程分兩步進行，首先定義變量聲明表，然后用梯形圖或語句表編寫要執行的程序，并在編程過程中使用已定義的局部變量。例：設計一個單按鈕啟停的控制功能FC0。

當控制功能比較單一，且輸入點數比較緊張時，可以考慮采用單按鈕啟停控制程序，即用一個按鈕既可以作為啟動按鈕，也可以作為停止按鈕，具體操作是：按單數次時為啟動按鈕，按雙數次時為停止按鈕。

在此例中，按鈕SB1控制1號風機的啟停，按鈕SB2控制2號風機的啟停，1號風機和2號風機不同時工作，通過選擇開關SA進行控制。

１．

編程元件的地址分配地址符號作用I0.0SA選擇開關I0.1SB11號風機的控制按鈕I0.2SB22號風機的控制按鈕Q4.1KM1控制1號風機的接觸器Q4.2KM2控制2號風機的接觸器2．

FC0的變量聲明表AddressDecl.SymbolDataTypeInitialValueComment0.0InSBBOOLFALSE（1號或2號）風機的控制按鈕1.0OutKMBOOLFALSE（1號或2號）風機的接觸器2.0In_OutM1BOOLFALSE單數次正跳沿檢測2.1In_OutM2BOOLFALSE雙數次正跳沿檢測3．

FC0的LAD控制程序4．

OB1的控制程序在FC0中定義了4個形式參數，當OB1調用FC0時為這4個形參賦予的實參，其STL控制程序為：OB1：AI0.0CALLFC0SB：=I0.1KM：=Q4.1M1：=M0.0M2：=M0.1ANI0.0CALLFC0SB：=I0.2KM：=Q4.2M1：=M0.0M2：=M0.1七、STEP7的數據塊編程在STEP7中，數據塊的結構形式是非常豐富的，通過數據塊，可使用戶程序運行所需要的各種數據在各個邏輯塊之間進行傳遞和交換、實現數據共享。

在用戶程序中，可以在S7CPU的存儲器中建立一個或多個數據塊，不同型號的CPU，允許定義的數據塊最大數量及所有數據塊所占的存儲器的最大空間也不盡相同，例如CPU314，數據塊的最大數量是127個，用作數據塊的存儲器空間最大為8KB（8196B）。１．

定義數據塊為避免出現系統錯誤，在使用數據塊之前，必須先對數據塊進行定義。定義數據塊的過程與定義變量聲明表的過程相同。在定義了數據塊的編號后，要對該塊中的變量進行定義，包括符號名、數據類型、初始值等。數據塊的數據結構是根據定義的變量順序和數據類型來確定，而數據塊的大小是由數據塊中的變量數來確定。

大多數數據塊是在編程階段用STEP7來定義，但也允許在程序運行中動態定義一個數據塊，此時的數據塊編號是自動產生的，數據塊在存儲器中的位置是動態分配的，這樣就可能產生超出用作數據塊的存儲空間的現象，造成定義失敗。2．

訪問數據塊在用戶程序中可能定義了多個數據塊，而每個數據塊中的數據結構都不相同，因此在訪問數據塊時，要指明數據塊的編號，數據類型與位置。①

直接訪問數據塊

直接訪問數據塊就是在指令中明確寫明數據塊號。如：LDB5.DBW10TDB10.DBW20LMotor_1.Speed//符號地址②

先打開后訪問數據塊在訪問某個數據塊的數據前，先用打開指令“OPN”打開該數據塊，將數據塊號（即數據塊的起始地址）裝入數據塊寄存器，這樣存放在數據塊中的數據就可以利用數據塊起始地址加偏移量的方法來訪問。如：

OPNDB5LDBW10OPNDB10TDBW20 LMotor_1.Speed//符號地址3．

背景數據塊和共享數據塊背景數據塊和共享數據塊有不同的用途。存儲在共享數據塊中的數據隨時向任何邏輯塊（OBs、FBs）或功能（FCs）開放。而背景數據塊中的數據是某個FB的部分運行變量，調用功能塊時，必須指定一個相關的背景數據塊。

一般情況下，每個FB都有一個對應的背景數據塊，有時一個FB也可以使用不同的背景數據塊。如果幾個FB所需要的背景數據塊完全相同，為節省存儲器，則可以定義成一個背景數據塊，供這些FB分別使用。為優化數據管理，可以采用多重背景數據將幾個FB需要的不同的背景數據定義在一個背景數據塊中。

