西门子6SE6440-2AD35-5FA1 西门子6SE6440-2AD35-5FA1
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Overview
1FK7电机为永磁激励同步电机，结构极为紧凑。 现有的各种选件、变速箱和编码器、加上扩大了的产品范围意味着 1FK7 电机能够较为理想地适合于任何用途。 因此它们同样能满足日益增长的、采用**技术的机器的要求。
1FK7电机与SINAMICS S120 驱动系统共同使用，就可形成功能强大的高性能系统。 根据应用用于速度和位置控制的集成编码器系统可以分为：
这种电机被设计为工作时无需外冷，由电机表面进行散热。 1FK7电机具有高的过载能力。
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1FK7 紧凑型电机的优点：
-
因极高功率密度而实现节省空间安装
-
可用于普遍应用
-
电机系列范围宽
- 因极高功率密度而实现节省空间安装
- 可用于普遍应用
- 电机系列范围宽
1FK7高动态电机可实现：
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由于转子的惯性矩小，因而具有极高的动态响应能力
- 由于转子的惯性矩小，因而具有极高的动态响应能力
1FK7 高动态性能型电机提供：
-
可靠的闭环控制属性，适用于高或可变负载转动惯量
-
补偿干扰所需的优化和调试费用**少
- 可靠的闭环控制属性，适用于高或可变负载转动惯量
- 补偿干扰所需的优化和调试费用**少
Area of application
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机床
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机械手和搬运系统
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木材、玻璃制品、陶瓷和石材加工
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包装、塑料和纺织机械
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辅助轴
西门子6SE6440-2AD35-5FA1
什么是硬PLC?硬PLC的特点举例说明
什么是硬ＰＬＣ呢？所谓硬ＰＬＣ从严格意义上来说是由硬件或者一块专用的ＡＳＩＣ芯片来实现ＰＬＣ指令的持行．而软ＰＬＣ是用一些通用的ＣＰＵ或者ＭＣＵ来实现ＰＬＣ指令的解释或者编译持行．
像三菱（ＦＸ）和欧姆龙的ＰＬＣ多是硬ＰＬＣ，而西门子的有几种型号是属于软ＰＬＣ的。
硬ＰＬＣ的核心是一个位处理器，也就是一个持行ＰＬＣ专用指今的ＡＳＩＣ芯片，以前各厂商的这种处理器执行的是自家指令，但自从伟大而神圣的ＩＥＣ６１１３１－３出现后，大家都向这个标准上看齐了，ＩＥＣ６１１３１－３定义了５种语言——LD、FBD、SFC、ST、IL其中ＩＬ是**像汇编的，所以大多数厂商的这个位处理器都是执行的一种类IL语言。我们在这里将这个位处理暂命名为ＩＥＣ处理器。也有厂商用ＦＰＧＡ来实现这个处理器，由于这个处理器执行的是专用指令，所以速度相对软ＰＬＣ来说要快许多倍。但它也有它的弱点，就是灵活性不高，并具一般只能处理位指令，而现代的ＰＬＣ功能越来越强大，对模拟量的处理已和ＤＣＳ不相上下，所以厂商一般要另加一块通用ＣＰＵ来处理模拟量和复杂功能的实现。软ＰＬＣ分为编译和解释两种实现方式，其中解释型有点像早期的大型机一样，是基于一个虚拟机的，程序由一些伪代码组成，工程师在上位机编好程后通过编译器转换为这种专用的伪代码下载到ＰＬＣ内。运行时虚拟机扫描并解释这些指令运行，这样的实现方式使工程人员编的Ｔ型图之类的与底下ＰＬＣ的软件平台无关，保证了ＰＬＣ核心的独立性，同时它能很好的扩展软件和功能块而不受硬件环境的影响，但这种方式是**慢的一种方式。
软ＰＬＣ还有一种是编译方式，编译方式是将各种ＩＥＣ指令转换为汇编或者Ｃ语言，再将其插入到一个框架代码内调用Ｃ或汇编编译器生成真正的ＣＰＵ指令。
西门子S7系列PLC的主要种类及应用软件
德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。
西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。
1．SIMATIC S7-200 PLC
S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。
S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。
2．SIMATIC S7-300 PLC
S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。
3． SIMATIC S7-400 PLC
S7-400 PLC是用于中、**性能范围的可编程序控制器。
S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。
4． 工业通讯网络
通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间完全兼容。
5． 人机界面（HMI）硬件
HMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。
