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西门子PLC s7-1200学习之路

2023-11-14

1 Introduction

最近因为一个项目需要使用西门子PLC，买了一个入门级的PLC s7-1200，并完成了一个PLC和PC通过TCP进行通信的小程序，为了防止活干完了，内容就全忘了，所以用一个笔记进行梳理和总结。入门一种语言，需要回答新手的几个问题，这个笔记按照回答的方式梳理。

2 问题

2.1 PLC是什么，什么时候用，要怎么选？

根据[1]，PLC可以替代继电器功能并完成复杂的控制功能。个人感觉功能上来看，PLC、DSP、单片机和FPGA之间的界限越来越小，只是各有侧重。
PLC因为基于梯形图这种数据流编程，安全稳定、开发难度低，点位多并且拓展灵活，适合大型的电气系统开发。主要还是开发简单，现场调试也方便。
S7-1200和smart 200的集成度较高，也更便宜。s7-1200存储区更大、集成了网口。其他的那些大家伙太贵了。

2.2 PLC的开发环境？

按照[2]搭建开发环境，开始第一个程序。接下来2倍加速把[5]过一遍，观其大略。

2.3 硬件和程序怎么交互？

PLC做好了数据块和硬件IO的映射。
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具体可以在设备组态中查看和配置。
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2.4 梯形图编程

  • 问题1：梯形图上传递的是什么？类似的LabVIEW图形化语言的区别是什么？
    树干上只传递0,1变量，和电路类似也有并联和串联。LabVIEW数据流上是啥都可以传递。
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  • 问题2：一般变量怎么修改？
    既然梯形图不是真正的数据流编程，那一般变量只能通过函数进行修改。
  • 问题3： 一般变量怎么创建？有全局变量、局部变量之分吗？
    我们来看看函数中的变量，main函数中的变量和普通函数变量，只差了一个static，这不就是c语言中的静态变量嘛。那么c语言中的局部变量，常量都可以在梯形图编程中找到对应的变量了。
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    PLC个人理解是典型的面向过程编程，那么显然少不了全局变量啊。
    除 了 I O 映 射 的 数 据 之 外 ， 我 在 学 习 P L C 的 时 候 ， 视 频 老 师 经 常 用 一 个 中 间 寄 存 器 M 10.0 , M 100.0 \color{red}{除了IO映射的数据之外，我在学习PLC的时候，视频老师经常用一个中间寄存器M10.0,M100.0} 除了IO映射的数据之外，我在学习PLC的时候，视频老师经常用一个中间寄存器M10.0,M100.0
    从c语言的角度出发，这么干非常危险， 最 好 不 要 去 这 么 直 接 操 作 内 存 啊 \color{red}{最好不要去这么直接操作内存啊} 最好不要去这么直接操作内存啊，可以用全局变量。
    再结合PLC的在线工具，可以像KEIL 编程一样，查看和改写全局变量的数据。
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    到这里，我们发现梯形图和开发嵌入式单片机差不多嘛。
  • 问题4： 如何创建函数？
    有三种函数：OB、FB、FC。
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    FB和FC的差距，差在有没有static。FB有static变量，每个FB的function内部的static 变量都有单独的存储空间，互不干涉。
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    F C 类 似 c 语 言 中 的 功 能 函 数 ； F B 可 以 从 电 气 模 块 化 设 计 的 角 度 理 解 。 \color{red}{FC类似c语言中的功能函数；FB可以从电气模块化设计的角度理解。} FC类似c语言中的功能函数；FB可以从电气模块化设计的角度理解。
    根据[3],OB类似于c语言中的线程（thread），所以梯形图虽小，也是五脏俱全。搞清楚梯形图编程的主干，编程完全是一个熟练度的问题了。

OB块主要用于程序循环、启动、延时中断、循环中断、硬件中断、HSC中断、诊断错误和时间错误八大事件。
OB块还有两个属性是编号和优先级，优先级越高，中断级别越高。在同样的优先级别，OB编号越小，越优先执行。

  • 问题5：数据结构有哪些？
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  • 问题6：库函数的能力？
    一个编程语言的强大，和官方的库函数以及社区的强大分不开。梯形图编程更贴近硬件，编程特点决定了，只使用官方库基本上满足需求。更复杂的需求估计只能换工控机这类设备了。
    常见电气项目中的主要功能使用起来非常方便。
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    - 问题7：数据怎么读写？如何进行数据读写保护?
    数据读写，两种方法：1）在梯形图主干上，通过触点（常开触点、常闭触点等）作为输入，用线圈作为输出；
    2）使用函数，进行数据操作；
    对于普通的数据类型，因为梯形图限定了程序是单线程，不会出现读写死锁的问题；
    对于IO输出，如果出现在不同的地方写入，就是PLC中的双线圈问题[4]。
    解决的方法就是两个支路进行并联，结合一些中间变量（寄存器）。
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2.5 怎么在线查看？

在线查看重点关注两个方面的内容：变量的变化？过程编程中具体过程状况？
通过梯形图，可以看到从上至下，从左到右的（0，1）执行变化，反应程序的过程状态，以及中间变量数值。可视化程度很高，和嵌入式开发很接近。
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在数据DB区可以看到全部变量的变化情况，很方便。
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References

[1] PLC原理及应用.刘星平 https://e.jd.com/30690778.html
[2] S7-1200零基础入门到精通 侯俊霞 https://www.bilibili.com/video/BV11A411u7n2?p=7
[3] https://www.zhihu.com/search?type=content&q=%E8%A5%BF%E9%97%A8%E5%AD%90%20OB
[4] https://www.zhihu.com/search?type=content&q=plc%20%E5%8F%8C%E7%BA%BF%E5%9C%88%20
[5] https://www.bilibili.com/video/BV11D4y1U7GU?p=26&t=1899

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嵌入式开发

PLC

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