PLC基础知识 + 西门子S7-200Smart型号存储区、数据类型-吉桂权的个人主

一、什么是PLC？为什么要使用PLC？

1、什么是PLC？

PLC = Programmable Logic Controller = 可编程逻辑控制器

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式/模拟式的输入、输出接口，配合各通讯模块、智能模块控制各种类型的机械或生产过程！

到目前为止，制造业中唯一似乎不受自动化接管影响的领域是可编程逻辑控制器（PLC）；
如果没有 PLC，许多企业将无法支持新控制技术的实施。目前，PLC 仍然是工业 4.0 所承诺的数字化转型不可或缺的一部分。

2、PLC的组成？

PLC代表“可编程逻辑控制器”，它既是单元的结合，也是用于控制输入和输出模块的理论模型。PLC 必须包括四个基本组件才能成为一个完整的系统：

CPU 模块：这是中央处理器和存储信息和执行任务所需的内存。所有的数据计算和处理都是通过接收输入和产生输出来进行的。
电源：PLC的所有模块都依赖电源。PLC电源模块设计用于接收交流电并转换为直流电。
编程设备：PLC 需要将控制逻辑引入系统的编程软件。然后，用户可以在 PLC 软件内临时创建、传输和进行更改。
输入/输出模块：这些单元是 PLC 系统的重要组成部分。输入模块从传感器和执行器收集数据，将其输入 PLC 系统，然后产生可读信息，通过输出模块对外输出。这些模块可以是数字的或模拟的。

事实上，这个单元或系统是可编程的，这是对以前处理任务控制的重大改进。

这也是 PLC 竞争优势的来源：技术人员在任务或应用程序之间切换时不必更改硬接线。相反，他们可以简单地对设备重新编程。

3、PLC与传统的继电器控制的对比：

逻辑控制方式：

继电器控制：继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能、较为困难。继电器的触点数量有限，所以继电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。
PLC控制：以程序的方式存储在内存中，改变程序，便可改变逻辑；PLC控制系统连线少、体积小、功耗小，而且 PLC中每只软继电器的触点数理论是无限制的，因此其灵活性和可扩展性很好。

顺序控制方式：

继电器控制：利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制：时间继电器内部的机械结构易受环境温度和湿度变化的影响，造成定时的精度不高。
PLC控制：由半导体电路组成的定时器以及由晶体振荡器产生的时钟脉冲计时，定时精度高；使用者根据需要，定时值在程序中可设置，灵活性大，定时时间不受环境影响。

控制速度：

继电器控制：依靠机械触点的吸合动作来完成控制任务，工作频率低，工作速度慢。
PLC控制：采用程序指令控制半导体电路来实现控制，稳定、可靠，运行速度大大提高。

灵活性和扩展性：

继电器控制：系统安装后，受电气设备触点数目的有限性和连线复杂等原因的影响，系统今后的灵活性、扩展性很差。
PLC控制：具有专用的输入与输出模块；连线少，灵活性和扩展性好。

计数功能：

继电器控制：不具备计数的功能。
PLC控制：PLC内部有特定的计数器，可实现对生产设备的步进控制。

可靠性与可维护性：

继电器控制：使用大量机械触点，触点在开闭时会产生电弧，造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。
PLC控制：采用微电子技术，内部的开关动作均由无触点的半导体电路来完成；体积小，寿命长，可靠性高，并且能够随时显示给操作人员，及时监视控制程序的执行状况，为现场调试和维护提供便利。

4、为什么制造企业偏向于使用PLC？

PLC 易于编程：

使用 PLC 时，将控制逻辑编程到系统中的简便性意味着：您不需要精通计算机语言的人，在任务或应用程序发生变化时能够重新编写程序。
PLC可以提供统一的编程环境：

PLC 是在复杂的制造和工业应用中控制、测量和执行任务的首选方法，因为它们可以与其他系统很好地协同工作。PLC 与 PC、PAC（可编程自动化控制器）、运动控制设备和 HMI 配合良好。
PLC 收集可靠数据：

