S7-300-PLC基本指令及应用课件.pptx
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- S7 300 PLC 基本 指令 应用 课件
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1、 S7-300 PLC基本指令及应用基本指令及应用主要内容:主要内容:5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础 5.2 位逻辑指令位逻辑指令 5.3 定时器和计数器定时器和计数器学习目标:学习目标:1.掌握S7-300 PLC主要数据类型及存储区。2.了解S7-300 PLC直接寻址、间接寻址的方法。3.掌握S7-300 PLC位逻辑指令并熟练应用。4.掌握S7-300 PLC定时器、计数器指令并熟练应用。重点重点难点:难点:1.S7-300 PLC位逻辑指令的灵活应用。2.定时器及其应用。3.PLC简单程序的设计。第第5 5章章 S7-300 PLCS7-300 PLC基本指令及应用基本
2、指令及应用5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础5.1.1 数数制制1、二进制数、二进制数二进制数二进制数的一位(的一位(Bit)只有)只有1和和0两个值,可以用来表示两个值,可以用来表示开关量(或数字量)的两种不同的状态开关量(或数字量)的两种不同的状态。触点:逻辑输入触点:逻辑输入0:触点不动作:触点不动作1:触点动作:触点动作线圈:逻辑输出线圈:逻辑输出0:线圈失电(线路断开):线圈失电(线路断开)1:线圈得电(线路闭合):线圈得电(线路闭合)5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础5.1.1 数数制制2、十六进制数、十六进制数2#1111 01012#1111 0101B#1
3、6#F 5 B#16#F 5 2#1111 0101 1001 0011 1111 2#1111 0101 1001 0011 1111 0101 1001 00110101 1001 0011DW#16#F 5 9 3 F 5 9 3DW#16#F 5 9 3 F 5 9 32#1111 0101 1001 00112#1111 0101 1001 0011W#16#F 5 9 3W#16#F 5 9 32#1111 0101 1001 00112#1111 0101 1001 0011F 5 9 3 HF 5 9 3 H5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础5.1.1 数数制制3、B
4、CD码(码(Binary Coded Decimal)BCDBCD码是用码是用4 4位位二进制数表示二进制数表示一位一位十进制数,十进制数,1010111110101111没有没有在在BCDBCD码中使用码中使用。5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础5.1.1 数数制制3、BCD码(码(Binary Coded Decimal)BCDBCD最高最高4 4位用来表示符号,位用来表示符号,00000000表示表示“+”号,号,11111111表表示示“-”号。因此号。因此1616位位BCDBCD码的范围是码的范围是-999999-999999,3232位位BCDBCD码的码的范围是范围是-
5、999 9999999 9999-999 9999999 9999。5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础5.1.2 数据类型数据类型 数据类型数据类型定义了数据的长度和表示方法定义了数据的长度和表示方法。在。在PLC操作指令操作指令中,不同的操作码需要指定的数据类型,因此数据类型是中,不同的操作码需要指定的数据类型,因此数据类型是PLC编程的基础。编程的基础。5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型基本数据类型用于定义基本数据类型用于定义不超过不超过32位位的数据,每种数据类型的数据,每种数据类型在分配存储空间时有确定的在分配存储空间时有确定的位数位数
6、,共有,共有12种。种。(1)5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型(2)5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型(3)5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型(4)5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型(5)5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型(6)5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型(7)5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型(8)5.1 S
