西門子幾種常見PLC的程序結(jié)構(gòu)及其特點
本文分析了西門子S7-200、S7-300/400和IEC61131-3的程序結(jié)構(gòu)，并指出各自的特點。
1．某些國外的小型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，CPU將停止執(zhí)行當(dāng)時正在處理的程序或任務(wù)，去執(zhí)行用戶編寫的中斷程序。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有局部變量，子程序沒有輸入、輸出參數(shù)。




2．西門子的S7-200的程序結(jié)構(gòu)


過程映像輸入/輸出（I/Q）、變量存儲器V、內(nèi)部存儲器位M、定時器T、計數(shù)器C等屬于全局變量。S7-200的程序組織單元(ProgramOrganizationalUnit，簡稱為POU)包括主程序、子程序和中斷程序。每個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(臨時變量)是暫時保存在局部數(shù)據(jù)區(qū)中的變量。只有在執(zhí)行該POU時，定義的臨時變量才被使用，POU執(zhí)行完后，不再保存臨時變量的數(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變量TEMP。


具有輸入、輸出參數(shù)和局部變量的子程序易于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程，對于長期生產(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。


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


子程序如果沒有局部變量，它和調(diào)用它的程序之間只能通過全局變量來交換數(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目時，需要重新統(tǒng)一安排它們使用的全局變量，以**不會出現(xiàn)地址沖突。當(dāng)程序很復(fù)雜，子程序和中斷程序很多時，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，因為與其他POU沒有地址沖突，不需作任何改動，就可以將子程序移植到別的項目中去。




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)和臨時變量，功能的局部數(shù)據(jù)中的返回值實際上屬于輸出參數(shù)。它們沒有專用的存儲區(qū)，功能執(zhí)行結(jié)束后，不再保存臨時變量中的數(shù)據(jù)。


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


功能塊是用戶編寫的有自己專用的存儲區(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，臨時變量存儲在局部數(shù)據(jù)堆棧中。每次調(diào)用功能塊時，都要*一個背景數(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)不會丟失，但是不會保存局部數(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的編程語言標準。IEC61131-3是世界上*一個，也是至今為止一的工業(yè)控制領(lǐng)域的編程語言標準。IEC


61131-3有三種POU：程序、功能塊和功能。


功能是有多個輸入?yún)?shù)和一個輸出參數(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。


功能塊是有多個輸入/輸出參數(shù)和內(nèi)部存儲單元的POU，功能塊的輸出參數(shù)值與其內(nèi)部存儲單元的值有關(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)用聲明功能塊的實例，操作系統(tǒng)將為每次調(diào)用分配功能塊專用的存儲區(qū)


（類似于S7-300/400的背景數(shù)據(jù)塊）。


功能因為沒有內(nèi)部存儲區(qū)，調(diào)用時不需要實例化。


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)部存儲區(qū)。程序通常包含有對功能和功能塊的調(diào)用。


IEC61131-3定義了若干標準的功能和功能塊。




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的功能只有一個返回值。


2）IEC61131-3的功能塊用于保存局部變量的專用存儲區(qū)是在聲明功能塊的實例時分配的，它對用戶是不透明的，其他POU不能直接訪問該存儲區(qū)。


S7-300/400的功能塊的局部變量（不包括臨時變量）保存在它的背景數(shù)據(jù)塊中。其他POU可以訪問背景數(shù)據(jù)塊中的變量。如果需要多次調(diào)用同一個功能塊來控制同一類型的被控對象，每次調(diào)用都需要*一個背景數(shù)據(jù)塊，但是這些背景數(shù)據(jù)塊中的變量又很少，這樣在項目中就出現(xiàn)了大量的背景數(shù)據(jù)塊。可以使用多重背景數(shù)據(jù)塊來減少背景數(shù)據(jù)塊的數(shù)量。但是需要增加一個用來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)類型和變量的個數(shù)有關(guān)。IEC61131-3沒有數(shù)據(jù)塊的概念。

當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。

移植到SIMATIC?PCS?7
TELEPERM?M
APACS+?/?QUADLOG
TI?505
OpenPMC
SIMATIC?S5
其它系統(tǒng)
我們遷移成功的策略：逐步、靈活、可適應(yīng)
由于我們的過程控制系統(tǒng)采用了模塊結(jié)構(gòu)，向?SIMATIC?PCS?7?遷移可以一站式的一次性完成。我們把遷移過程與自己系統(tǒng)的生命周期策略相適應(yīng)，實現(xiàn)了資產(chǎn)的較大**（ROA）。我們還考慮到了生產(chǎn)的經(jīng)濟性——例如生產(chǎn)能力的提高——使系統(tǒng)可以預(yù)留出足夠的靈活性能夠滿足市場要求。

設(shè)備定期清掃
（1） 每六個月或季度對PLC進行清掃，切斷給PLC供電的電源把電源機架、CPU主板及輸入/輸出板依次拆下，進行吹掃、清掃后再依次原位安裝好，將全部連接恢復(fù)后送電并啟動PLC主機。認真清掃PLC箱內(nèi)衛(wèi)生；
（2） 每三個月更換電源機架下方過濾網(wǎng)。

檢修工藝及技術(shù)要求
（1） 測量電壓時，要用數(shù)字電壓表或精度為1%的**表測量
（2）電源機架，CPU主板都只能在主電源切斷時取下；
（3） 在RAM模塊從CPU取下或插入CPU之前，要斷開PC的電源，這樣才能**數(shù)據(jù)不混亂；
（4） 在取下RAM模塊之前，檢查一下模塊電池是否正常工作，如果電池故障燈亮?xí)r取下模塊RAM內(nèi)容將丟失；
（5） 輸入/輸出板取下前也應(yīng)先關(guān)掉總電源，但如果生產(chǎn)需要時I/0板也可在可編程控制器運行時取下，但CPU板上的QVZ（**時）燈亮；
（6） 撥插模板時，要格外小心，輕拿輕放，并運離產(chǎn)生靜電的物品；
（7） 更換元件不得帶電操作；
（8） 檢修后模板安裝一定要安插到位。

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上海西邑電氣技術(shù)有限公司是專業(yè)從事西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品銷售和系統(tǒng)集成的高新 技術(shù)企業(yè)。在西門子工控領(lǐng)域，公司以精益求精的經(jīng)營理念，從產(chǎn)品、方案到服務(wù)，致 力于塑造一個“行業(yè)*”品牌，以實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。
“信譽*一，客戶至上”是公司成立之初所確立的宗旨，在公司**的嚴格要求和員工們不折不扣地貫徹執(zhí)行下發(fā)展延續(xù)至今。“假一罰十”一直是我公司的主動承諾。 
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