S7-200 PLC的编程语言简介

与个人计算机相比，PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。各厂家的PLC编程语言和指令系统的功能和表达方式也不一致，有的甚至有相当大的差异，因此各厂家的PLC互不兼容。IEC（国际电工委员会）是为电工电子技术的所有领域制订标准的世界性组织。IEC于1994年5月公布了PLC标准（IEC61131），该标准鼓励不同的PLC制造商提供在外观和操作上相似的指令。它由以下5部分组成：通用信息、设备与测试要求、编程语言、用户指南和通信。其中的第三部分（IEC 61131-3）是PLC的编程语言标准。IEC 61131-3标准使用户在使用新的PLC时，可以减少重新培训的时间；对于厂家，使用标准将减少产品开发的时间，可以投入更多的精力去满足用户的特殊要求。

目前，已有越来越多的生产PLC的厂家提供符合IEC 61131-3标准的产品，有的厂家推出的在个人计算机上运行的“软件PLC”软件包也是按IEC 61131-3标准设计的。

IEC 61131-3详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言的表达方式如图2-10所示：

①顺序功能图（Sequential Function Chart，SFC）；

②梯形图（Ladder Diagram，LD）；

③功能块图（Function Block Diagram，FBD）；

④指令表（Instruction List，IL）；

⑤结构文本（Structured Text，ST）。

图2-10 PLC的编程语言

标准中有两种图形语言——梯形图（LD）和功能块图（FBD），还有两种文字语言——指令表（IL）和结构文本（ST）。可以认为，顺序功能图（SFC）是一种结构块控制程序流程图。

1.顺序功能图（SFC）

这是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序，顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作是顺序功能图中的3种主要元件。可以用顺序功能图来描述系统的功能，根据它可以很容易地画出梯形图程序。

2.梯形图（LD）

梯形图是使用得最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观、易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于数字量逻辑控制。有时把梯形图称为电路或程序。

梯形图由触点、线圈和用方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输入条件，例如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的输出条件等。功能块用来表示定时器、计数器或者数学运算等附加指令。

在分析梯形图中的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧垂直“电源线”之间有一个左正右负的直流电源电压（S7-200 PLC的梯形图中省略了右侧的垂直电源线），当图2-11中的I0.1与I0.2的触点接通，或M0.3与I0.2的触点接通时，有一个假想的“能流”（Power Flow）流过Q1.1的线圈。利用能流这一概念，可以帮助我们更好地理解和分析梯形图，能流只能从左向右流动。

触点和线圈等组成的独立电路称为网络（Network），用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号，允许以网络为单位，给梯形图加注释。本书为节约篇幅，一般没有标注网络号。在网络中，程序的逻辑运算按从左到右的方向执行，与能流的方向一致。各网络按从上到下的顺序执行，执行完所有的网络后，返回最上面的网络重新执行。

使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图，并将它下载到PLC。

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图2-11 梯形图与语句表

3.功能块图（FBD）

这是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。图2-12中的控制逻辑与图2-11中相同。西门子公司的“LOGO！”系列微型PLC使用功能块图语言，除此之外，国内很少有人使用功能块图语言。

4.语句表（STL）

图2-12 功能块图

S7系列PLC将指令表称为语句表。PLC的指令表是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成的程序叫做指令表程序或语句表程序。

语句表比较适合熟悉PLC和逻辑程序设计的经验丰富的程序员使用。

5.结构文本（ST）

结构文本（ST）是为IEC 61131-3标准创建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。

6.编程语言的相互转换和选用

在S7-200 PLC的编程软件中，用户可以选用梯形图、功能块图和语句表这3种编程语言。语句表不使用网络，但是可以用Network（网络）这个关键词对程序分段，这样的程序可以转换为梯形图。

语句表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计复杂的数字量控制程序时一般使用梯形图语言。语句表可以处理某些不能用梯形图处理的问题，梯形图编写的程序一定能转换为语句表。

梯形图程序中输入信号与输出信号之间的逻辑关系一目了然，易于理解，与继电器电路图的表达方式极为相似，设计数字量控制程序时建议选用梯形图语言。语句表输入方便快捷，梯形图中功能块对应的语句只占一行的位置，还可以为每一条语句加上注释，便于复杂程序的阅读。在设计通信、数学运算等高级应用程序时建议使用语句表语言。

7.SIMATIC指令集与IEC 61131-3指令集

供S7-200 PLC使用的STEP 7-Micro/WIN编程软件提供两种指令集：SIMATIC指令集与IEC 61131-3指令集。前者由西门子公司提供，它的某些指令不是IEC61131-3中的标准指令。通常SIMATIC指令的执行时间短，可以使用梯形图、功能块图和语句表语言，而IEC 61131-3指令集只提供前两种语言。

IEC 61131-3指令集的指令较少，其中的某些“块”指令可以接受多种数据格式。例如SIMATIC指令集的加法指令被分为ADD_I（整数加）、ADD_DI（双字整数加）与ADD_R（实数加）等，IEC 61131-3的加法指令ADD则未做区分，而是通过检验数据格式，由CPU自动选择正确的指令。IEC指令通过检查参数中的数据格式错误还可以减少程序设计中的错误。

在IEC 61131-3指令编辑器中，有些是SIMATIC指令集中的指令，它们作为IEC 61131-3指令集的非标准扩展，在编程软件的指令树内用红色的“+”号标记。