背景數據塊與共享數據塊除了打開的方式不同外，在CPU存儲器中是沒有區別的。原則上，任何一個數據塊都可以當作背景數據塊或者當作共享數據塊使用，實際上，一個數據塊由FB當作背景數據塊使用時，必須與FB的數據格式要求一致。

八、數據塊的數據結構

STEP7中數據塊的類型可以是基本數據類型，也可以是復式數據類型。對于復式數據類型，有4種類型：日期—時間型（Data_and_Time）、字符串型（String）、數組型（Array）、結構型（Struct）。

還有一種復式數據類型，稱為“用戶數據類型（UDT）”，它是利用STEP7編輯器產生的，可命名結構。將大量的數據組織到UDT中，在生成數據塊或者在變量聲明表中進行定義變量時非常方便。

對于日期—時間型數據類型（Data_and_Time）的名稱、位數及數據格式是由操作系統定義的，用戶不可改變。并且該類型在S7-300中必須用系統功能SFC才能訪問。其它類型的復式數據則由用戶在邏輯塊變量聲明表或數據塊中進行定義。１．

數組（Array）同種數據類型的組合稱為數組。一個二維的2×3整數數組如圖所示。2．

結構（Struct）將不同的數據類型組合成一個整體，形成結構。結構的存儲結構如圖所示。3．

用戶數據類型（UDT）

STEP7允許將基本數據類型或復式數據類型組合成用戶自己定義的數據類型，這種數據類型即為用戶數據類型或UDT。用戶數據類型必須首先單獨建立，并存放在稱為UDT的特殊數據庫中。6.3

程序設計應用舉例一、十字路口交通信號燈的控制1．交通信號燈設置某十字路口的東西方向和南北方向分別安裝紅、綠、黃交通信號燈。2．控制要求交通信號燈在白天和夜晚的工作狀態不同，由選擇開關SA進行控制。

交通信號燈在白天工作時的具體控制要求：當選擇開關SA選在白天位置時，信號燈按照預先規定的時序循環往復地工作。

交通信號燈在夜晚工作時的具體控制要求：當選擇開關SA選在夜晚位置時，紅燈和綠燈停止工作，只有黃燈一直閃爍，閃爍的頻率為1s／次。交通信號燈的具體控制要求東西方向信號燈綠燈亮綠燈閃爍黃燈亮紅燈亮信號時間25s3s（1次／s）2s30s南北方向信號燈紅燈亮綠燈亮綠燈閃爍黃燈亮信號時間30s25s3s（1次／s）2s交通信號燈白天工作時的控制時序圖

3．控制系統硬件設計PLC控制系統的模板配置如表插槽號模板名稱模板型號數量1電源模板PS3075A6ES7307-1EA00-0AA012CPU模板CPU3146ES7314-1AE04-0AB014DI模板SM3216ES7321-1BH01-0AA015DO模板SM3226ES7322-1BH01-0AA014．控制系統軟件設計（1）采用線性編程因為本控制比較簡單，可考慮線性編程。①編程元件地址分配表編程元件I／O端子電路器件作用輸入繼電器I0.0SB1啟動按鈕I0.1SB2停止按鈕I0.2SA_1選擇白天工作I0.3SA_2選擇夜晚工作輸出繼電器Q4.0K1東西向綠燈Q4.1K2東西向黃燈Q4.2K3東西向紅燈Q4.3K4南北向綠燈Q4.4K5南北向黃燈Q4.5K6南北向紅燈其他編程元件地址分配表

編程元件地址PV值作用輔助繼電器M0.0

白天工作M0.1

夜晚工作M100.5（在STEP7軟件中設定）1Hz時鐘存儲器定時器T030s南北向紅燈亮T125s東西向綠燈常亮T23s東西向綠燈閃爍T32s東西向黃燈亮T430s東西向紅燈亮T525s南北向綠燈常亮T63s南北向綠燈閃爍T72s南北向黃燈亮②梯形圖控制程序

⑵采用結構化編程在本例中，由于在十字路口的東西方向和南北方向的交通信號燈具有相同的變化規律，因此可以采用結構化編程。通過對功能FC1的編程，實現某個方向的交通信號燈的順序控制，然后通過在組織塊OB1中調用功能FC1，完成結構化編程。①