6． SIMATIC S7工业软件
西门子的工业软件分为三个不同的种类：
（1）编程和工程工具 编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。
（2）基于PC的控制软件 基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了Windows NT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。WinAC提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC与SIMATIC S7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP 7），编制的程序既可运行在WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。
（3）人机界面软件 人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。
ProTool适用于大部分HMI硬件的组态，从操作员面板到标准PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成组态。ProTool/lite用于文本显示的组态，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于组态标准PC和所有西门子HMI产品，ProTool/Pro不只是组态软件，其运行版也用于Windows平台的监控系统。
WinCC是一个真正开放的，面向监控与数据采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）软件，可在任何标准PC上运行。WinCC操作简单，系统可靠性高，与STEP 7功能集成，可直接进入PLC的硬件故障系统，节省项目开发时间。它的设计适合于广泛的应用，可以连接到已存在的自动化环境中，有大量的通信接口和全面的过程信息和数据处理能力，其**的WinCC5.0支持在办公室通过IE浏览器动态监控生产过程。
PLC的基本性能指标
可编程控制器的基本性能可用如下八条予以概括：
1工作速度
工作速度是指PLC的CPU执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。工作速度是PLC工作的基础。速度高了，才可能通过运行程序实现控制，才可能不断扩大控制规模，才可能发挥PLC的多种多样的作用。
PLC的指令是很多的。不同的PLC。指令的条数也不同。少的几十条，多的几百条。指令不同，执行的时间也不同。但各种PLC总有一些基本指令，而且各种的PLC都有这些基本指令，故常以执行一条基本指令的时间来衡量这个速度。这个时间当然越短越好，已从微秒级缩短到零点微秒级。并随着微处理器技术的进步，这个时间还在缩短。 PLC之家
执行时间短可加快PLC对一般输入信号的响应速度。从讨论PLC的工作原理知，从对PLC加入输入信号，到PLC产生输出，**的情况也要延迟一个PLC运行程序的周期。因为PLC监测到输入信号，经运行程序后产生的输出，才是对输入信号的响应。 不理想时，还要多延长一个周期。当输入信号送入PLC时，PLC的输入刷新正好结束，就是这种情况。这时，要多等待一个周期，PLC的输入映射区才能接受到这个新的输入信号。对一般的输入信号，这个延迟虽可以接受，但对急需响应的输入信号，就不能接受了。对急需处理的输人信号延迟多长时间PLC能予以响应，要另作要求。 www.PLC100.com
为了处理急需响应的输入信号，PLC有种种措施。不同的PLC措施也不完全相同，提高响应速度的效果也不同。一般的作法是采用输入中断，然后再输出即时刷新，即中断程序运行后，有关的输出点立即刷新，而不等到整个程序运行结束后再刷新。
这个效果可从两个方面来衡量：一是能否对几个输入信号作**响应；二是**响应的速度有多快。多数PLC都可对一个或多个输入点作**响应，**响应时间仅几个毫秒。性能高的、大型的PLC响应点数更多。
工作速度关系到PLC对输入信号的响应速度，是PLC对系统控制是否及时的前提。控制不及时，就不可能准确与可靠，特别是对一些需作**响应的系统。这就是把工作速度作为PLC**指标的原因。
2控制规模
控制规模代表PLC控制能力，看其能对多少输入、输出点及对多少路模拟进行控制。
控制规模与速度有关。因为规模大了，用户程序也长，执行指令的速度不快，势必延长PLC循环的时间，也必然会延长PLC对输入信号的响应。为了避免这个情况，PLC的工作速度就要快。所以，大型PLC的工作速度总是比小的要快。
控制规模还与内存区的大小有关。规模大，用户程序长，要求有更大的用户存储区。同时点数多，系统的存储器输入、输出的信号区（输入输出继电器区或称输入、输出映射区）也大。这个区大，相应地内部器件（解释见后）也要增多，这些都要求有更大的系统存储区。
控制规模还与输入、输出电路数有关。如控制规模为1024点，那就得有1024条I/O电路。这些电路集成于I/O模块中，而每个模块有多少路的I/O点总是有数的。所以，规模大，所使用的模块也多。
控制规模还与PLC指令系统有关。规模大的PLC指令条数多，指令的功能也强，才能应付对点数多的系统进行控制的需要。
控制规模是对PLC其它性能指标起着制约作用的指标；也是PLC划分为微、小、中、大和特大型
3组成模块
