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西門子幾種常見(jiàn)PLC的程序結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

1．某些國(guó)外的小型PLC的程序結(jié)構(gòu)

這些PLC的用戶程序由主程序、子程序和中斷程序組成。在每一個(gè)掃描循環(huán)周期，CPU都要調(diào)用一次主程序。主程序可以調(diào)用子程序，小型控制系統(tǒng)可以只有主程序。中斷程序用于快速響應(yīng)中斷事件。在中斷事件發(fā)生時(shí)，CPU將停止執(zhí)行當(dāng)時(shí)正在處理的程序或任務(wù)，去執(zhí)行用戶編寫(xiě)的中斷程序。執(zhí)行完中斷程序后，繼續(xù)執(zhí)行被暫停執(zhí)行的程序或任務(wù)。它們的子程序和中斷程序沒(méi)有局部變量，子程序沒(méi)有輸入、輸出參數(shù)。

2．西門子的S7-200的程序結(jié)構(gòu)

過(guò)程映像輸入/輸出（I/Q）、變量存儲(chǔ)器V、內(nèi)部存儲(chǔ)器位M、定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C等屬于全局變量。S7-200的程序組織單元(ProgramOrganizationalUnit，簡(jiǎn)稱為POU)包括主程序、子程序和中斷程序。每個(gè)POU均有自己的64字節(jié)局部變量，局部變量只能在它所在的POU中使用。與此相反，全局變量可以在各POU中使用。

下面是子程序可以使用的局部變量：

1)TEMP(臨時(shí)變量)是暫時(shí)保存在局部數(shù)據(jù)區(qū)中的變量。只有在執(zhí)行該P(yáng)OU時(shí)，定義的臨時(shí)變量才被使用，POU執(zhí)行完后，不再保存臨時(shí)變量的數(shù)值。

2)IN是由調(diào)用它的POU提供的輸入?yún)?shù)。

3)OUT是返回給調(diào)用它的POU的輸出參數(shù)(子程序的執(zhí)行結(jié)果)。

4)IN_OUT是輸入_輸出參數(shù)，其初始值由調(diào)用它的POU傳送給子程序，并用同一變量將子程序的執(zhí)行結(jié)果返回給調(diào)用它的POU。

主程序和中斷程序的局部變量中只有臨時(shí)變量TEMP。

具有輸入、輸出參數(shù)和局部變量的子程序易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程，對(duì)于長(zhǎng)期生產(chǎn)同類設(shè)備或生產(chǎn)線的廠家尤為有用。這些廠家的編程人員為設(shè)備的各組件或工藝功能編寫(xiě)了大量的通用的子程序。即使不知道子程序的內(nèi)部代碼，只要知道子程序的功能和輸入、輸出參數(shù)的意義，就可以通過(guò)程序之間的調(diào)用快速“組裝”出滿足不同用戶要求的控制程序。就好像用數(shù)字集成電路芯片組成復(fù)雜的數(shù)字電路一樣。

子程序如果沒(méi)有輸入、輸出參數(shù)，它和調(diào)用它的程序之間沒(méi)有清晰的接口，很難實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程。

子程序如果沒(méi)有局部變量，它和調(diào)用它的程序之間只能通過(guò)全局變量來(lái)交換數(shù)據(jù)，子程序內(nèi)部也只能使用全局變量。將子程序和中斷程序移植到別的項(xiàng)目時(shí)，需要重新統(tǒng)一安排它們使用的全局變量，以保證不會(huì)出現(xiàn)地址沖突。當(dāng)程序很復(fù)雜，子程序和中斷程序很多時(shí)，這種重新分配地址的工作量非常大。

如果子程序和中斷程序有局部變量，并且它們內(nèi)部只使用局部變量，不使用全局變量，因?yàn)榕c其他POU沒(méi)有地址沖突，不需作任何改動(dòng)，就可以將子程序移植到別的項(xiàng)目中去。

3．西門子的S7-300/400的程序結(jié)構(gòu)

S7-300/400將子程序分為功能（Function，或稱為函數(shù)）和功能塊（FunctionBlock）。

S7-300/400的功能與S7-200的子程序基本上相同。它們均有輸入、輸出參數(shù)和臨時(shí)變量，功能的局部數(shù)據(jù)中的返回值實(shí)際上屬于輸出參數(shù)。它們沒(méi)有的存儲(chǔ)區(qū)，功能執(zhí)行結(jié)束后，不再保存臨時(shí)變量中的數(shù)據(jù)。

可以用全局變量來(lái)保存那些在功能執(zhí)行結(jié)束后需要保存的數(shù)據(jù)，但是會(huì)影響到功能的可移植性。

功能塊是用戶編寫(xiě)的有自己的存儲(chǔ)區(qū)（即背景數(shù)據(jù)塊）的程序塊，功能塊的輸入、輸出參數(shù)和靜態(tài)變量存放在的背景數(shù)據(jù)塊中，臨時(shí)變量存儲(chǔ)在局部數(shù)據(jù)堆棧中。每次調(diào)用功能塊時(shí)，都要一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊。功能塊執(zhí)行完后，背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，但是不會(huì)保存局部數(shù)據(jù)堆棧中的數(shù)據(jù)。