編程元件的符號地址分配編程元件I／O端子符號電路器件作用輸入繼電器I0.0StartSB1啟動按鈕I0.1StopSB2停止按鈕I0.2Switch_DaySA_1選擇白天工作I0.3Switch_NightSA_2選擇夜晚工作輸出繼電器Q4.0EW_GreenK1東西向綠燈Q4.1EW_YellowK2東西向黃燈Q4.2EW_RedK3東西向紅燈Q4.3SN_GreenK4南北向綠燈Q4.4SN_YellowK5南北向黃Q4.5SN_RedK6南北向紅燈編程元件I／O端子符號器件作用定時器T0T-_SN_Red

南北向紅燈亮持續時間T1T_EW_Green

東西向綠燈亮持續時間T2T_EW_Green_F

東西向綠燈閃爍持續時間T3T_EW_Yellow

東西向黃燈亮持續時間T4T_EW_Red

東西向紅燈亮持續時間T5T_SN_Green

南北向綠燈亮持續時間T6T_SN_Green--_F

南北向綠燈閃爍持續時間T7T_SN_Yellow

南北向黃燈亮持續時間輔助繼電器M0.0Day_Light

白天工作M0.1Night_Light

夜晚工作M100.5M100.5

時鐘存儲器②

功能FC1的變量聲明表AddressDecl.SymbolDataTypeInitialValueComment0.0InRed_OnBOOLFALSE紅燈開始亮2.0InT_RedTIMER0紅燈亮持續時間4.0InT_GreenTIMER0綠紅亮持續時間6.0InT_Green_FTIMER0綠燈閃爍持續時間8.0InT_YellowTIMER0黃燈亮持續時間10.0OutRedBOOLFALSE紅燈亮10.1OutGreenBOOLFALSE綠燈亮10.2OutYellowBOOLFALSE黃燈亮③

功能FC1的梯形圖控制程序④

組織塊OB1的控制程序二、機械手的步進控制

機械手結構示意圖，其任務是將傳送帶A上的物品搬送至傳送帶B。1.機械手工作過程機械手通常位于原點位置，每次循環動作均從原位開始。當機械手在原位時，按下啟動按鈕，系統起動，傳送帶A運轉。當光電開關檢測到物品后，傳送帶A停止運行。

機械手有3種運行方式：自動運行，單周期運行和手動運行。（1）在自動運行方式下，機械手依次完成9個工作步驟：①機械手下降②夾緊工件③

機械手上升④

機械手右移⑤機械手下降⑥

放松工件放松動作為時間控制（設為2秒）⑦機械手上升⑧

機械手左移⑨回到原位機械手的工作流程（2）機械手的單周期運行單周期運行是指按下啟動按鈕后，機械手從原位開始下降，完成上述的9個工作步驟后，停止運行，若要求機械手繼續工作，要再次按啟動機械手，需重新按啟動按鈕。（3）機械手的手動運行手動運行是指機械手的上升、下降、左移、右移及夾緊操作通過對應的手動操作按鈕來控制，與操作順序無關。

機械手的單周期運行和手動運行均是用于設備檢修和調整。2.控制要求①

在傳輸帶A的端部，安裝了光電開關PS，用以檢測物品的到來。當光電開關檢測到物品時為ON狀態。②

機械手在原位時，按下啟動按鈕，系統啟動，傳送帶A運轉。當光電開關檢測到物品后，傳送帶A停。③

傳輸帶A停止后，機械手進行一次循環動作，把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B(連續運轉)上。④

機械手返回原位后，自動再啟動傳送帶A運轉，進行下一個循環。⑤

按下停止按鈕后，應等到整個循環完成后，才能使機械手返回原位，停止工作。⑥

機械手的上升／下降和左移／右移的執行結構均采用雙線圈的二位電磁閥驅動液壓裝置實現，每個線圈完成一個動作。⑦

夾緊／放松由單線圈二位電磁閥驅動液壓裝置完成，線圈通電時執行夾緊動作，線圈斷電時執行放松動作。3.控制系統硬件設計PLC控制系統的模板配置

插槽號模板名稱模板型號數量1電源模板PS3075A6ES7307-1EA00-0AA012CPU模板CPU3146ES7314-1AE04-0AB014DI模板SM3216ES7321-1BH01-0AA015DO模板SM3226ES7322-1BH01-0AA014.控制系統軟件設計（1）采用線性編程機械手的工作過程是典型的步進操作，在涉及到步進控制或順序控制時，常常采用移位指令進行編程，尤其是這種編程方法具有清晰的編程思路和最小變化的核心監控畫面，在進行程序調試時非常方便。