PLC的结构虽有箱体及模块式之分，但从质上看，箱体也是模块，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把PLC的模块组成当作所有PLC的结构性能。
这个性能含义是指某型号PLC具有多少种模块，各种模块都有什么规格，并各具什么特点。
一般讲，规模大的PLC，档次高的PLC模块的种类也多，规格也多，反映它的特点的性能指标也高。但模块的功能则单一些。相反，小型PLC、档次低的PLC模块种类也少，规格也少，指标也低。但功能则多样些，以至于集成为箱体。
组成PLC的模块是PLC的硬件基础，只有弄清所选用的PLC都具有那些模块及其特点，才能正确选用模块，去组成一台完整的PLC，以满足控制系统对PLC的要求。
常见的PLC模块有：
CPU模块，它是PLC的硬件核心。PLC的主要性能，如速度、规模都由它的性能来体现。
电源模块，它为PLC运行提供内部工作电源，而且，有的还可为输入信号提供电源。
I/O模块，它包括I/O电路，并依点数及电路类型划分为不同规格的模块。
内存模块，它主要存储用户程序，有的还为系统提供辅加的工作内存。在结构上内存模块都是附加于CPU模块之中。
底板、机架模块，它为PLC各模块的安装提供基板，并为模块间的联系提供总线。若干底板间的联系有的用接口模块，有的用总线接口。不同厂家或同一厂家但不同类型的PLC都不大相同。
箱体式的小型PLC的主箱体就是把上述几种模块集成在一个箱体内的，并依可能提供I/O点数的多少，划分为不同的规格。
箱体式的PLC还有I/O扩展箱体，它不含CPU，仅有电源及I/O单元的功能。扩展箱体也依I/O点数的多少划分有不同的规格。
除上述模块，PLC还有特殊的或称智能或称功能模块。如A/D（模入）模块、D/A（模出）模块、高速计数模块、位控模块、温度模块等等。这些模块有自己的CPU，可对信号作预处理或后处理，以简化PLC的CPU对复杂的程控制量的控制。智能模块的种类、特性也大不相同，性能好的PLC，这些模块种类多，性能也好。
通讯模块，它接人PLC后，可使PLC与计算机，或PLC与PLC进行通讯，有的还可实现与其它控制部件，如变频器、温控器通讯，或组成局部网络。通讯模块代表PLC的组网能力，代表着当今PLC性能的重要方面。
掌握PLC性能，一定要了解它的模块，并通过了解模块的性能，去弄清楚PLC的性能。
除了模块，PLC还有外部设备。
尽管用PLC实现对系统的控制可不用外部设备，配置好合适的模块就行了。然而，要对PLC编程，要监控PLC及其所控制的系统的工作状况，以及存储用户程序、打印数据等，就得使用PLC的外部设备。故一种PLC的性能如何，与这种PLC所具外部设备丰富与否，外部设备好用与否直接相关。
PLC的外部设备有四大类：
编程设备：简单的为简易编程器，多只接受助记将编程，个别的也可用图形编程（如日本东芝公司的EX型可编程控制器）。复杂一点的有图形编程器，可用梯形图语编程。有的还有专用的计算机，可用其它高级语编程。编程器除了用于编程，还可对系统作一些设定，以确定PLC控制方式，或工作方式。编程器还可监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，以进行PLC用户程序的调试。
监控设备：小的有数据监视器，可监视数据；大的还可能有图形监视器，可通过画面监视数据。除了不能改变PLC的用户程序，编程器能做的它都能做，是使用PLC很好的界面。性能好的PLC，这种外部设备已越来越丰富。
存储设备：它用于**性地存储用户数据，使用户程序不丢失。这些设备，如存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器。而为实现这些存储，相应的就有存卡器、磁带机、软驱或ROM写入器，以及相应的接口部件。各种PLC大体都有这方面的配套设施。
输入输出设备：它用以接收信号或输出信号，便于与PLC进行人机对话。输入的有条码读入器，输入模拟量的电位器等。输出的有打印机、编程器、监控器虽也可对PLC输入信息，从PLC输出信息，但输入输出设备实现人机对话更方便，可在现场条件下实现，并便于使用。随着技术进步，这种设备将更加丰富。
外部设备已发展成为PLC系统的不可分割的一个部分。它的情况，当然是选用PLC必须了解的重要方面，所以也应把它列为PLC性能的重要内容。
4内存容量
PLC内存有用户及系统两大部分。用户内存主要用以存储用户程序，个别的还将其中的一部分划为系统所用。系统内存是与CPU配置在一起的。CPU既要具备访问这些内存的能力，还应提供相应的存储介质。
用户内存大小与可存储的用户程序量有关。内存大，可存储的程序量大，也就可进行更为复杂的控制。从发展趋势看，内存容量总是在不断增大着。大型PLC的内存容量可达几十k，以至于一百多k。系统内存对于用户，主要体现在PLC能提供多少内部器件。不同的内部器件占据系统内存的不同区域。在物理上并无这些器件，仅仅为RAM。但通过运行程序进行使用时，给使用者提供的却实实在在有这些器件。
内存器件种类越多，数量越多，越便于PLC进行种种逻辑量及模拟控制。它也是代表 PLC性能的重要指标。
PLC内部器件有：
I/O继电器，或称映射区。它与PLC所能控制的I/O点数及模拟量的路数直接相关。
内部继电器数，有的称为标志位数，代表着PLC的内部继电器数。它与I/O继电器区相联系着，有时与后者相联系进行处理。内部继电器多，便于PLC建立复杂的时序关系，以实现多种多样的控制要求。一般讲，内部继电器数比I/O继电器要多得多。
有的内部继电器还可丢电保持，即它的状态（ON或OFF）、PLC丢电后，靠内部电池仍予以保持。再上电后可继续丢电前的状态。保持继电器可增强PLC控制能力，特别对记录故障，故障排除后恢复运行，更显得有用。
