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西門(mén)子幾種常見(jiàn)PLC的程序結構及其特點(diǎn)

1．某些國外的小型PLC的程序結構

這些PLC的用戶(hù)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都要調用一次主程序。主程序可以調用子程序，小型控制系統可以只有主程序。中斷程序用于快速響應中斷事件。在中斷事件發(fā)生時(shí)，CPU將停止執行當時(shí)正在處理的程序或任務(wù)，去執行用戶(hù)編寫(xiě)的中斷程序。執行完中斷程序后，繼續執行被暫停執行的程序或任務(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。

2．西門(mén)子的S7-200的程序結構

過(guò)程映像輸入/輸出（I/Q）、變量存儲器V、內部存儲器位M、定時(shí)器T、計數器C等屬于全局變量。S7-200的程序組織單元(ProgramOrganizationalUnit，簡(jiǎn)稱(chēng)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)保存在局部數據區中的變量。只有在執行該POU時(shí)，定義的臨時(shí)變量才被使用，POU執行完后，不再保存臨時(shí)變量的數值。

2)IN是由調用它的POU提供的輸入參數。

3)OUT是返回給調用它的POU的輸出參數(子程序的執行結果)。

4)IN_OUT是輸入_輸出參數，其初始值由調用它的POU傳送給子程序，并用同一變量將子程序的執行結果返回給調用它的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、輸出參數和局部變量的子程序易于實(shí)現結構化編程，對于長(cháng)期生產(chǎn)同類(lèi)設備或生產(chǎn)線(xiàn)的廠(chǎng)家尤為有用。這些廠(chǎng)家的編程人員為設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部代碼，只要知道子程序的功能和輸入、輸出參數的意義，就可以通過(guò)程序之間的調用快速“組裝”出滿(mǎn)足不同用戶(hù)要求的控制程序。就好像用數字集成電路芯片組成復雜的數字電路一樣。

子程序如果沒(méi)有輸入、輸出參數，它和調用它的程序之間沒(méi)有清晰的接口，很難實(shí)現結構化編程。

子程序如果沒(méi)有局部變量，它和調用它的程序之間只能通過(guò)全局變量來(lái)交換數據，子程序內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(shí)，需要重新統一安排它們使用的全局變量，以保證不會(huì )出現地址沖突。當程序很復雜，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，并且它們內部只使用局部變量，不使用全局變量，因為與其他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目中去。

3．西門(mén)子的S7-300/400的程序結構

S7-300/400將子程序分為功能（Function，或稱(chēng)為函數）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、輸出參數和臨時(shí)變量，功能的局部數據中的返回值實(shí)際上屬于輸出參數。它們沒(méi)有的存儲區，功能執行結束后，不再保存臨時(shí)變量中的數據。

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

功能塊是用戶(hù)編寫(xiě)的有自己的存儲區（即背景數據塊）的程序塊，功能塊的輸入、輸出參數和靜態(tài)變量存放在的背景數據塊中，臨時(shí)變量存儲在局部數據堆棧中。每次調用功能塊時(shí)，都要一個(gè)背景數據塊。功能塊執行完后，背景數據塊中的數據不會(huì )丟失，但是不會(huì )保存局部數據堆棧中的數據。

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

S7-300/400的共享數據塊可供所有的邏輯塊使用。

4．IEC61131-3的程序結構

IEC61131-3是PLC的編程語(yǔ)言標準。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)言標準。IEC

61131-3有三種POU：程序、功能塊和功能。

功能是有多個(gè)輸入參數和一個(gè)輸出參數（返回值）的POU，返回值的名稱(chēng)與功能的名稱(chēng)相同，需要定義返回值的數據類(lèi)型。調用具

有相同輸入值的功能總是返回相同的結果。功能可以調用其他功能，但是不能調用功能塊或程序。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/輸出參數和內部存儲單元的POU，功能塊的輸出參數值與其內部存儲單元的值有關(guān)。功能塊可以調用其他功能