編程元件的地址分配

編程元件I／O端子電路元件作用輸入繼電器I0.0SB1自動啟動按鈕I0.1SB2單周期啟動按鈕I0.2SA手動啟動開關I0.3SB3停止按鈕I0.4SQ1上升極限開關I0.5SQ2下降極限開關I0.6SQ3左移極限開關I0.7SQ4右移極限開關I1.0KA壓力繼電器接點I1.1PS光電開關I1.2SB5手動上升按鈕I1.3SB6手動下降按鈕I1.4SB7手動左移按鈕I1.5SB8手動右移按鈕I1.6SB9手動抓緊按鈕I1.7SB10緊急停止按鈕輸出繼電器Q4.0KM1傳送帶A接觸器Q4.1KM2左移電磁閥Q4.2KM3右移電磁閥Q4.3KM4夾緊／放松電磁閥Q4.4KM5上升電磁閥Q4.5KM6下降電磁閥編程元件I／O端子電路元件作用采用移位指令編程的梯形圖控制程序（2）采用

分部式編程

分部式編程是結構化編程的一種特例，它將不同的控制功能分別編寫在不同的程序塊中，與結構化編程的主要不同在于沒有參數的調用和替換過程。在機械手控制中，可將其程序結構分為主程序（組織塊OB1），自動運行（包括單周期）子程序（功能FC1），手動控制子程序（功能FC2）。自動運行（包括單周期）子程序（功能FC1）的梯形圖程序

手動控制子程序（功能FC2）的梯形圖程序

主程序（組織塊OB1）的梯形圖程序

6.4模擬量的檢測和控制

在工程實踐中，除了要對開關量進行檢測和控制外，還要經常對模擬量進行檢測和控制。當系統的被控量是連續變化的物理量（例如溫度、壓力、流量、液位、轉速、位移、角度、電流、電壓等）時，就必須對這些模擬量進行檢測和控制。

一、模擬量的檢測1．變送器的選擇

為了將傳感器檢測到的電量或者非電量信號轉換為標準的直流電流或者直流電壓信號，需要用到變送器。根據變送器輸出的是恒流源或者恒壓源信號，變送器分為電流輸出型（例如4～20mA）和電壓輸出型（例如0～10V）。電流輸出型變送器具有較低的輸入阻抗（約250歐），線路上的干擾信號在模擬量輸入模板的輸入阻抗上產生的干擾信號較低，適宜遠程傳送（最遠達200米）。

2．量程調節塊的選擇在使用通用的模擬量輸入模板時，為了區分不同的模擬量類型和量程，必須首先確定變送器或者傳感器的信號類型，正確設置模擬量輸入模塊的量程，可以通過改變安裝在模板側面量程調節塊的位置來設定。在6ES7-331-7KF02-0AB0上有8個模擬量輸入通道，每兩個通道為一組，共用一個量程調節塊。在量程調節塊上有A、B、C、D4個位置，出廠時預設在B位置。在B位置包括4種不同的電壓量程；C位置包括5種不同的電流量程；D位置只有4～20mA的電流量程；A位置包括溫度傳感器、電阻測量或電壓測量的21種量程。3．模板的組態可以利用STEP7軟件對模擬量輸入模板的進行組態。①設置模板的診斷和中斷

在進行硬件組態時，可以雙擊已經組態的模擬量輸入模板，進入到屬性（Properties）畫面，選擇“Inputs”，可以設置是否允許診斷中斷和模擬量超過限制值的硬件中斷。如果選擇了超過限制值的中斷，窗口下部的“HighLimit（上限）”和“LowLimit（下限）”由灰變白，每兩個通道為一組，進行診斷。