定时器，可进行定时控制。定时值可任意设定。定时器有多少，设定范围有多大，设定值的分辨率又是多少，这些都代表定时器件的性能。
计数器，可进行计数，到达某设定计数值可发送相应信号。可进行什么样的计数，计数范围多大，怎么设定，有多少计数器，则是PLC计数器性能的代表指标。
数据存储区，用以存储工作数据。多以字、两字或多字为单位予以使用，是PLC进行模拟量控制，或记录数据所必不可少的。这个存储区的大小代表PLC的性能也是越大越好。趋势也是越来越大。小型机也如此。如日本OMRON公司的CQM1机，其DM区就有6k字。而过去同是小型机的C60P的DM区才64个字。大型机的DM可达10K以至几十K。
此外还有其它一些内部器件，了解某PLC性能时，也都必须掌握它。
内部器件也是PLC指令的操作数，不弄清楚是无法编程的。
PLC顺序控制设计法中的步与动作概念举例介绍
1. 步
顺序控制设计法**基本的思想是将系统的一个工作周期的划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（Step）,可以用编程元件，（例如辅助继电器M和顺序控制继电器S）来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步之内，各输出量的ON/OFF状态不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的，步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态是之间有着极为简单的逻辑关系。
送料小车开始停在左测限们开关X2处（见图17），按下起动按钮X0，X2变为ON，打开贮料斗的闸门，开始装料，同时用定时器T0定时，10s后关闭贮料斗的闸门，Y0变为ON，开始右行，碰到限位开关X1后停下来卸料（Y3为ON），同时用定时器T1定时；5s后Y1变为ON，开始左行，碰到限位开关X2后返回初始状态，停止运行。
根据Y0～Y3的ON/OFF状态的变化，显然一个工作周期可以分为装料，右行、卸料和左行这4步，另外还应设置等待起动的初始步，分别用M0～M4来代表这5步，图17左上部是小车运动的空间示意图，左下部是是有关编程元件的波形图（时序图），右边是描述该系统的顺序功能图，图中用矩形方框表示步，方框中可以用数字表示该步的编号，一般用代表该步的编程元件的元件的元件号作为步的编号，如M0等，这样在根据顺序功能图设计梯形图较为方便。
2． 初始步
与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。
3． 活动步
当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行：处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。
4． 与步对应的动作或命令
可以将一个控制系统划分为被控系统和施控系统，例如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，而车床是被控系统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作”（action）;对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”（command）。为了叙述方便，
下面将命令或动作统称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的符号相连。
如果某一步有几个动作，可以用图18中的两种画法来表示，但是并不隐含这些动作之间的任何顺序。说明命令的语句应清楚地表明该命令是存储型的还是非存储型的。例如某步的存储型命令“打开1号阀并保持”，是指该步为活动步时打开，该步为不活动时继续打开；非存储型命令“打开1号阀”，是指该步为活动步时打开，为不活动步时关闭。
除了以上的基本结构之外，使用动作的修饰词（见表1）可以在一步中完成不同的动作。修饰词允许在不增加逻辑的情况下控制动作。例如，可以使用修饰词L来限制配料阀打开的时间。
表1 动作的修饰词
N
非存储型
当步变为不活动步时动作终止
S
置位(存储)
当步变为不活动步时动作继续,直到动作被复位
R
复位
被修饰词S,SD,SL,或DS起动的动作被终止
L
时间限制
步变为活动步时动作被起动,直到步变为不活动步或设定时间到
D
时间延迟
步变为活动步时延迟定时器被起动,如果延迟之后步仍然是活动的,动作被起动和继续,直到步变不活动步
P
脉冲
当步变为活动步,动作被起动并且只执行一次
SD
存储与时间延迟
在时间延迟之后动作被起动,一直到动作被复位
DS
延迟与存储
在延迟之后如果步仍然是活动的,动作被起动直到被复位
SL
存储与时间限制
步变为活动步时动作被起动,一直到设定的时间到或动作被复位
在图17中，定时器T0的线圈应在M1为活动步时“通电”，M1为不活动步时断电，从这个意义上来说，T0的线圈相当于步M1的一个动作，所以将T0作为步M1的动作来处理。步M1下面的转换条件T0由在指定时时间到时闭合的T0的常开触点提供。因此动作框中的T0对应的是T0的线圈，转换条件T0对应的是T0的常开触点。
西门子S7 PLC用I0.0控制接在Q0.0～Q0.7上的8个彩灯循环移位梯形图
用I0.0控制接在Q0.0～Q0.7上的8个彩灯循环移位，从左到右以0.5s的速度依次点亮，保持任意时刻只有一个指示灯亮，到达**右端后，再从左到右依次点亮。