7、7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型(9)5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型(10)RFID编码与调制技术目录目录1RFID编码2RFID调制3RFID数据校验RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理1数据和信号数据和信号数据可定义为表意的实体,分为模拟数据和数字数据。模拟数据在某些时间间隔上取连续的值,例如,语音、温度、压力等。数字数据取离散值,为人们所熟悉的例子是文本或字符串。在射频识别应答器中存放的数据是数字数据。在通信系统中,数据以电气信号的形式从一点传向另一点。信号是数据的电气或者电磁形式的编码,
8、信号可以分为模拟信号和数字信号。模拟信号是连续变化的电磁波,可以通过不同的介质传输,如有线信道和无线信道。模拟信号在时域表现为连续的变化,在频域其频谱是离散的。模拟信号用来表示模拟数据。数字信号是一种电压脉冲序列,数据取离散值,它可以通过有线介质传输,数字信号用于表示数字数据,通常可用信号的两个稳态电平来表示,一个表示二进制的0,另一个表示二进制的1。RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理 2信号的频谱和带宽信号的带宽是指信号频谱的宽度。很多信号具有无限的带宽,但是信号的大部分能量往往在较窄的一段频带中,这个频带称为该信号的有效带宽或带宽。RFID编码揭开RFID神秘面纱
9、分析RFID 系统的工作原理3传输介质与信号可分为模拟信号和数字信号相似,信道也可以分为传送模拟信号是的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。但应注意的是,数字信号经数模变换后就可以在模拟信道上传送,而模拟信号在经过模数变换后也可以数字信道上传送。传输介质是数据传输系统里发送器和接收器之间的物理通路。传输介质可以分为有线传输介质和无线传输介质,RFID射频识别系统信道的传输介质为磁场(电感耦合)和电磁波(微波),都属无线传输。Hzf 波段 104 105 106 107 108 109 1010 1011 LF MF HF VHF UHF SHF EHF 125kHz 13.56MHz 43
10、3M 915M 5.8G 869M 2.45G 图4-7电磁波的频谱射频识别所用的频率为135kHz(LF)及ISM频率的13.56MHz(HF),433MHz(UHF),869MHz(UHF),915MHz(UHF),2.45GHz(UHF),5.8GHz(SHF)。电磁波的频谱如图4-7。RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理 3信道的容量 1)数据传输速率:每秒传输二进制信息的位数,单位为位/秒,记作bps或b/s。式中T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码)单位为秒;N为一个码元所取的离散值个数。通常 N=2K,K为二进制信息的位数,K=log2N
11、。N=2时,S=1/T,表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。计算公式:S=1/T log2N(bps)(4.1)RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理2)信号传输速率:单位时间内通过信道传输的码元数,单位为波特,记作Baud。式中T为信号码元的宽度,单位为秒。信号传输速率,也称码元速率、调制速率或波特率。由、式得:信道容量和传输带度成正比关系。实际所用的带宽都有一定的限制,这往往是考虑到不要对其他的信号源产生干扰,从而有意对带宽进行了限制。因此,必须尽可能高效率地使用带宽,使其能在有限的带宽中获得最大的数据传输速率,制约带宽使用效率的主要因素是噪声。计算公式:B=1/
12、T(Baud)(4.2)S=B log2N(bps)(4.3)或 B=S/log2N(Baud)(4.4)RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理2.信道容量对在给定条件,给定通信路径或信道上的数据传输速率称为信道容量。信道容量表示一个信道的最大数据传输速率,单位:位/秒(bps),信道容量与数据传输速率的区别是,前者表示信道的最大数据传输速率,是信道传输数据能力的极限,而后者是实际的数据传输速率。像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。1)离散的信道容量奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H的关系:奈奎斯特公式-无噪信道传输能力公式:式中H为