PLC 系统上设置的输入数量由用户决定。这意味着数据源的数量和流入的数据量没有限制。测量设备、传感器和运动控制可以获取多个参数，因此由用户决定如何收集这些数据以及输出的显示方式
PLC 可用于预测性维护：

由于当今 PLC 配备了更大的内存和处理能力，因此可以对它们进行编程以执行复杂和繁重的任务。其中一项任务是预测性维护。预测性维护的力量，尤其是在工业 4.0 开始时，怎么强调都不为过。

二、PLC数据存储的一些基础知识（以西门子S7系列200 Smart PLC为例）

因为如果不清楚PLC数据存储的基础知识，我们在进行PLC读写操作时，对位置的操作可能会莫名其妙，所以这里需要简单梳理一下！

首先：认识并深入理解下面两个单位的区别：

数据传输的最小单位：bit = 位

数据存储的最小单位：Byte = 字节 = 8bit

西门子S7系列在线中文手册地址：https://cache.industry.siemens.com/dl/files/610/109745610/att_1115063/v1/s7-200_SMART_system_manual_zh-CHS.pdf

1、S7系列PLC中共有哪些存储器区？

西门子S7系列PLC根据不同功能，将存储器细分为4类不同的存储器区：装载存储器区、工作存储器区、保持存储器区和系统存储器区。

装载存储器区：

用户项目中的程序块、数据块以及系统数据下载到装载存储器中；

程序块用来存储用户程序；
数据块用来存储用户数据，数据块的地址标识符为DB（Data Block）；
系统数据指的是用户进行硬件配置和网络参数配置等操作后由PLC自动生成的数据。

工作存储器区：

工作存储器是集成在CPU 内部的RAM存储器，容量不能扩展；
工作存储器被分成程序工作存储器和数据工作存储器，分别用来保存与程序运行有关的程序块和数据块；
用户在向CPU装载存储器下载程序块和数据块时，与程序执行有关的块被自动装入工作存储器；
工作存储器区内的数据在掉电时丢失，在恢复供电时由CPU恢复。

保持存储器区：

保持存储器是集成在CPU内部的非易失存储器，保存有限数量的数据，使之掉电不丢失；
可以通过参数设置，指定相应的存储器单元为可保持性，则该存储器单元内的数据在掉电时将被保存在保持存储器中；
设置为可保持性的数据可以是M、T、C和数据块内的数据。

系统存储器区：

系统存储器又被成为数据存储区，是集成在CPU内部的RAM存储器，数据掉电丢失，容量不能扩展。
系统存储器区主要包括输入过程映像(I)区、输出过程映像(Q)区、位存储器(M)区 、变量存储器(V)区、定时器 (T) 区、计数器(C) 区、局部数据(L) 区和I/O外设存储器区。

而我们程序正常要读写的用户数据，一般都是存放在系统（数据）存储器区中的！

2、常见的系统（数据）存储区有哪些？

M位存储器区：设计定位用来存储位类型的数据（如Bool），存储空间很小（2种寻址方式）：

以Bit形式表示：M0.0~M31.7，共256位；
以Byte形式表示：MB0~MB31，共32个字节；

V变量存储器区：设计定位用来存储变量类型的数据（任意类型），存储空间很大（4种寻址方式）：

不同的型号，V变量存储器区大小不一样，可以通过官方手册查看：以S7-200Smart为例：

以最小的ST20或SR20型号为例，也有8KB的大小，即：

以Bit形式表示：V0.0~V8191.7，共40960位；
以Byte形式表示：BB0~VB8191，共8192个字节；
以Word形式表示：VW0~VM8190，共4096个字；
以Double Word表示：VD0~VD8188，共2048个双字；

I输入过程印象存储器区：（与PLC扫描周期强相关）

在扫描周期开始时读取输入端子外围设备的“开”、“关”的状态，将状态值写入到I存储区；
如果扫描周期位1小时，那么1小时只会被读取一次（扫描周期开始时）—— 即使输入端每秒变化一次；