分析：8个彩灯循环移位控制，可以用字节的循环移位指令。根据控制要求，首先应置彩灯的初始状态为QB0=1，即左边**盏灯亮；接着灯从左到右以0.5s的速度依次点亮，即要求字节QB0中的“1”用循环左移位指令每0.5s移动一位，因此须在ROL-B指令的EN端接一个0.5s的移位脉冲（可用定时器指令实现）。梯形图程序和语句表程序如图1所示。
- 机床
- 机械手和搬运系统
- 木材、玻璃制品、陶瓷和石材加工
- 包装、塑料和纺织机械
- 辅助轴
西门子6SE6440-2AD35-5FA1
什么是硬PLC?硬PLC的特点举例说明
什么是硬ＰＬＣ呢？所谓硬ＰＬＣ从严格意义上来说是由硬件或者一块专用的ＡＳＩＣ芯片来实现ＰＬＣ指令的持行．而软ＰＬＣ是用一些通用的ＣＰＵ或者ＭＣＵ来实现ＰＬＣ指令的解释或者编译持行．
像三菱（ＦＸ）和欧姆龙的ＰＬＣ多是硬ＰＬＣ，而西门子的有几种型号是属于软ＰＬＣ的。
硬ＰＬＣ的核心是一个位处理器，也就是一个持行ＰＬＣ专用指今的ＡＳＩＣ芯片，以前各厂商的这种处理器执行的是自家指令，但自从伟大而神圣的ＩＥＣ６１１３１－３出现后，大家都向这个标准上看齐了，ＩＥＣ６１１３１－３定义了５种语言——LD、FBD、SFC、ST、IL其中ＩＬ是**像汇编的，所以大多数厂商的这个位处理器都是执行的一种类IL语言。我们在这里将这个位处理暂命名为ＩＥＣ处理器。也有厂商用ＦＰＧＡ来实现这个处理器，由于这个处理器执行的是专用指令，所以速度相对软ＰＬＣ来说要快许多倍。但它也有它的弱点，就是灵活性不高，并具一般只能处理位指令，而现代的ＰＬＣ功能越来越强大，对模拟量的处理已和ＤＣＳ不相上下，所以厂商一般要另加一块通用ＣＰＵ来处理模拟量和复杂功能的实现。软ＰＬＣ分为编译和解释两种实现方式，其中解释型有点像早期的大型机一样，是基于一个虚拟机的，程序由一些伪代码组成，工程师在上位机编好程后通过编译器转换为这种专用的伪代码下载到ＰＬＣ内。运行时虚拟机扫描并解释这些指令运行，这样的实现方式使工程人员编的Ｔ型图之类的与底下ＰＬＣ的软件平台无关，保证了ＰＬＣ核心的独立性，同时它能很好的扩展软件和功能块而不受硬件环境的影响，但这种方式是**慢的一种方式。
软ＰＬＣ还有一种是编译方式，编译方式是将各种ＩＥＣ指令转换为汇编或者Ｃ语言，再将其插入到一个框架代码内调用Ｃ或汇编编译器生成真正的ＣＰＵ指令。
西门子S7系列PLC的主要种类及应用软件
德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。
西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。
1．SIMATIC S7-200 PLC
S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。
S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。
2．SIMATIC S7-300 PLC
S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。
3． SIMATIC S7-400 PLC
S7-400 PLC是用于中、**性能范围的可编程序控制器。
S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。
4． 工业通讯网络
通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间完全兼容。
5． 人机界面（HMI）硬件
HMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。
6． SIMATIC S7工业软件
西门子的工业软件分为三个不同的种类：
（1）编程和工程工具 编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。
（2）基于PC的控制软件 基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了Windows NT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。WinAC提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC与SIMATIC S7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP 7），编制的程序既可运行在WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。
（3）人机界面软件 人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。
ProTool适用于大部分HMI硬件的组态，从操作员面板到标准PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成组态。ProTool/lite用于文本显示的组态，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于组态标准PC和所有西门子HMI产品，ProTool/Pro不只是组态软件，其运行版也用于Windows平台的监控系统。