塊或功能，但是不能調用程序。

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

（類(lèi)似于S7-300/400的背景數據塊）。

功能因為沒(méi)有內部存儲區，調用時(shí)不需要實(shí)例化。

程序的行為和用途類(lèi)似于功能塊，程序具有輸入和輸出參數，而且可以具有內部存儲區。程序通常包含有對功能和功能塊的調用。

IEC61131-3定義了若干標準的功能和功能塊。

5．S7-300/400與IEC61131-3程序結構的區別

1）S7-300/400的功能可以有多個(gè)輸出參數，返回值也屬于輸出參數。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區是在聲明功能塊的實(shí)例時(shí)分配的，它對用戶(hù)是不透明的，其他POU不能直接訪(fǎng)問(wèn)該存儲區。

S7-300/400的功能塊的局部變量（不包括臨時(shí)變量）保存在它的背景數據塊中。其他POU可以訪(fǎng)問(wèn)背景數據塊中的變量。如果需要多次調用同一個(gè)功能塊來(lái)控制同一類(lèi)型的被控對象，每次調用都需要一個(gè)背景數據塊，但是這些背景數據塊中的變量又很少，這樣在項目中就出現了大量的背景數據塊。可以使用多重背景數據塊來(lái)減少背景數據塊的數量。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的功能塊的內部變量Var相當于S7-300/400的靜態(tài)變量。

4）S7-300/400將數據區劃分為數據塊來(lái)使用，數據塊的大小與數據塊中定義的變量的數據類(lèi)型和變量的個(gè)數有關(guān)。IEC61131-3沒(méi)有數據塊的概念。

Overview

• 模擬量輸入/輸出
• 用于解決更復雜的模擬量過(guò)程信號控制任務(wù)
• 用于連接模擬傳感器和執行機構，而無(wú)需增加測量放大器
   

HART 模塊

• 用于在 SIMATIC S7 和 PCS 7 系統中使用 HART（高速尋址遠程變送器）設備
• 可以連接所有變送器或HART傳感器/執行器，這些設備必須可以使用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 模塊的詳細信息，請參見(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)化系統中的模擬量輸入/輸出任務(wù)。模擬傳感器和執行器可以通過(guò)這些模塊連接到自動(dòng)化系統。
使用模擬量輸入/輸出模塊給用戶(hù)提供以下優(yōu)點(diǎn)：

• *適應性：
  通過(guò)合適的模塊組合方式，可以根據特定任務(wù)調整輸入/輸出的點(diǎn)數。節約了不必要的成本。
• 功能強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行器。

Design

模擬量輸入模塊具有下列機械特性：

緊湊型設計

堅固的塑料機殼里包括：

• 指示組故障的紅色指示燈
• 前連接器插接選件，裝在前門(mén)后面而得到防護。
• 前門(mén)上的標簽區。
• 連接器針腳分配，用于在前門(mén)內部進(jìn)行配線(xiàn)。

安裝方便

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

當在 ET 200M 分布式 I/O 系統中與有源總線(xiàn)模塊一起使用時(shí)，可以對數字量輸入/輸出模塊進(jìn)行熱插拔，而不會(huì )有任何反應。其它模塊繼續工作。

方便用戶(hù)接線(xiàn)

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

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硬件中斷

通過(guò)硬件中斷可以監控過(guò)程信號，并且，可以觸發(fā)針對信號變化的響應。

• 數字量輸入模塊：
  根據參數設置的不同，針對每個(gè)通道組，當信號狀態(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(hù)程序或較低優(yōu)先級任務(wù)的執行，并接下來(lái)執行相關(guān)的診斷中斷塊（OB 40）。信號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值，可以設定其工作范圍。模塊將數字化測量值與這些極限值進(jìn)行比較。當測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(hù)程序或較低優(yōu)先級任務(wù)的執行，并接下來(lái)執行相關(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模塊之內。

信號模塊采用差異分析方法和測試信號注入技術(shù)實(shí)現輸出和輸入信號的監控。

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

若判定系統中存在故障，則將該系統切換至安全狀態(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。與運行有關(guān)的功能范圍和數據類(lèi)型均限于在此處設置。編譯時(shí)使用特定的格式和參數，可以創(chuàng )建安全相關(guān)程序。在單個(gè)CPU中，標準程序可以同時(shí)與故障安全程序一起運行（共存），無(wú)任何限制。

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

S7 F分布式安全選項軟件包

編制安全相關(guān)的程序段時(shí)，必須使用選項軟件包“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。運行S7 F Distributed Safety必須安裝不低于V5.1SP3版的STEP 7。