1.PLC程序运行原理
西门子840D/810D数控系统中，集成了S7-300系列PLC，其存储区可以划分为三个区域：装载存储器、工作存储器、系统存储器。当PLC得电或从STOP切换到RUN模式时，CPU执行一次热启动（使用OB100），操作系统执行如下操作：清除非保持位存储器、定时器和计数器；删除中断栈和块堆栈；复位所有保存的硬件中断和诊断中断；启动扫描循环监视时间。
PLC采用循环扫描工作方式，并有一些特定的中断处理方式。CPU通过扫描完成各输入点的状态采集或输入数据采集、用户程序逻辑解算、各输出点状态的更新等功能。
（1）输入采样阶段 从模块读信号状态并保存到过程映像输入表：PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端当前状态，并将此状态存入输入映象寄存器，接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变。也就是说，输入状态的变化，只能在每一次扫描工作周期的输入采样阶段被读入，用输入映象寄存器记忆其状态的变化。
（2）用户程序执行阶段 执行OB1中的程序：PLC在程序执行阶段，是按一定规律扫描用户程序的。在此阶段，PLC从输入映象寄存器读入所要用到的输入端状态，若程序需要读入输出状态，则也在此时读入，然后进行逻辑运算，并将运算结果再存入元件映象寄存器中。对每个元件来说，元件映象寄存器所寄存的内容，会随着程序执行的进程而变化。
（3）输出处理阶段 把过程映像输出表的值写到输出模块：在所有的指令执行完毕后，元件映象寄存器中所有输出继电器的状态，在输出刷新阶段才转存到输出锁存电路，再驱动输出线圈，这才是可编程序控制器的实际输出。输出元件映象寄存器的数据，由输出指令的执行结果决定，输出锁存电路的数据，由上一刷新时间输出元件映象寄存器的数据来决定，输出端器件上的状态，由输出锁存电路来决定。
2.PLC通用的诊断方法
PLC系统故障通过指示灯和STEP7软件诊断及PLC程序诊断。
（1）LED诊断 可以通过LED点亮或者闪烁来指示错误类型。
（2）通过STEP7软件诊断 当故障发生时，将读取诊断缓冲区内容或者调用工具“硬件诊断”。当发生系统检测错误时，一般CPU进入STOP状态，诊断缓冲区、I/B/L堆栈和硬件诊断等，建立与PLC在线连接后，在SIMATIC管理器中或在“Accessible Nodes”（可访问网络）窗口中选择要检查的站，执行菜单命令“PLC”→“Diagnostics/Settings”→“Module Information”，将打开模块信息窗口，显示该站中CPU模块信息，在模块信息窗口中打开“Diagnostics/Buffer”诊断缓冲区选项，给出CPU中发生事件一览表，选中“Events”窗口中的某一事件，下面灰色的“Details on”窗口将显示所选事件的详细信息，可以对系统的错误进行分析，查找停机原因。还可以使用Monitor/Modify Variable和Monitor Block以及“诊断/时钟”等测试功能给出错误原因和中断位置的详细信息。
（3）通过用户程序诊断 在用户程序中增加故障诊断功能的程序块OB86，OB86可以把故障信息和启动信息读出，以此作为诊断依据，并可以防止CPU进入STOP状态。也可以在用户程序中通过调用系统功能SFC13，查看EN50170标准定义的从站附加诊断信息。另外，西门子提供诊断FB125标准块，可以查看详细故障信息。
3.程序下载到设备调试
在机床改造设计PLC程序时，把程序下载到PLC的CPU中运行，然后在设备中调试程序。
（1）PLC程序功能错误的诊断方法
1）过程故障（例如接线错误）。对于输入端接线测试，可以采用“变量监控”的功能，而对于输出端接线测试，可以采用“变量修改”的功能以及“使能外设输出”EnablePe-ripheral Outputs（仅在CPU处于STOP时）。
2）逻辑编程错误（例如重复赋值）。如可以使用监视块状态、变量表、参考数据等测试功能搜索逻辑编程错误。
3）强制。该功能对地址进行强制控制，而不管程序逻辑如何。
4）断点。该断点测试功能用于在STL中以单步执行的方式来执行程序，并跟踪已执行指令的序列以及相关的寄存器内容，可以根据CPU设置多个断点。强制功能以及断点测试功能大多数情况下都是在程序设计阶段使用。
（2）利用程序监视调试程序
用途：Monitor Block测试功能用于跟踪块中的程序执行。为此，块中所用的地址的状态及内容在程序执行时被显示在屏幕上。
监视：通过用鼠标单击眼镜图标或选择菜单Debug->Monitor，可以在LAD/STL/FBD编辑器中激活当前所打开块的“监视”（“Block Status”）测试模式，如图4-13所示。
在测试功能开始时，被监视的块在编辑器中是在线还是离线被打开得并不重要。然而，离线被打开的块与CPU在线存储的块不同时，或者打开在线存储的块或者把离线打开的块下装到CPU然后监视它。在测试模式下，LAD/FBD的元件用不同的颜色显示。通过菜单Options→Customize进行选择。例如：状态满足→“元件显示绿色”