WinCC是一个真正开放的，面向监控与数据采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）软件，可在任何标准PC上运行。WinCC操作简单，系统可靠性高，与STEP 7功能集成，可直接进入PLC的硬件故障系统，节省项目开发时间。它的设计适合于广泛的应用，可以连接到已存在的自动化环境中，有大量的通信接口和全面的过程信息和数据处理能力，其**的WinCC5.0支持在办公室通过IE浏览器动态监控生产过程。
PLC的基本性能指标
可编程控制器的基本性能可用如下八条予以概括：
1工作速度
工作速度是指PLC的CPU执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。工作速度是PLC工作的基础。速度高了，才可能通过运行程序实现控制，才可能不断扩大控制规模，才可能发挥PLC的多种多样的作用。
PLC的指令是很多的。不同的PLC。指令的条数也不同。少的几十条，多的几百条。指令不同，执行的时间也不同。但各种PLC总有一些基本指令，而且各种的PLC都有这些基本指令，故常以执行一条基本指令的时间来衡量这个速度。这个时间当然越短越好，已从微秒级缩短到零点微秒级。并随着微处理器技术的进步，这个时间还在缩短。 PLC之家
执行时间短可加快PLC对一般输入信号的响应速度。从讨论PLC的工作原理知，从对PLC加入输入信号，到PLC产生输出，**的情况也要延迟一个PLC运行程序的周期。因为PLC监测到输入信号，经运行程序后产生的输出，才是对输入信号的响应。 不理想时，还要多延长一个周期。当输入信号送入PLC时，PLC的输入刷新正好结束，就是这种情况。这时，要多等待一个周期，PLC的输入映射区才能接受到这个新的输入信号。对一般的输入信号，这个延迟虽可以接受，但对急需响应的输入信号，就不能接受了。对急需处理的输人信号延迟多长时间PLC能予以响应，要另作要求。 www.PLC100.com
为了处理急需响应的输入信号，PLC有种种措施。不同的PLC措施也不完全相同，提高响应速度的效果也不同。一般的作法是采用输入中断，然后再输出即时刷新，即中断程序运行后，有关的输出点立即刷新，而不等到整个程序运行结束后再刷新。
这个效果可从两个方面来衡量：一是能否对几个输入信号作**响应；二是**响应的速度有多快。多数PLC都可对一个或多个输入点作**响应，**响应时间仅几个毫秒。性能高的、大型的PLC响应点数更多。
工作速度关系到PLC对输入信号的响应速度，是PLC对系统控制是否及时的前提。控制不及时，就不可能准确与可靠，特别是对一些需作**响应的系统。这就是把工作速度作为PLC**指标的原因。
2控制规模
控制规模代表PLC控制能力，看其能对多少输入、输出点及对多少路模拟进行控制。
控制规模与速度有关。因为规模大了，用户程序也长，执行指令的速度不快，势必延长PLC循环的时间，也必然会延长PLC对输入信号的响应。为了避免这个情况，PLC的工作速度就要快。所以，大型PLC的工作速度总是比小的要快。
控制规模还与内存区的大小有关。规模大，用户程序长，要求有更大的用户存储区。同时点数多，系统的存储器输入、输出的信号区（输入输出继电器区或称输入、输出映射区）也大。这个区大，相应地内部器件（解释见后）也要增多，这些都要求有更大的系统存储区。
控制规模还与输入、输出电路数有关。如控制规模为1024点，那就得有1024条I/O电路。这些电路集成于I/O模块中，而每个模块有多少路的I/O点总是有数的。所以，规模大，所使用的模块也多。
控制规模还与PLC指令系统有关。规模大的PLC指令条数多，指令的功能也强，才能应付对点数多的系统进行控制的需要。
控制规模是对PLC其它性能指标起着制约作用的指标；也是PLC划分为微、小、中、大和特大型
3组成模块
PLC的结构虽有箱体及模块式之分，但从质上看，箱体也是模块，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把PLC的模块组成当作所有PLC的结构性能。
这个性能含义是指某型号PLC具有多少种模块，各种模块都有什么规格，并各具什么特点。
一般讲，规模大的PLC，档次高的PLC模块的种类也多，规格也多，反映它的特点的性能指标也高。但模块的功能则单一些。相反，小型PLC、档次低的PLC模块种类也少，规格也少，指标也低。但功能则多样些，以至于集成为箱体。
组成PLC的模块是PLC的硬件基础，只有弄清所选用的PLC都具有那些模块及其特点，才能正确选用模块，去组成一台完整的PLC，以满足控制系统对PLC的要求。
常见的PLC模块有：
CPU模块，它是PLC的硬件核心。PLC的主要性能，如速度、规模都由它的性能来体现。
电源模块，它为PLC运行提供内部工作电源，而且，有的还可为输入信号提供电源。
I/O模块，它包括I/O电路，并依点数及电路类型划分为不同规格的模块。
内存模块，它主要存储用户程序，有的还为系统提供辅加的工作内存。在结构上内存模块都是附加于CPU模块之中。
底板、机架模块，它为PLC各模块的安装提供基板，并为模块间的联系提供总线。若干底板间的联系有的用接口模块，有的用总线接口。不同厂家或同一厂家但不同类型的PLC都不大相同。
箱体式的小型PLC的主箱体就是把上述几种模块集成在一个箱体内的，并依可能提供I/O点数的多少，划分为不同的规格。
箱体式的PLC还有I/O扩展箱体，它不含CPU，仅有电源及I/O单元的功能。扩展箱体也依I/O点数的多少划分有不同的规格。
除上述模块，PLC还有特殊的或称智能或称功能模块。如A/D（模入）模块、D/A（模出）模块、高速计数模块、位控模块、温度模块等等。这些模块有自己的CPU，可对信号作预处理或后处理，以简化PLC的CPU对复杂的程控制量的控制。智能模块的种类、特性也大不相同，性能好的PLC，这些模块种类多，性能也好。
