PLC程序家族的故事

1、PLC程序家族的故事 1程序家族有哪些成員？ PLC的控制程序一般由主程序、子程序和中斷程序組成。西門子的S7-300/400將子程序分為功能（Function，或稱為函數(shù)）和功能塊（Function Block）。 在每一個掃描循環(huán)周期，CPU都要調(diào)用一次主程序，用戶程序必須有一個并且只能有一個主程序。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)。 2哪些情況需要使用子程序？ 當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模很大、控制要求復(fù)雜時，如果將全部控制任務(wù)放在主程序中，主程

2、序?qū)浅?fù)雜，既難以調(diào)試，也難以閱讀。使用子程序可以將程序分成容易管理的小塊，使程序結(jié)構(gòu)簡單清晰，易于調(diào)試、查錯和維護(hù)。 子程序也可以用于需要多次反復(fù)執(zhí)行相同任務(wù)的地方，只需要編寫一次子程序，別的程序在需要的時候多次調(diào)用它，而無需重寫該程序。 3怎樣調(diào)用子程序？ 主程序可以調(diào)用子程序，子程序也可以嵌套調(diào)用別的子程序。嵌套調(diào)用的層數(shù)是有限制的，例如S7-200的最大嵌套深度為8級。執(zhí)行完子程序后，返回調(diào)用它的程序中的調(diào)用指令的下一條指令。 4每個掃描周期都會執(zhí)行子程序嗎? 子程序的調(diào)用可以是有條件的，在被調(diào)用期間，每個掃描周期都要執(zhí)行一次被調(diào)用的子程序。調(diào)用條件不滿足時不會執(zhí)行子程序中的指令，

3、因此使用子程序可以減少掃描循環(huán)時間。 5停止調(diào)用子程序后，子程序中的線圈處于什么狀態(tài)？ 停止調(diào)用子程序后，不再執(zhí)行子程序中的指令。子程序中線圈對應(yīng)的編程元件如果沒有受到別的程序的控制，將保持子程序最后一次執(zhí)行后的狀態(tài)不變。即使控制這些線圈的觸點(diǎn)的狀態(tài)變化，該線圈對應(yīng)的元件的狀態(tài)也不會變化，因為這時根本就沒有執(zhí)行子程序中的指令。 6怎樣實現(xiàn)子程序的無條件調(diào)用？ 有的PLC的子程序調(diào)用指令不能直接接到左側(cè)的垂直“電源”線上，需要通過觸點(diǎn)電路來控制是否調(diào)用子程序，即子程序的調(diào)用是有條件的?？梢杂靡恢睘镺N的特殊位元件（例如S7-200的SM0.0或FX系列的M8000）的常開觸點(diǎn)來實現(xiàn)子程序的無條件

4、調(diào)用。不同品牌的PLC的子程序大致可以分為兩種，一種子程序沒有輸入、輸出參數(shù)和局部變量，另一種則有。 1什么是全局變量和局部變量？ 以西門子的S7-200為例，輸入I、輸出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，可以在符號表中為全局變量定義符號名。程序組織單元(Program Organizational Unit)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，局部變量用L(Local)來表示，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。 2局部變量有哪些類型？ 子程序可以使用下列局部變量：1) T

5、EMP (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P(yáng)OU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。主程序和中斷程序的局部變量表中只有TEMP變量。2) IN(輸入?yún)?shù))由調(diào)用它的POU提供的傳入子程序的輸入?yún)?shù)。 3) OUT(輸出參數(shù))是子程序的執(zhí)行結(jié)果，它被返回給調(diào)用它的POU。4) IN_OUT(輸入_輸出參數(shù))的初始值由調(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表中只有臨時變量TEMP。 3子程序的輸入、輸出參數(shù)有什么作用？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

6、于長期生產(chǎn)同類設(shè)備或生產(chǎn)線的廠家尤為有用。編程人員為設(shè)備的各部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，就可以用它們快速“組裝”出滿足不同的用戶要求的控制程序。就好像可以用數(shù)字集成電路芯片組成復(fù)雜的數(shù)字電路一樣。 如果子程序沒有輸入、輸出參數(shù)，這種子程序沒有明確的軟件接口，使用起來很不方便。 4局部變量有什么優(yōu)點(diǎn)？ 1) 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。將它移植到別的項目時，需要對各POU使用的全局變量作統(tǒng)一安排，以保證不會出現(xiàn)地址沖突。當(dāng)程序很復(fù)雜，子程序