13、信道的带宽,即信道传输上、下限频率的差值,单位为Hz;N为一个码元所取的离散值个数。B=2 H(Baud)(4.5)C=2 H log2N(bps)(4.6)RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理2)连续的信道容量香农公式-带噪信道容量公式:式中S为信号功率,N为噪声功率,S/N为信噪比,通常把信噪比表示成10lg(S/N)分贝(dB)。C=H log2(1+S/N)(bps)(4.7)RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理 如图4-10双极性不归零(NRZ)码,其特点是数字消息用两个极性相反而幅度相等的脉冲表示。其与单极性码比较有以下优点:从平均统
14、计角度来看,消息“1”和“0”的数目各占一半,所以无直流分量;接收双极性码时判决门限电平为零,稳定不变,因而不受信道特性变化的影响,抗噪声性能好;可以在电缆等无接地的传输线上传输。1 0 0 1 1 0 数据时钟 CLK NRZ 码数据 曼彻斯特码 图4-10 NRZ码与曼彻斯特码3、双极性矩形脉冲RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理 曼彻斯特编码也被称为分相编码(SplitPhase Coding),彻斯特码的波形如图4-11所示,在每一位的中间有一
15、个跳变。位中间的跳变既作为时钟,又作为数据,从高到低的跳变表示1,从低到高的跳变表0,曼彻斯特码也是一种归零码。曼彻斯特编码在采用负载波的负载调制或者反向散射调制时,通常用于从电子标签到读写器的数据传输,因为这有利于发现数据传输的错误。这是因为在位长度内,“没有变化”的状态是不允许的。当多个电子标签同时发送的数据位有不同值时,接收的上升边和下降边互相抵消,导致在整个位长度内是不间断的副载波信号,由于该状态不允许,所以读写器利用该错误就可以判定碰撞发生的具体位置。4、曼彻斯特(Manchester)编码RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理 Miller码也称延迟调制码,是
16、一种变形双向码。其编码规则:对原始符号“1”码元起始不跳变,中心点出现跳变来表示,即用10或01表示。对原始符号“0”则分成单个“0”还是连续“0”予以不同处理;单个“0”时,保持0前的电平不变,即在码元边界处电平不跳变,在码元中间点电平也不跳变;对于连续“0”,则使连续两个“0”的边界处发生电平跳变。表4-1密勒码编码规则bit(i-1)bit(i-1)bit ibit i密勒码编码规则密勒码编码规则1bit i的起始位置不变化,中间位置跳变00bit i的起始位置跳变,中间位置不跳变10bit i的起始位置不跳变,中间位置不跳变5、米勒(Miller)编码RFID编码揭开RFID神秘面纱分
17、析RFID 系统的工作原理 米勒编码在半个位周期内的任意边沿表示二进制“1”,而经过下一个位周期中不变的电平表示二进制“0”。位周期开始时产生电平交变,如图4-11所示。因此,对接收器来说,位节拍比较容易重建。图4-11 米勒编码RFID编码揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理(2)选择编码方法的考虑因素 在REID系统中,由于使用的电子标签常常是无源的,市无源标签需要在读写器的通信过程中获得自身的能量供应。为了保证系统的正常工作,信道编码方式首先必须保证不能中断读写器对电子标签的能量供应。另外,作为保障系统可靠工作的需要,还必须在编码中提供数据一级的校验保护,编码方式应该提供这T
18、功能,并可以根据码型的变化来判断是否发生误码或有电子标签冲突发生。在RFID系统中,当电子标签是无源标签时,经常要求基带编码在每两个相邻数据位元间具有跳变的特点,这种相邻数据间有跳变的码,不仅可以保证在连续出现“0”的时候对电子标签的能量供应,而且便于电子标签从接收到的码中提取时钟信息患。在实际的数据传输中,由于信道中干扰的存在,数据必然会在传输过程中发生错误,这时要求信道编码能够提供一定程度检测错误的能力。RFID调制揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理1脉冲调制脉冲调制是指将数据的NRZ码变换为更高频率的脉冲串,该脉冲串的脉冲波形参数受NRZ码的值0和1调制。主要的调制方式为频
19、移键控FSK和相移键控PSK。RFID调制揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理(1)FSK调制 FSK是指对已调脉冲波形的频率进行控制,FSK调制方式用于频率低于135kHz(射频载波频率为125kHz)的情况,图4-12所示为FSK方式一例,数据传输速率为fc/40,fc为射频载波频率。FSK调制时对应数据1的脉冲频率f1=fc/5,对应数据0的脉冲频率f0=fc/8。0 0 0 1 1 数据时钟 数据 NRZ 码 FSK 脉冲 f0 f0 f1 f1 图4-12FSK脉冲调制波形RFID调制揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理1)FSK调制 FSK方式的实现很容易,