通讯模块，它接人PLC后，可使PLC与计算机，或PLC与PLC进行通讯，有的还可实现与其它控制部件，如变频器、温控器通讯，或组成局部网络。通讯模块代表PLC的组网能力，代表着当今PLC性能的重要方面。
掌握PLC性能，一定要了解它的模块，并通过了解模块的性能，去弄清楚PLC的性能。
除了模块，PLC还有外部设备。
尽管用PLC实现对系统的控制可不用外部设备，配置好合适的模块就行了。然而，要对PLC编程，要监控PLC及其所控制的系统的工作状况，以及存储用户程序、打印数据等，就得使用PLC的外部设备。故一种PLC的性能如何，与这种PLC所具外部设备丰富与否，外部设备好用与否直接相关。
PLC的外部设备有四大类：
编程设备：简单的为简易编程器，多只接受助记将编程，个别的也可用图形编程（如日本东芝公司的EX型可编程控制器）。复杂一点的有图形编程器，可用梯形图语编程。有的还有专用的计算机，可用其它高级语编程。编程器除了用于编程，还可对系统作一些设定，以确定PLC控制方式，或工作方式。编程器还可监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，以进行PLC用户程序的调试。
监控设备：小的有数据监视器，可监视数据；大的还可能有图形监视器，可通过画面监视数据。除了不能改变PLC的用户程序，编程器能做的它都能做，是使用PLC很好的界面。性能好的PLC，这种外部设备已越来越丰富。
存储设备：它用于**性地存储用户数据，使用户程序不丢失。这些设备，如存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器。而为实现这些存储，相应的就有存卡器、磁带机、软驱或ROM写入器，以及相应的接口部件。各种PLC大体都有这方面的配套设施。
输入输出设备：它用以接收信号或输出信号，便于与PLC进行人机对话。输入的有条码读入器，输入模拟量的电位器等。输出的有打印机、编程器、监控器虽也可对PLC输入信息，从PLC输出信息，但输入输出设备实现人机对话更方便，可在现场条件下实现，并便于使用。随着技术进步，这种设备将更加丰富。
外部设备已发展成为PLC系统的不可分割的一个部分。它的情况，当然是选用PLC必须了解的重要方面，所以也应把它列为PLC性能的重要内容。
4内存容量
PLC内存有用户及系统两大部分。用户内存主要用以存储用户程序，个别的还将其中的一部分划为系统所用。系统内存是与CPU配置在一起的。CPU既要具备访问这些内存的能力，还应提供相应的存储介质。
用户内存大小与可存储的用户程序量有关。内存大，可存储的程序量大，也就可进行更为复杂的控制。从发展趋势看，内存容量总是在不断增大着。大型PLC的内存容量可达几十k，以至于一百多k。系统内存对于用户，主要体现在PLC能提供多少内部器件。不同的内部器件占据系统内存的不同区域。在物理上并无这些器件，仅仅为RAM。但通过运行程序进行使用时，给使用者提供的却实实在在有这些器件。
内存器件种类越多，数量越多，越便于PLC进行种种逻辑量及模拟控制。它也是代表 PLC性能的重要指标。
PLC内部器件有：
I/O继电器，或称映射区。它与PLC所能控制的I/O点数及模拟量的路数直接相关。
内部继电器数，有的称为标志位数，代表着PLC的内部继电器数。它与I/O继电器区相联系着，有时与后者相联系进行处理。内部继电器多，便于PLC建立复杂的时序关系，以实现多种多样的控制要求。一般讲，内部继电器数比I/O继电器要多得多。
有的内部继电器还可丢电保持，即它的状态（ON或OFF）、PLC丢电后，靠内部电池仍予以保持。再上电后可继续丢电前的状态。保持继电器可增强PLC控制能力，特别对记录故障，故障排除后恢复运行，更显得有用。
定时器，可进行定时控制。定时值可任意设定。定时器有多少，设定范围有多大，设定值的分辨率又是多少，这些都代表定时器件的性能。
计数器，可进行计数，到达某设定计数值可发送相应信号。可进行什么样的计数，计数范围多大，怎么设定，有多少计数器，则是PLC计数器性能的代表指标。
数据存储区，用以存储工作数据。多以字、两字或多字为单位予以使用，是PLC进行模拟量控制，或记录数据所必不可少的。这个存储区的大小代表PLC的性能也是越大越好。趋势也是越来越大。小型机也如此。如日本OMRON公司的CQM1机，其DM区就有6k字。而过去同是小型机的C60P的DM区才64个字。大型机的DM可达10K以至几十K。
此外还有其它一些内部器件，了解某PLC性能时，也都必须掌握它。
内部器件也是PLC指令的操作数，不弄清楚是无法编程的。
PLC顺序控制设计法中的步与动作概念举例介绍
1. 步
顺序控制设计法**基本的思想是将系统的一个工作周期的划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（Step）,可以用编程元件，（例如辅助继电器M和顺序控制继电器S）来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步之内，各输出量的ON/OFF状态不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的，步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态是之间有着极为简单的逻辑关系。
送料小车开始停在左测限们开关X2处（见图17），按下起动按钮X0，X2变为ON，打开贮料斗的闸门，开始装料，同时用定时器T0定时，10s后关闭贮料斗的闸门，Y0变为ON，开始右行，碰到限位开关X1后停下来卸料（Y3为ON），同时用定时器T1定时；5s后Y1变为ON，开始左行，碰到限位开关X2后返回初始状态，停止运行。