模擬量輸入模板的組態畫面

②選擇輸入信號的類型和量程對于電流變送器可分為兩線制和四線制。兩線制電流和四線制電流都只有兩根信號線，它們之間的主要區別在于：兩線制電流的兩根信號線既要給傳感器或者變送器供電，又要提供電流信號；而四線制電流的兩根信號線只提供電流信號。因此，通常提供兩線制電流信號的傳感器或者變送器是無源的；而提供四線制電流信號的傳感器或者變送器是有源的，因此，當將模板輸入通道設定為連接四線制傳感器時，PLC只從模板通道的端子上采集模擬信號，如果將模板輸入通道設定為連接二線制傳感器時，PLC的模擬輸入模板的通道上還要向外輸出一個直流24V的電源，以驅動兩線制傳感器工作。③設置模板的測量精度和轉換時間模擬量輸入模板SM331采用積分式A/D轉換器，積分時間（integrationtime）直接影響到A/D轉換時間、轉換精度和干擾抑制頻率。積分時間長，精度高，但快速性差。積分時間與干擾抑制頻率互為倒數，對于50Hz的干擾，通常選擇積分時間為20 ms。

SM331的每個通道的轉換時間由積分時間、電阻測量的附加時間（1ms）和斷線監視的附加時間（10ms）組成。一個模板N個通道總的轉換時間（循環時間）為各個通道的轉換時間之和。④設置模擬值的平滑等級有些模擬量輸入模板可以用STEP7設置模擬值的平滑等級：無、低、平均、高，設定的平滑等級越高，平滑后的模擬值越穩定（但是快速性越差），對于變化緩慢的模擬值的精確測量很有意義。4．比例變換塊FC105的調用

在STEP7的編程中，有大量可直接調用的功能和功能塊，對于檢測模擬量的輸入，可直接調用比例變換塊FC105（“SCALECONVERT”），將變送器輸出的標準電流（或電壓）信號，變換為與實際測量值對應的數據。例：采用SM331（6ES7-331-7KF02-0AB0）的0通道測量流量信號，檢測的流量范圍：0～800M3/H，采用兩線制4～20mA電流變送器，量程為0～1000M3/H，模板的量程調節塊設定在D位置。該模板安裝在中央機架（Rack0）的6號槽位，地址為288。比例變換后的輸入數據存儲在MD100中。

用STEP7組態后，編程時，在“Libraries”中選擇“Standardlibrary”，再選擇“TI-S7ConvertingBlocks”，再選擇“FC105SCALECONVERT”，編寫的STL程序

參數說明如下：IN：模擬量輸入通道的地址；HI_LIM：變送器量程的上限；LO_LIM：變送器量程的下限；BIPOLAR：測量信號的極性，單極性為0（FALSE），雙極性為1（TRUE）；RET_VAL：返回變量的存儲地址，通過返回變量可以知道比例變換過程是否正常；OUT:比例變換后的輸入數據的存儲地址。

二、模擬量的控制-連續PID控制器SFB41

PID控制器是目前應用最廣泛的閉環控制器，大約90%的閉環控制采用PID控制器。在PLC和DCS中，都有PID控制模板或者PID控制功能。在S7-300的PLC中，有功能模板FM355，可實現閉環控制。也可以在不配置FM355的情況下，通過調用系統功能模塊SFB41，實現連續PID控制。１．