功能塊采用了類似于C++的封裝的概念，將程序和數(shù)據(jù)封裝在一起，具有很好的可移植性。

S7-300/400的共享數(shù)據(jù)塊可供所有的邏輯塊使用。

4．IEC61131-3的程序結(jié)構(gòu)

IEC61131-3是PLC的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。IEC61131-3是世界上個(gè)，也是至今為止的工業(yè)控制領(lǐng)域的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。IEC

61131-3有三種POU：程序、功能塊和功能。

功能是有多個(gè)輸入?yún)?shù)和一個(gè)輸出參數(shù)（返回值）的POU，返回值的名稱與功能的名稱相同，需要定義返回值的數(shù)據(jù)類型。調(diào)用具

有相同輸入值的功能總是返回相同的結(jié)果。功能可以調(diào)用其他功能，但是不能調(diào)用功能塊或程序。功能可定義的局部變量有VAR和VAR_INPUT。

功能塊是有多個(gè)輸入/輸出參數(shù)和內(nèi)部存儲(chǔ)單元的POU，功能塊的輸出參數(shù)值與其內(nèi)部存儲(chǔ)單元的值有關(guān)。功能塊可以調(diào)用其他功能

塊或功能，但是不能調(diào)用程序。

在調(diào)用功能塊之前，必須在要調(diào)用功能塊的POU中為每次調(diào)用聲明功能塊的實(shí)例，操作系統(tǒng)將為每次調(diào)用分配功能塊的存儲(chǔ)區(qū)

（類似于S7-300/400的背景數(shù)據(jù)塊）。

功能因?yàn)闆](méi)有內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)，調(diào)用時(shí)不需要實(shí)例化。

程序的行為和用途類似于功能塊，程序具有輸入和輸出參數(shù)，而且可以具有內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)。程序通常包含有對(duì)功能和功能塊的調(diào)用。

IEC61131-3定義了若干標(biāo)準(zhǔn)的功能和功能塊。

5．S7-300/400與IEC61131-3程序結(jié)構(gòu)的區(qū)別

1）S7-300/400的功能可以有多個(gè)輸出參數(shù)，返回值也屬于輸出參數(shù)。IEC61131-3的功能只有一個(gè)返回值。

2）IEC61131-3的功能塊用于保存局部變量的存儲(chǔ)區(qū)是在聲明功能塊的實(shí)例時(shí)分配的，它對(duì)用戶是不透明的，其他POU不能直接訪問(wèn)該存儲(chǔ)區(qū)。

S7-300/400的功能塊的局部變量（不包括臨時(shí)變量）保存在它的背景數(shù)據(jù)塊中。其他POU可以訪問(wèn)背景數(shù)據(jù)塊中的變量。如果需要多次調(diào)用同一個(gè)功能塊來(lái)控制同一類型的被控對(duì)象，每次調(diào)用都需要一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊，但是這些背景數(shù)據(jù)塊中的變量又很少，這樣在項(xiàng)目中就出現(xiàn)了大量的背景數(shù)據(jù)塊?？梢允褂枚嘀乇尘皵?shù)據(jù)塊來(lái)減少背景數(shù)據(jù)塊的數(shù)量。但是需要增加一個(gè)用來(lái)管理多重背景的功能塊。

3）S7-300/400的功能塊的局部變量有臨時(shí)變量和靜態(tài)變量，IEC61131-3的功能塊的內(nèi)部變量Var相當(dāng)于S7-300/400的靜態(tài)變量。

4）S7-300/400將數(shù)據(jù)區(qū)劃分為數(shù)據(jù)塊來(lái)使用，數(shù)據(jù)塊的大小與數(shù)據(jù)塊中定義的變量的數(shù)據(jù)類型和變量的個(gè)數(shù)有關(guān)。IEC61131-3沒(méi)有數(shù)據(jù)塊的概念。

Overview

• 模擬量輸入/輸出
• 用于解決更復(fù)雜的模擬量過(guò)程信號(hào)控制任務(wù)
• 用于連接模擬傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而無(wú)需增加測(cè)量放大器
   

HART 模塊

• 用于在 SIMATIC S7 和 PCS 7 系統(tǒng)中使用 HART（高速尋址遠(yuǎn)程變送器）設(shè)備
• 可以連接所有變送器或HART傳感器/執(zhí)行器，這些設(shè)備必須可以使用HART協(xié)議進(jìn)行通信
• 此外,還可以連接采用4-20mA技術(shù)的轉(zhuǎn)換變送器(無(wú)HART協(xié)議)
• 只能插入到帶 IM153-2 的 ET 200M 中

有關(guān) HART 模塊的詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn) "ET 200M 分布式 I/O 站"。

Area of application

模擬量輸入/輸出模塊用于處理自動(dòng)化系統(tǒng)中的模擬量輸入/輸出任務(wù)。模擬傳感器和執(zhí)行器可以通過(guò)這些模塊連接到自動(dòng)化系統(tǒng)。
使用模擬量輸入/輸出模塊給用戶提供以下優(yōu)點(diǎn)：