Q输出过程印象存储器区：（与PLC扫描周期强相关）

PLC程序运算的输出值不会直接作用到输出端子的设备上，而是在扫描周期开始时先复制到Q存储；
如果扫描周期位1小时，那么1小时只会被写入一次（扫描周期开始时）—— 即使输入端每秒变化一次；

L临时存储器区：也成为局部存储区（类似于局部变量）

用来存储 程序块的临时数据；
一般在有传递参数的子程序中有使用；
L临时局部存储区中的数据，是没有初始值的，需要自己显式地去赋值；

3、S7-200Smart型号PLC中常用的数据类型：

基本数据类型（7种）：位（bit）、字节（byte）、字（word）、双字（double word）、整数型（int）、双整数（dint）、实数（real）

公式：1 双字 = 2 字 = 4 字节 = 32 位

复合数据类型（5种）：数组（ARRAY）、结构（STRUCT）、字符串（STRING）、日期和时间（DATE-AND-TIME）、用户定义的数据类型（UDT，User-DefinedDataType）

4、基本数据类型细分：

位（Bit）：

定义为BOOL（布尔型），只有两个值 0 和 1；存储位置如：I0.0、Q0.1、M0.0、V0.1等；
字节（Byte）：

定义一个字节（Byte）等于8 位（Bit），其中0位为最低位，7 位为最高位。存储位置如：IB0（包括 I0.0～I0.7 位），QB0（包括Q0.0～Q0.7 位），MB0，VB0 等。
字（Word）：

定义相邻的两字节（Byte）组成一个字（Word），表示一个无符号数，所以一个字为16位；

如：IW0 由 IB0 和 IB1 组成的，其中I是输入映象寄存器，W表示字，0是字的起始字节；

特别注意的是：起始字节必须是偶数；字的范围为十六进制的 0000～FFFF，十进制的 0～65536；

在编程时，如果已经使用 IW0，如果想再用 IB0或 IB1，就要特别慎重，避免重复定义。
双字（Double Word）：

相邻的两个字（Word）组成一个双字，来表示一个无符号数，因此，双字为 32 位；

如：MD100 是由 MW100 和 MW102 组成的，其中M是位存储区，D表示双字，100是双字的起始字节；

特别注意的是：双字的起始字节也必须是偶数；双字的范围为十六进制的 0000～FFFFFFFF（即十进制的 0～4294967295）。

在编程时如果已经使用了MD100，如果再用 MW100或MW102，就要特别慎重，避免重复定义
整数型（Int）：

整数为有符号数，最高位为符号位，1表示负数，0表示正数。范围为－32768～32767。
双整数型（Dint）：

32 位整数和16位整数一样，为有符号数，最高位为符号位，1表示负数，0表示正数。范围为－2147483648～2147483647。
实数（Real）：

定义为浮点数（Float），浮点数为 32 位，可以用来表示小数。浮点数可以为：1.m×2e。数据类型VB,VW,VD关系

5、复合数据类型简单解释：

数组（ARRAY）：

将一组同一类型的数据组合在一起组成一个单位就是数组；
结构（STRUCT）：

将一组同不同类型的数据组合在一起组成一个单位就是结构；

字符串（STRING）：

字符串是由最多 254 个字符组成的一维数组；
日期和时间（DATE-AND-TIME）：

用于存储年、月、日、时、分、秒、毫秒和星期的数据。占用 8 个字节，BCD 编码；

星期天代码为1，星期一～星期六代码分别是 2～7；

如：DT＃2004_07_15_12:30:15.200 为 2004 年 7 月 15 日 12 时 30 分 15 秒 20 毫秒。
用户定义的数据类型（UDT，User-DefinedDataType）：

由用户将基本数据类型和复合数据类型组合在一起形成的数据类型，可以在数据块DB和变量声明表中定义复合数据类型。