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西門(men)子幾種常(chang)見PLC的程序結構及其特點

1．某些國外的小型PLC的程序結構

這些PLC的(de)用戶程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)由主(zhu)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)、子(zi)(zi)(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)和(he)中斷(duan)(duan)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)組成。在(zai)(zai)每一個掃(sao)描(miao)循(xun)環周期，CPU都要(yao)調(diao)用一次(ci)主(zhu)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)。主(zhu)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)可(ke)(ke)以調(diao)用子(zi)(zi)(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)，小(xiao)型(xing)控制(zhi)系統可(ke)(ke)以只有主(zhu)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)。中斷(duan)(duan)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)用于快速響(xiang)應中斷(duan)(duan)事(shi)件(jian)。在(zai)(zai)中斷(duan)(duan)事(shi)件(jian)發生時，CPU將停(ting)止(zhi)執行(xing)當時正在(zai)(zai)處理的(de)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)或任(ren)務(wu)，去執行(xing)用戶編(bian)寫的(de)中斷(duan)(duan)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)。執行(xing)完中斷(duan)(duan)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)后，繼(ji)續執行(xing)被暫停(ting)執行(xing)的(de)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)或任(ren)務(wu)。它們的(de)子(zi)(zi)(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)和(he)中斷(duan)(duan)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)沒有局部變量，子(zi)(zi)(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)(xu)沒有輸入、輸出參(can)數。

2．西門子的S7-200的程序結構

過程(cheng)(cheng)映像輸入/輸出（I/Q）、變量存儲(chu)器(qi)V、內部(bu)(bu)存儲(chu)器(qi)位M、定時器(qi)T、計數器(qi)C等屬(shu)于(yu)全局(ju)變量。S7-200的(de)(de)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)組織單元(ProgramOrganizationalUnit，簡稱為(wei)POU)包(bao)括(kuo)主程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)、子程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)和中斷程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)。每(mei)個(ge)POU均(jun)有自(zi)己的(de)(de)64字節局(ju)部(bu)(bu)變量，局(ju)部(bu)(bu)變量只能(neng)在它所在的(de)(de)POU中使(shi)用。與此(ci)相反，全局(ju)變量可以(yi)在各POU中使(shi)用。

下面是子(zi)程序可以使用的局(ju)部變量：

1)TEMP(臨(lin)時(shi)(shi)變(bian)量)是暫時(shi)(shi)保(bao)存在局部數據(ju)區中(zhong)的(de)(de)變(bian)量。只有在執行該POU時(shi)(shi)，定義的(de)(de)臨(lin)時(shi)(shi)變(bian)量才被使(shi)用，POU執行完后，不(bu)再保(bao)存臨(lin)時(shi)(shi)變(bian)量的(de)(de)數值(zhi)。

2)IN是由調用它(ta)的(de)POU提供的(de)輸入參(can)數。

3)OUT是(shi)返回給調用它的POU的輸出參數(子程序的執行(xing)結果)。

4)IN_OUT是輸入_輸出(chu)參數，其初(chu)始值由(you)調用它(ta)的(de)POU傳送(song)給子程(cheng)序，并用同一變(bian)量將子程(cheng)序的(de)執行(xing)結果返回給調用它(ta)的(de)POU。