根据Y0～Y3的ON/OFF状态的变化，显然一个工作周期可以分为装料，右行、卸料和左行这4步，另外还应设置等待起动的初始步，分别用M0～M4来代表这5步，图17左上部是小车运动的空间示意图，左下部是是有关编程元件的波形图（时序图），右边是描述该系统的顺序功能图，图中用矩形方框表示步，方框中可以用数字表示该步的编号，一般用代表该步的编程元件的元件的元件号作为步的编号，如M0等，这样在根据顺序功能图设计梯形图较为方便。
2． 初始步
与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。
3． 活动步
当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行：处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。
4． 与步对应的动作或命令
可以将一个控制系统划分为被控系统和施控系统，例如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，而车床是被控系统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作”（action）;对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”（command）。为了叙述方便，
下面将命令或动作统称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的符号相连。
如果某一步有几个动作，可以用图18中的两种画法来表示，但是并不隐含这些动作之间的任何顺序。说明命令的语句应清楚地表明该命令是存储型的还是非存储型的。例如某步的存储型命令“打开1号阀并保持”，是指该步为活动步时打开，该步为不活动时继续打开；非存储型命令“打开1号阀”，是指该步为活动步时打开，为不活动步时关闭。
除了以上的基本结构之外，使用动作的修饰词（见表1）可以在一步中完成不同的动作。修饰词允许在不增加逻辑的情况下控制动作。例如，可以使用修饰词L来限制配料阀打开的时间。
表1 动作的修饰词
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N |
非存储型 |
当步变为不活动步时动作终止 |
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S |
置位(存储) |
当步变为不活动步时动作继续,直到动作被复位 |
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R |
复位 |
被修饰词S,SD,SL,或DS起动的动作被终止 |
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L |
时间限制 |
步变为活动步时动作被起动,直到步变为不活动步或设定时间到 |
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D |
时间延迟 |
步变为活动步时延迟定时器被起动,如果延迟之后步仍然是活动的,动作被起动和继续,直到步变不活动步 |
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P |
脉冲 |
当步变为活动步,动作被起动并且只执行一次 |
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SD |
存储与时间延迟 |
在时间延迟之后动作被起动,一直到动作被复位 |
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DS |
延迟与存储 |
在延迟之后如果步仍然是活动的,动作被起动直到被复位 |
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SL |
存储与时间限制 |
步变为活动步时动作被起动,一直到设定的时间到或动作被复位 |
在图17中，定时器T0的线圈应在M1为活动步时“通电”，M1为不活动步时断电，从这个意义上来说，T0的线圈相当于步M1的一个动作，所以将T0作为步M1的动作来处理。步M1下面的转换条件T0由在指定时时间到时闭合的T0的常开触点提供。因此动作框中的T0对应的是T0的线圈，转换条件T0对应的是T0的常开触点。
西门子S7 PLC用I0.0控制接在Q0.0～Q0.7上的8个彩灯循环移位梯形图
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用I0.0控制接在Q0.0～Q0.7上的8个彩灯循环移位，从左到右以0.5s的速度依次点亮，保持任意时刻只有一个指示灯亮，到达**右端后，再从左到右依次点亮。 分析：8个彩灯循环移位控制，可以用字节的循环移位指令。根据控制要求，首先应置彩灯的初始状态为QB0=1，即左边**盏灯亮；接着灯从左到右以0.5s的速度依次点亮，即要求字节QB0中的“1”用循环左移位指令每0.5s移动一位，因此须在ROL-B指令的EN端接一个0.5s的移位脉冲（可用定时器指令实现）。梯形图程序和语句表程序如图1所示。
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