下面以控制电动机正反转为例来说明PLC的工作原理，了解CPU是如何执行程序的。

输入I0.0、I0.1和I0.2分别采集电动机停止、正转和反转的输入信号，输出Q0.0和Q0.1控制电动机的正转和反转。

系统上电或由STOP模式切换到RUN模式时，CPU要执行一次复位操作，包含以下两个操作步骤。

（1）清除没有保持功能的位存储器状态、定时器和计数器状态，清除中断堆栈和块堆栈的内容等。

（2）执行系统启动组织块OB100。如果用户想使系统在上电后做一些初始化操作，可以在OB100中编写程序，否则用户完全可以忽略这个组织块。需要注意的是，OB100只在复位后被执行一次。

整个PLC的工作过程是以循环扫描的方式进行的，重复执行一个循环工作周期。以下4个步骤就是PLC程序执行的一个循环工作周期。

①操作系统启动循环时间监控。

②CPU将输出映像区中的数据写到输出模块。

③CPU读取输入电路的接通/断开状态并存入输入映像区。

④CPU处理用户程序，执行用户程序中的指令，并实时更新内存映像区。

在第一阶段，操作系统启动用户设置的监控循环时间。

在第二阶段，CPU将输出映像区中的数据状态传送到输出模块，用于控制与输出点连接的继电器线圈。例如，上次循环工作周期中输出映像区的Q0.0状态为“0”，而这次Q0.0得电，其状态变为“1”时，控制电动机的继电器线圈通电，其常开触点闭合，电动机正转；反之，控制电动机的继电器线圈断电，其常开触点断开，电动机停止。

在第三阶段，PLC通过输入模块采集外部电路的接通/断开状态，并写入到输入映像区中。例如，外部电路开关SB闭合，对应的输入映像位I0.0状态为“1”，在梯形图中对应的I0.0常开触点闭合，常闭触点断开。

在第四阶段，在CPU执行程序指令时，从映像区特别是输入映像区中读出程序中所用元件的“0”“1”状态，并执行指令，将运算结果实时写入到对应的映像区中。需要注意的是，在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像区对应的元件位也不会随之立即改变，只能等到这个循环扫描周期结束，下个循环扫描周期开始时才能被更新。

在S7-300中，系统不断地调用组织块OB1（相当于C语言中的主函数），在主函数中调用其他子程序，包括用户自己编制的子程序（逻辑块FC或FB）和系统自带的子程序（系统逻辑块SFC或SFB）。

在实际工程应用中，中断是不可缺少的工作方式，循环工作过程可以被某些事件中断。S7-300和S7-400的CPU为用户提供了多种中断方式，以下几种较为常用。

（1）中断源通过外部电路的输入进入系统，中断服务程序需事先存入组织块OB40。

（2）系统提供了某些组织块为中断工作方式服务，有OB10（日期时间中断组织块）和OB20（延时中断组织块）。

CPU从第一条指令开始，逐条地执行用户程序，并且循环重复执行。执行指令时，从元件映像区中将有关编程元件的0/1状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，实时更新映像区，*后的运算结果输出到生产过程的执行机构中。

德国西门子公司是世界上较早研制和生产PLC产品的主要厂家之一，其产品具有多种型号，以适应各种不同的应用场合，有适用于起重机械或各种气候条件的坚固型，也有适用于狭小空间具有高处理性能的密集型，有的运行速度极快且具有优异的扩展能力。它包括从简单的小型控制器到具有过程计算机功能的大型控制器，可以配置各种输入/输出模块、编程器、过程通信和显示部件等。西门子公司的PLC发展到现在，已经有很多系列产品，如S5、S7、C7、M7系列等，本书主要以S7-300、S7-400系列为例讲解PLC的理论和应用。

S7系列PLC是在S5系列的基础上研制出来的，它由S7-200、S7-300、S7-400组成。

微型S7-200PLC的结构紧凑、价格低廉，适用于小型的自动化控制系统。其指令处理时间短，减少了循环时间，高速计数器使其可应用于更广泛的领域，高速中断处理能分别响应各种过程事件。它对性能的扩展提供了模块化的扩展能力，用于控制步进电动机的脉冲输出，同样也可用于脉宽调制，为快速、方便地解决复杂的问题提供高效的指令集。

SIMATIC S7-1200 PLC系统采用 SIMATIC STEP 7 Basic Totally Integrated Automation Portal　V10.5（简称SIMATIC STEP 7 Basic V10.5或TIA Portal V10.5）工程组态软件进行组态和编程。SIMATIC STEP 7 Basic V10.5中包含了可视化视窗中心SIMATIC WinCC Basic V10.5，从而可实现过程可视化，也就是说，可以使用TIA Portal在同一个工程组态系统中组态SIMATIC S7-1200 PLC和SIMATIC HMI精简系列面板，统一编程、统一配置硬件和网络、统一管理项目数据及对已组态系统测试、试运行和维护等，并且所有项目数据均存储在一个公共的项目文件中，修改后的应用程序数据（如变量）会在整个项目内（甚至跨越多台设备）自动更新。TIA Portal V10.5中包含的系统编程和过程可视化组件不是相互独立的，而是可以相互统一访问公共数据库及其编辑器，可以使用一个适合项目中所有任务的公共用户界面来访问所有的编程和可视化功能。

浔之漫智控技术（上海）有限公司

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TIA Portal V10.5的基本应用是利用SIMATIC S7-1200系列PLC通过用户程序来控制机器的，并使用HMI设备操作和监视过程。

2）集成可视化和控制

SIMATIC S7-1200系列PLC通过PROFINET接口与SIMATIC HMI精简系列面板无缝集成，两者间通过集成的PROFINET接口进行物理连接，两者间的通信连接可以集中定义。在同一个项目中组态和编程，人机界面可以直接使用S7-1200系列PLC的变量。变量的交叉引用确保了项目各部分及各种设备中变量的一致性，可以统一在PLC变量表中查看或更新。从应用方面看，SIMATIC HMI精简系列面板处于现场操作和控制的核心位置，根据需要可完成控制系统上层的现场操作和管理，并可上传控制数据。