主程序和中斷(duan)程序的局部(bu)變量(liang)中只有臨時(shi)變量(liang)TEMP。

具有輸(shu)入(ru)、輸(shu)出(chu)參(can)數和局部變量的(de)(de)(de)(de)子(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)易于實現結構化(hua)編(bian)(bian)程(cheng)(cheng)(cheng)，對于長(chang)期(qi)生(sheng)產(chan)同(tong)類設(she)備(bei)或生(sheng)產(chan)線的(de)(de)(de)(de)廠(chang)家尤為(wei)有用(yong)。這些廠(chang)家的(de)(de)(de)(de)編(bian)(bian)程(cheng)(cheng)(cheng)人員為(wei)設(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)各組件或工藝(yi)功能(neng)編(bian)(bian)寫了大量的(de)(de)(de)(de)通(tong)用(yong)的(de)(de)(de)(de)子(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)。即使(shi)不知道子(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)的(de)(de)(de)(de)內部代碼(ma)，只要(yao)知道子(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)的(de)(de)(de)(de)功能(neng)和輸(shu)入(ru)、輸(shu)出(chu)參(can)數的(de)(de)(de)(de)意義，就可(ke)以通(tong)過程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)之間的(de)(de)(de)(de)調用(yong)快速“組裝”出(chu)滿(man)足(zu)不同(tong)用(yong)戶要(yao)求的(de)(de)(de)(de)控制(zhi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)。就好像用(yong)數字集成電(dian)路芯片組成復(fu)雜(za)的(de)(de)(de)(de)數字電(dian)路一(yi)樣。

子程(cheng)序(xu)如果沒有(you)輸入(ru)、輸出參(can)數，它(ta)和調用它(ta)的(de)程(cheng)序(xu)之(zhi)間沒有(you)清晰的(de)接口，很難實現結構(gou)化編程(cheng)。

子(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)如果沒有局部變量(liang)，它(ta)和調用它(ta)的程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)之間只能(neng)通過全局變量(liang)來交換數據，子(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)內部也只能(neng)使用全局變量(liang)。將子(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)和中(zhong)斷(duan)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)移植(zhi)到(dao)別(bie)的項目時，需要(yao)重新(xin)統(tong)一安排(pai)它(ta)們使用的全局變量(liang)，以(yi)保證不會出現(xian)地址沖突。當程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)很(hen)復(fu)雜，子(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)和中(zhong)斷(duan)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)(xu)(xu)很(hen)多時，這(zhe)種(zhong)重新(xin)分配地址的工作量(liang)非常(chang)大。

如(ru)果子(zi)程(cheng)序和中斷程(cheng)序有局(ju)部(bu)變(bian)量(liang)，并且它們內部(bu)只使(shi)用局(ju)部(bu)變(bian)量(liang)，不使(shi)用全局(ju)變(bian)量(liang)，因為與其他POU沒有地(di)址沖突，不需作(zuo)任何改動，就可以將子(zi)程(cheng)序移植到別的項目中去。

3．西門子的S7-300/400的程序結構

S7-300/400將(jiang)子程序(xu)分為功(gong)能(neng)（Function，或稱為函數）和功(gong)能(neng)塊（FunctionBlock）。

S7-300/400的(de)(de)(de)(de)(de)功能(neng)與S7-200的(de)(de)(de)(de)(de)子程序(xu)基本上相同。它(ta)們均有(you)輸(shu)入、輸(shu)出參數和臨時變量，功能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)局部(bu)數據中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)返(fan)回(hui)值實際上屬于(yu)輸(shu)出參數。它(ta)們沒有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)(cun)儲區，功能(neng)執行(xing)結束后，不再(zai)保存(cun)(cun)臨時變量中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)數據。

可(ke)以用全局變量來保存那(nei)些(xie)在功能執行結束后需要保存的(de)數據，但是會影響到功能的(de)可(ke)移(yi)植性。

功(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)是用戶編(bian)寫的(de)(de)有自己的(de)(de)存儲區（即背景(jing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)）的(de)(de)程序塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)，功(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)的(de)(de)輸入、輸出參數(shu)(shu)和靜態變量(liang)存放在的(de)(de)背景(jing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)中，臨(lin)時(shi)變量(liang)存儲在局部(bu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)堆棧(zhan)中。每次調用功(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)時(shi)，都要(yao)一個背景(jing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)。功(gong)(gong)能(neng)(neng)(neng)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)執行完(wan)后，背景(jing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)中的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)不會丟失，但是不會保存局部(bu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)堆棧(zhan)中的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)。