SFB41的框圖和參數SFB41的輸入參數參數名稱數據類型地址說明默認值COM_RSTBOOL0.0COMPLETERESTART，完全重啟動，為1時執行初始化程序FALSEMAN_ONBOOL0.1MANNULVALUEON，為1時控制循環將被中斷，手動值被設置為操作值TRUEPVPER_ONBOOL0.2PROCESSVARIABLEPERIPHERYON，使用外部設備輸入時的過程變量FALSEP_SELBOOL0.3PROPERSINALSELECTION，為1時打開比例操作TRUEI_SELBOOL0.4INTEGRALSELECTION，為1時打開積分操作TRUEINT_HOLDBOOL0.5INTEGRALHOLD，為1時積分操作保持FALSEI_ITL_ONBOOL0.6INITIALIZATIONOFINTEGNALON，為1時將I_ITLVAL作為積分器的初始FALSED_SELBOOL0.7DERIVATIVESELECT，為1時打開微分操作FALSECYCLETIME2SAMPLETIME，采樣周期，取值范圍：>=20msT#1sSP_INTREAL6INTERNALSETPOINT,內部設定值輸入，取值范圍：±100.0%或物理值0.0PV_INREAL10PROCESSVARIABLEIN，過程變量輸入0.0PV_PERWORD14PROCESSVARIABLEPERIPHERY，外部設備輸入的過程變量值16#0000MANREAL16MANUALVALUE，操作員接口輸入的手動值，取值范圍：±100.0%或物理值0.0GAINREAL20PROPORTIANALGAIN，比例增益2.0TITIME24INTEGRALTIME，積分時間常數T#20sTDTIME28DERIVATIVETIME，微分時間常數T#10sTM_LAGTIME32TIMELAGOFTHEDERIVATIVEACTION，微分操作的延遲時間T#2sDEADB_WREAL36DEADBANDWIDTH，死區寬度：>=0.00.0參數名稱數據類型地址說明默認值參數名稱數據類型地址說明默認值LMN_HLMREAL40MANIPULATEDVALUEHIGHLIMIT，控制器輸出上限值，取值范圍：LMN_LLM～100.0%或物理值100.0LMN_LLMREAL44MANIPULATEDVALUELOWLIMIT，控制器輸出下限值，取值范圍：－100.0%～LMN_HLM或物理值0.0PV_FACREAL48PROCESSVARIALEFACTOR，輸入的過程變量的系數1.0PV_OFFREAL52PROCESSVARIALEOFFSET，輸入的過程變量偏移量0.0LMN_FACREAL56MANIPULATEDVALUEFACTOR，控制器輸出量的系數1.0LMN_OFFREAL60MANIPULATEDVALUEOFFSET，控制器輸出量的偏移量0.0I_ITLVALREAL64INITIALIZATIONVALUEOFINTEGERALACTIONG，積分操作的初始值0.0DISVREAL68DISTURBANCEVARIABLE，擾動輸入變量0.0SFB41的輸出參數

參數名稱數據類型地址說明默認值LMNREAL72MANIPULATEDVALUE，浮點數格式的控制器輸出值0.0LMN_PERWORD76MANIPULATEDVALUEPERIPHERYI/O，I/O格式的浮點數格式的控制器輸出值16#0000QLMN_HLMBOOL78.0HIGHLIMITOFMANIPULATEDVALUEREACHED，控制器輸出超過上限FALSEQLMN_LLMBOOL78.1LOWLIMITOFMANIPULATEDVALUEREACHED，控制器輸出低于下限FALSELMN_PREAL80PROPERTOANALITYCOMPONENTOFMANIPULATEDVALUE，控制器輸出值中的比例分量0.0LMN_IREAL84INTEGRALCOMPONENTOFMANIPULATEDVALUE，控制器輸出值中的積分分量0.0LMN_DREAL88DERIVATIVECOMPONENTOFMANIPULATEDVALUE，控制器輸出值中的微分分量0.0PVREAL92PROCESSVARIABLE，格式化后的過程變量0.0ERREAL96ERRORSIGNAL，死區處理后的誤差輸出0.02．

設定值與過程變量的處理①設定值的輸入浮點數格式的設定值用變量SP_INT(內部設定值)輸入。②

過程變量的輸入

可以用兩種方法輸入過程變量（反饋值）：用PV_IN輸入浮點格式的過程變量，此時PVPER_ON應為0狀態。用PV_PER輸入外圍設備格式的過程變量，即用模擬量輸入模板的數字值作為PID控制的過程變量，此時PVPER_ON應為1狀態。③

過程變量轉變為實數外部設備的過程變量的的正常范圍是0～27648，27648（C600H）對應著最大值。在SFB41框圖中的CPR_IN的功能是將外部設備的輸入值轉換為-100%～+100%之間的實數格式的數值，CPR_IN的輸出（以%為單位）為：

PV_R=PV_PER×100/27648④

過程變量的標準化在SFB41框圖中的PV_NORM的功能是將CPR_IN的輸出PV_R格式化：PV_NORM的輸出=PV_R×PV_FAC＋PV_OFF3．PID控制算法①

誤差的計算與處理用實數格式的設定值SP_INT減去過程變量PV，得到負反饋的誤差。為了抑制由于控制器輸出量的量化造成的連續的較小的振蕩，用死區（DEADBAND）非