状态不满足→“元件显示蓝色”
注意：当CPU在RUN模式并且当被监视的指令正在被处理时，才能激活状态显示。
（3）利用变量表调试程序
用途：变量地址表（VAT）用于一个所选的格式察看（monitor）和改变（modify）CPU存储器区的地址的值。“Monitor/Modify Variables”功能从SIMATIC Manager或从LAD/STL/FBD编辑器启动。
输入变量表，如图4-14所示。
图4-13 测试程序状态
图4-14 输入变量表
变量表的设计：在变量表（VAT）中输入所选变量。除了块的局部、临时变量，可以监视和/或修改所有变量或地址，如图4-15所示。
可以在View菜单中选择显示变量表的列。每列的含义如下：
Address：变量的绝对地址。
Symbol：变量的符号地址。
Symbol comment：显示变量的注释。(www.xing528.com)
Display format：可通过单击鼠标左键选择数据格式（例如二进制或十进制），以选择的数据格式显示变量内容。
Status value：所选的状态格式的变量的值。
Modify value：赋值给变量。
保存变量表可用Table→Save或Table→Saveas存储变量表。首次存储变量表时，“Save As”对话窗口打开。“Saveas”窗口允许用户选择存储变量表的文件夹。存储路径没有预设到用户当前打开的项目/程序上。
可以给变量表选择任何名称，名称插入到符号表中作为符号名。
图4-15 监视和修改变量
可以再次使用存储的变量表用于监视和修改，不需要重新输入变量了。
为检查输入和输出的接线（与用户程序无关），也可以从硬件配置工具（HWConfig）直接调用Monitor/Modify/Force Variables Values（监视/修改/强制变量）工具（VAT），如图4-16所示。
用变量表监视和修改变量的基本步骤：
1）生成新的变量表或打开已存在的变量表，编辑和检查变量表的内容。
2）建立计算机与CPU之间的硬件连接，将用户程序下载到PLC。在变量表窗口中用菜单命令“PLC”→“Connectto”建立当前变量表与CPU之间的在线连接。
3）用菜单命令“Variable”→“Trigger”选择合适的触发点和触发条件。
4）PLC在RUN-P模式下，用菜单命令“Variable”→“Monitor”或“Variable”→“Modify”激活监视或修改功能。
图4-16 强制变量
（4）利用参考数据调试程序
用途：对于复杂的程序，在查找故障时特别需要有一个概览，在哪里哪个地址被扫描或赋值、哪个输入或输出被实际使用、整个用户程序关于调用层次的基本结构如何。
“参考数据”工具提供用户程序结构的概览以及所用的地址。参考数据交叉表从离线存储的用户程序生成。
对于功能错误，例如可以跟踪逻辑程序错误（例如多重赋值），你将发现“程序状态”和“参考数据”非常有用。
例如，一个逻辑功能不满足是因为一个数据位被置位，可以利用参考数据工具来确定该位是在哪里被赋值的。
参考数据：可以在SIMATICManager中（离线选择“Blocks”文件夹）或在“LAD/STL/FBDEditor”中，使用Options→ReferenceData→Display或FilterandDisplay生成，使用“Cross-ReferenceOK”显示参考数据。
过滤器参考数据包含不同的表格，以过滤后的形式显示，不论是否在菜单Options中选择了Display或FilterandDisplay选项。当你选择显示参考信息时，可以在用户定制对话框中选择首先显示哪个表。然后可以选择任何的表。
在参考数据交叉表中执行菜单命令“View”→“Sort”，可以选择按地址或块，递增（Addres sascending）或递减（Address descending）的顺序排列表中各行的参考数据。
（5）利用断点调试程序
断点：借助于这个测试功能，可以单步地测试用语句表编程语言建立的程序。
例如：在编程时可以测试程序循环。有的CPU可以设置几个断点。
断点功能：在程序编辑器中通过菜单“Test”或通过断点栏选择断点功能。
断点栏：通过选择菜单程序编辑器中的View→Breakpoint Bar，选择显示断点栏，如图4-17所示。
打开断点工具栏，可以执行断点设置、断点调试等操作。
断点调试功能，通常会把PLC寄存器调用出来，同时查看寄存器的内容。
注意：为了执行这些测试功能，必须满足下面的要求：根据CPU可以设置几个断点。允许的断点数和所用的CPU有关。块必须没有被保护（Know_how_protect）。要测试的块必须在线打开。如果程序执行时碰到一个断点，则CPU从RUN模式切换到HOLD模式，在这一模式，STOPLED亮起，同时RUNLED闪烁，为了安全原因，输出被禁止。
图4-17 断点栏选择断点
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