功能塊采用了(le)類似于C++的(de)(de)封裝的(de)(de)概念，將程(cheng)序(xu)和數據封裝在(zai)一起，具有很好的(de)(de)可移植性。

S7-300/400的(de)共享(xiang)數據塊可供所(suo)有的(de)邏輯塊使用。

4．IEC61131-3的程序結構

IEC61131-3是(shi)PLC的(de)編(bian)程語言(yan)(yan)標(biao)(biao)準。IEC61131-3是(shi)世界上(shang)個，也是(shi)至今為止的(de)工(gong)業控制領域(yu)的(de)編(bian)程語言(yan)(yan)標(biao)(biao)準。IEC

61131-3有三種POU：程序、功(gong)能(neng)(neng)塊(kuai)和功(gong)能(neng)(neng)。

功能是有多個(ge)輸(shu)入參(can)數和一個(ge)輸(shu)出(chu)參(can)數（返回(hui)值）的(de)(de)(de)POU，返回(hui)值的(de)(de)(de)名稱與功能的(de)(de)(de)名稱相(xiang)同(tong)，需要定義返回(hui)值的(de)(de)(de)數據類型。調用具

有相(xiang)同輸入值的功(gong)(gong)能(neng)總(zong)是(shi)(shi)返回相(xiang)同的結(jie)果。功(gong)(gong)能(neng)可以(yi)調用(yong)其他功(gong)(gong)能(neng)，但是(shi)(shi)不能(neng)調用(yong)功(gong)(gong)能(neng)塊或程(cheng)序。功(gong)(gong)能(neng)可定義的局部變量(liang)有VAR和VAR_INPUT。

功(gong)能塊是(shi)有(you)多個輸入/輸出參(can)數和內部存儲單元的POU，功(gong)能塊的輸出參(can)數值(zhi)與(yu)其內部存儲單元的值(zhi)有(you)關。功(gong)能塊可以調用其他功(gong)能

塊或功能，但(dan)是不能調用程序。

在(zai)調(diao)用(yong)功(gong)能塊之前，必須在(zai)要調(diao)用(yong)功(gong)能塊的POU中為每(mei)次調(diao)用(yong)聲(sheng)明功(gong)能塊的實例，操作(zuo)系(xi)統將為每(mei)次調(diao)用(yong)分配(pei)功(gong)能塊的存儲區

（類似于S7-300/400的背(bei)景數據塊(kuai)）。

功能(neng)因為沒有(you)內部存(cun)儲區，調用時不(bu)需要實例化。

程(cheng)序(xu)的(de)行為和(he)用途類似(si)于(yu)功(gong)(gong)能(neng)塊(kuai)，程(cheng)序(xu)具有(you)(you)輸(shu)入和(he)輸(shu)出參(can)數(shu)，而且可(ke)以具有(you)(you)內部存儲(chu)區。程(cheng)序(xu)通常包含(han)有(you)(you)對功(gong)(gong)能(neng)和(he)功(gong)(gong)能(neng)塊(kuai)的(de)調用。

IEC61131-3定義了若干(gan)標準的功(gong)能和(he)功(gong)能塊(kuai)。

5．S7-300/400與IEC61131-3程序結構的區別

1）S7-300/400的(de)功能(neng)可以有多個輸出(chu)參數，返(fan)回值也屬于輸出(chu)參數。IEC61131-3的(de)功能(neng)只(zhi)有一個返(fan)回值。

2）IEC61131-3的(de)功能塊用(yong)于(yu)保存(cun)局(ju)部(bu)變量的(de)存(cun)儲區(qu)是(shi)(shi)在聲明功能塊的(de)實例時分(fen)配的(de)，它(ta)對(dui)用(yong)戶(hu)是(shi)(shi)不透明的(de)，其(qi)他POU不能直接(jie)訪問該存(cun)儲區(qu)。