• *適應(yīng)性：
  通過(guò)合適的模塊組合方式，可以根據(jù)特定任務(wù)調(diào)整輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)。節(jié)約了不必要的成本。
• 功能強(qiáng)大的模擬量處理技術(shù)：
  多種輸入/輸出范圍以及高精度允許連接多種不同的模擬量傳感器和執(zhí)行器。

Design

模擬量輸入模塊具有下列機(jī)械特性：

緊湊型設(shè)計(jì)

堅(jiān)固的塑料機(jī)殼里包括：

• 指示組故障的紅色指示燈
• 前連接器插接選件，裝在前門后面而得到防護(hù)。
• 前門上的標(biāo)簽區(qū)。
• 連接器針腳分配，用于在前門內(nèi)部進(jìn)行配線。

安裝方便

模塊安裝在 DIN 導(dǎo)軌上并通過(guò)總線連接器連接到相鄰模塊。沒(méi)有插槽規(guī)則；輸入地址由插槽決定。

當(dāng)在 ET 200M 分布式 I/O 系統(tǒng)中與有源總線模塊一起使用時(shí)，可以對(duì)數(shù)字量輸入/輸出模塊進(jìn)行熱插拔，而不會(huì)有任何反應(yīng)。其它模塊繼續(xù)工作。

方便用戶接線

裝置單元通過(guò)前置連接器連接。當(dāng)*連接模塊時(shí)，編碼設(shè)備鎖定在連接器中，這樣該連接器只能適合于同樣類型的模塊。更換模塊時(shí)，對(duì)于新的同類型模塊，可原封不動(dòng)保持前連接器的接線狀態(tài)。這樣可以避免在更換模塊的過(guò)程中將已接線的前連接器插入到錯(cuò)誤模塊中。

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硬件中斷

通過(guò)硬件中斷可以監(jiān)控過(guò)程信號(hào)，并且，可以觸發(fā)針對(duì)信號(hào)變化的響應(yīng)。

• 數(shù)字量輸入模塊：
  根據(jù)參數(shù)設(shè)置的不同，針對(duì)每個(gè)通道組，當(dāng)信號(hào)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，模塊都可以發(fā)起硬件中斷，觸發(fā)沿可以選用上升沿、下降沿或者混合使用上升沿和下降沿。CPU會(huì)中斷用戶程序或較低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的執(zhí)行，并接下來(lái)執(zhí)行相關(guān)的診斷中斷塊（OB 40）。信號(hào)模塊可以緩沖一次中斷/通道。
• 模擬量輸入模塊：
  通過(guò)上限值和下限值的參數(shù)值，可以設(shè)定其工作范圍。模塊將數(shù)字化測(cè)量值與這些極限值進(jìn)行比較。當(dāng)測(cè)量值違反了其中任何一個(gè)限定值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)硬件中斷。CPU會(huì)中斷用戶程序或較低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的執(zhí)行，并接下來(lái)執(zhí)行相關(guān)的診斷中斷塊（OB 40）。如果極限高于/低于過(guò)量程/欠量程，則無(wú)法進(jìn)行比較。
   

S7-300F

運(yùn)行模式

S7-300F的安全功能包含在CPU的F程序中，并且位于故障安全信號(hào)模塊之內(nèi)。

信號(hào)模塊采用差異分析方法和測(cè)試信號(hào)注入技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸出和輸入信號(hào)的監(jiān)控。

借助周期性自檢、指令檢測(cè)、程序邏輯檢測(cè)和程序順序流檢測(cè)等方法，CPU可以檢測(cè)控制器是否工作正常。此外，通過(guò)“活躍標(biāo)志（sign-of-life）”請(qǐng)求，還可以對(duì)I/O進(jìn)行檢測(cè)。

若判定系統(tǒng)中存在故障，則將該系統(tǒng)切換至安全狀態(tài)。

編程

CPU 315F與安全有關(guān)的程序采用STEP 7語(yǔ)言的梯形圖（LAD）和功能圖（FBD）編制。與運(yùn)行有關(guān)的功能范圍和數(shù)據(jù)類型均限于在此處設(shè)置。編譯時(shí)使用特定的格式和參數(shù)，可以創(chuàng)建安全相關(guān)程序。在單個(gè)CPU中，標(biāo)準(zhǔn)程序可以同時(shí)與故障安全程序一起運(yùn)行（共存），無(wú)任何限制。

該軟件包的另一個(gè)組件是F庫(kù)，配有TUV認(rèn)可的安全相關(guān)功能的編程實(shí)例。這些編程實(shí)例可以更改，但更改必須再次認(rèn)證。

S7 F分布式安全選項(xiàng)軟件包

編制安全相關(guān)的程序段時(shí)，必須使用選項(xiàng)軟件包“S7 F Distributed Safety”。該軟件包含有創(chuàng)建F程序所需要的全部功能和塊。運(yùn)行S7 F Distributed Safety必須安裝不低于V5.1SP3版的STEP 7。