20、如图4-13所示,图中,频率为fc/8和fc/5的脉冲可由射频载波分频获得,数据的NRZ码对两个门电进行控制,便可获得FSK波形输出。fc/5 fc/8 分 频 器 射频载波 fc 数据 NRZ 码 门电路 1 门电路 2 移相 数据 NRZ 码 FSK 输出 图4-13 FSK实现的原理框图RFID调制揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理2)FSK解调FSK解调NRZ码的电路如图4-14所示,它用于阅读器中,其工作原理如下:PR CL D CLK Q Q 7474 PR CL D CLK Q Q 7474 5V 5V 单稳 74121 FSK 信号 125kHz 时钟 Reset
21、 Q7 CLKen CLK 10 进计数器 4017 数据输出 至 MCU 非 非 D2 D1 R 1 1 图4-14 FSK解调电路原理图RFID调制揭开RFID神秘面纱分析RFID 系统的工作原理触发器D1将输入FSK信号变为窄脉冲。触发器D1采用7474,当端为高时,FSK上跳沿将Q端置高,但由于此时为低,故CL端为低,又使Q端回到低电平。Q端的该脉冲使十进计数器4017复零并可重新计数。为更好地说明计数器4017,触发器D2和单稳电路74121的作用,现设输入射频载波频率fc=125kHz,且数据0的对应脉冲调制频率f0=fc/8,数据1的对应脉冲调制频率f1=fc/5。RFID芯片中
22、FSK通常有多种模式,如e5551芯片中有4种模式,如表4-2所示,前面对该电路的分析描述对应于FSK1a。对于FSK1,只需要将输出端改触发器D2的Q端;对于FSK2,则计算器的输出端改用Q9即可。对于不同的数据速率,只是位宽不同,不影响解调的结果。5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型(11)5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础1、基本数据类型、基本数据类型(12)5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础 复杂数据类型用于定义复杂数据类型用于定义大于大于32位位或由或由其他数据类型其他数据类型组成的组成的数据。数据。STEP 7允许允许5种种
23、复杂数据类型复杂数据类型:DATE_AND_TIME(日期和(日期和时间时间)ARRAY(数组)(数组)STRUCT(结构)(结构)STRING(字符串)(字符串)UDT(用户自定义数据类型)(用户自定义数据类型)2、复杂复杂数据类型数据类型(1)日期和时间()日期和时间(DATE_AND_TIME)用于存储年低用于存储年低2位、月、日、时、分、秒、毫秒和星位、月、日、时、分、秒、毫秒和星期,占用期,占用8个字节,用个字节,用BCD格式保存。星期天的代码为格式保存。星期天的代码为1,星期一星期六的代码为,星期一星期六的代码为27。例如。例如:DT#2020-03-16-12:59:48.705
24、 星期一,存储为:星期一,存储为:2、复杂复杂数据类型数据类型0010 00005.1 S7-300 PLC编程基础编程基础0000 00110001 01100001 00100101 10010100 10000111 00000101 0010字节N字节N+4字节N+3字节N+7(2)数组()数组(ARRAY)将将一组同一类型的数据组合在一起组成一个单位就是一组同一类型的数据组合在一起组成一个单位就是数组。数组的维数最大可以到数组。数组的维数最大可以到6维;维;ARRAY后面方括号中后面方括号中的数字用来定义每一维的起始元素和结束元素在该维中的的数字用来定义每一维的起始元素和结束元素在该
25、维中的编号,取值范围为编号,取值范围为-3276832767。2、复杂复杂数据类型数据类型5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础ARRAY1.3,1.5,1.4 INT(3)结构结构(STRUCT)将将一组不同类型的数据组合在一起组成一个单位就是一组不同类型的数据组合在一起组成一个单位就是结构。如定义一个结构。如定义一个“电动机电动机”结构,可以用如下结构,可以用如下方式方式:2、复杂复杂数据类型数据类型5.1 S7-300 PLC编程基础编程基础(4)字符串()字符串(STRING)字符串字符串是由字符组成的一维数组,每个字节存放一个是由字符组成的一维数组,每个字节存放一个字符字符,例
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