S7-300/400的(de)功(gong)能塊的(de)局部變(bian)量(liang)（不(bu)包括臨時(shi)變(bian)量(liang)）保(bao)存(cun)在(zai)它的(de)背(bei)景(jing)(jing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)塊中。其他POU可以訪問背(bei)景(jing)(jing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)塊中的(de)變(bian)量(liang)。如果需要多次調(diao)用(yong)同(tong)一(yi)個功(gong)能塊來控(kong)制同(tong)一(yi)類(lei)型的(de)被控(kong)對象，每次調(diao)用(yong)都需要一(yi)個背(bei)景(jing)(jing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)塊，但是這(zhe)(zhe)些背(bei)景(jing)(jing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)塊中的(de)變(bian)量(liang)又很少，這(zhe)(zhe)樣在(zai)項目中就(jiu)出現了大量(liang)的(de)背(bei)景(jing)(jing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)塊。可以使用(yong)多重背(bei)景(jing)(jing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)塊來減少背(bei)景(jing)(jing)數(shu)(shu)據(ju)(ju)塊的(de)數(shu)(shu)量(liang)。但是需要增加一(yi)個用(yong)來管理(li)多重背(bei)景(jing)(jing)的(de)功(gong)能塊。

3）S7-300/400的功能塊的局部變量有(you)臨(lin)時變量和靜態變量，IEC61131-3的功能塊的內(nei)部變量Var相當于S7-300/400的靜態變量。

4）S7-300/400將數(shu)(shu)據(ju)區(qu)劃分(fen)為數(shu)(shu)據(ju)塊來使用，數(shu)(shu)據(ju)塊的(de)(de)大小與數(shu)(shu)據(ju)塊中定義(yi)的(de)(de)變(bian)(bian)量的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)類型和變(bian)(bian)量的(de)(de)個數(shu)(shu)有關(guan)。IEC61131-3沒有數(shu)(shu)據(ju)塊的(de)(de)概念。

Overview

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

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協議進行通信
• 此外,還可以連接采用4-20mA技術的轉換變送器(無HART協議)
• 只能插入到帶 IM153-2 的 ET 200M 中

有關 HART 模塊的詳細信息，請參見 "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化系統中的模擬量輸入/輸出任務。模擬傳感器和執行器可以通過這些模塊連接到自動化系統。
使用模擬(ni)量輸入(ru)/輸出模塊給用戶提供(gong)以下優(you)點(dian)：

• *適應性：
  通過合適的模塊組合方式，可以根據特定任務調整輸入/輸出的點數。節約了不必要的成本。
• 功能強大的模擬量處理技術：
  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(mo)(mo)擬量輸入模(mo)(mo)塊具有下列機械特性：

緊湊型設計

堅固的塑(su)料機(ji)殼(ke)里包(bao)括(kuo)：

• 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。
• 前門上的標簽區。
• 連接器針腳分配，用于在前門內部進行配線。

安裝方便

模塊安(an)裝在(zai) DIN 導軌上(shang)并通過總(zong)線連接(jie)器連接(jie)到相鄰模塊。沒有(you)插槽規則；輸入地(di)址由(you)插槽決定。

當(dang)在 ET 200M 分(fen)布式 I/O 系統(tong)中與(yu)有(you)源總線模(mo)塊一起使用(yong)時，可以對數字量輸入/輸出模(mo)塊進行熱插拔(ba)，而不(bu)會有(you)任何(he)反應。其它(ta)模(mo)塊繼續工作。

方便用戶接線

裝(zhuang)置單元通過前(qian)置連(lian)(lian)接(jie)(jie)器(qi)連(lian)(lian)接(jie)(jie)。當*連(lian)(lian)接(jie)(jie)模(mo)塊(kuai)時，編碼設備鎖定在連(lian)(lian)接(jie)(jie)器(qi)中(zhong)(zhong)，這樣(yang)(yang)(yang)該連(lian)(lian)接(jie)(jie)器(qi)只能(neng)適合于同樣(yang)(yang)(yang)類型的(de)模(mo)塊(kuai)。更換模(mo)塊(kuai)時，對于新的(de)同類型模(mo)塊(kuai)，可原封不動保持前(qian)連(lian)(lian)接(jie)(jie)器(qi)的(de)接(jie)(jie)線狀態。這樣(yang)(yang)(yang)可以避免在更換模(mo)塊(kuai)的(de)過程中(zhong)(zhong)將(jiang)已接(jie)(jie)線的(de)前(qian)連(lian)(lian)接(jie)(jie)器(qi)插入到(dao)錯誤(wu)模(mo)塊(kuai)中(zhong)(zhong)。

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硬件中斷

通過硬(ying)件中斷可以監控(kong)過程信號(hao)，并且，可以觸發針對信號(hao)變化的(de)響應。

• 數字量輸入模塊：
  根據參數設置的不同，針對每個通道組，當信號狀態發生改變時，模塊都可以發起硬件中斷，觸發沿可以選用上升沿、下降沿或者混合使用上升沿和下降沿。CPU會中斷用戶程序或較低優先級任務的執行，并接下來執行相關的診斷中斷塊（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行比較。當測量值違反了其中任何一個限定值時，就會觸發硬件中斷。CPU會中斷用戶程序或較低優先級任務的執行，并接下來執行相關的診斷中斷塊（OB 40）。如果極限高于/低于過量程/欠量程，則無法進行比較。
   

S7-300F

運行模式

S7-300F的安(an)全功能包含在(zai)CPU的F程序(xu)中，并且位于(yu)故障安(an)全信號模(mo)塊之內(nei)。

信(xin)號(hao)模塊(kuai)采(cai)用差異(yi)分(fen)析方法和(he)測試信(xin)號(hao)注入技術實現輸(shu)出(chu)和(he)輸(shu)入信(xin)號(hao)的監(jian)控。

借助周期性自檢、指令檢測(ce)、程序(xu)(xu)邏輯檢測(ce)和程序(xu)(xu)順序(xu)(xu)流檢測(ce)等方法，CPU可(ke)以檢測(ce)控制器是(shi)否工作(zuo)正(zheng)常。此(ci)外(wai)，通過“活躍(yue)標志（sign-of-life）”請求(qiu)，還可(ke)以對I/O進行檢測(ce)。

若判定系統中存在故障，則將該系統切換至(zhi)安全狀態。

編程

CPU 315F與安(an)(an)全(quan)有(you)(you)關(guan)(guan)的程序(xu)采(cai)用(yong)(yong)STEP 7語言的梯形圖（LAD）和(he)功能圖（FBD）編制(zhi)。與運行有(you)(you)關(guan)(guan)的功能范(fan)圍和(he)數據類型(xing)均限(xian)于在此處設(she)置。編譯時使用(yong)(yong)特定的格式和(he)參數，可(ke)以創建(jian)安(an)(an)全(quan)相(xiang)關(guan)(guan)程序(xu)。在單個CPU中，標準程序(xu)可(ke)以同時與故障安(an)(an)全(quan)程序(xu)一起運行（共存），無任何限(xian)制(zhi)。

該軟件(jian)(jian)包(bao)的(de)另一個組件(jian)(jian)是F庫，配有TUV認(ren)可的(de)安全相關功能的(de)編(bian)程(cheng)實(shi)(shi)例(li)(li)。這些編(bian)程(cheng)實(shi)(shi)例(li)(li)可以(yi)更改，但(dan)更改必須再次認(ren)證。

S7 F分(fen)布式安全選(xuan)項軟件包

編制安全相關的(de)程序段時，必須(xu)使用選項(xiang)軟(ruan)(ruan)件包(bao)“S7 F Distributed Safety”。該(gai)軟(ruan)(ruan)件包(bao)含有創(chuang)建F程序所需(xu)要(yao)的(de)全部功(gong)能和塊(kuai)。運行S7 F Distributed Safety必須(xu)安裝不低于V5.1SP3版(ban)的(de)STEP 7。