7、很多時，這種地址分配是很花時間的。如果子程序有局部變量，并且在子程序中只使用局部變量，不使用全局變量，因為與其他POU沒有地址沖突，不作任何改動，就可以將子程序移植到別的項目中去。 為了減少移植子程序的工作量，在子程序中應(yīng)盡量避免使用全局變量和全局符號。 2) 如果使用局部變量表中的臨時變量（TEMP），同一片物理存儲器可以在不同的程序中重復(fù)使用。 下面以S7-200為例，介紹子程序的編程和調(diào)用的過程。 1創(chuàng)建子程序 生成項目時，自動生成一個子程序。打開程序編輯器，執(zhí)行“編輯”菜單中的命令“插入”“子程序”，將自動生成和打開新的子程序。 2生成局部變量 名為“模擬量計算”的子程序如下圖所示，在

8、該子程序的局部變量表中，定義了3個輸入（IN）參數(shù)，一個輸出（OUT）參數(shù)，和名為“暫存1”的臨時（TEMP）變量。局部變量表最左邊的一列是自動分配的每個變量在局部存儲器（L）中的地址。 3編寫子程序的梯形圖 局部變量表的下面是程序區(qū)（見上圖），輸入?yún)?shù)“轉(zhuǎn)換值”是來自模擬量輸入模塊的與模擬量成正比的轉(zhuǎn)換值，輸出參數(shù)“模擬值”是計算出的對應(yīng)的模擬量（例如壓力、溫度等）的工程值。子程序中變量名稱前的“#”表示該變量是局部變量，它是編程軟件自動添加的，輸入局部變量時不用輸入“#”號。特殊存儲器位SM0.0的常開觸點(diǎn)總是閉合。 4子程序的調(diào)用 可以在主程序、其他子程序或中斷程序中調(diào)用子程序，調(diào)用子程

9、序時將執(zhí)行子程序中的指令，直至子程序結(jié)束，然后返回調(diào)用它的程序中該子程序調(diào)用指令的下一條指令之處。 創(chuàng)建子程序后，在上圖左邊指令樹最下面的“調(diào)用子程序”文件夾中自動生成剛創(chuàng)建的子程序“模擬量計算”對應(yīng)的圖標(biāo)。 在梯形圖程序中插入子程序調(diào)用指令時，首先打開主程序，顯示出需要調(diào)用子程序的網(wǎng)絡(luò)。打開指令樹最下面的“調(diào)用子程序”文件夾，用鼠標(biāo)左鍵按住需要調(diào)用的子程序圖標(biāo)，將它“拖”到程序編輯器中需要的位置。放開左鍵，子程序塊便被放置在該位置。 子程序方框中左邊的“轉(zhuǎn)換值”等是在子程序“模擬量計算”的變量聲明表中定義的輸入?yún)?shù)，右邊的“模擬值”是輸出參數(shù)。它們被稱為子程序的形式參數(shù)，簡稱為形參，形參在子

10、程序內(nèi)部的程序中使用。調(diào)用子程序時，需要為每個形參指定實際的參數(shù)（簡稱為實參），例如為形參“轉(zhuǎn)換值”指定的實參為模擬量輸入字AIW2（見上圖）。 子程序調(diào)用指令中的實參的有效操作數(shù)為存儲器地址、常量、全局符號和調(diào)用指令所在的POU中的局部變量，不能指定被調(diào)用子程序中的局部變量。 CPU調(diào)用子程序時，輸入?yún)?shù)被復(fù)制到子程序的局部存儲器，子程序執(zhí)行完后，從局部存儲器復(fù)制輸出參數(shù)到指定的輸出參數(shù)地址。 西門子S7-300/400的子程序分為功能（Function）和功能塊（Function Block）。 1功能（FC） 功能是用戶編寫的沒有固定的存儲區(qū)的程序塊，其臨時變量存儲在局部數(shù)據(jù)堆棧中，功能

11、執(zhí)行結(jié)束后，不再保存這些數(shù)據(jù)?？梢杂霉蚕頂?shù)據(jù)區(qū)來存儲那些在功能執(zhí)行結(jié)束后需要保存的數(shù)據(jù)。 功能與S7-200的子程序的局部變量基本上相同（見下圖）。與S7-200的子程序相比，其局部變量多了個返回值（RET_VAL）。返回值實際上屬于輸出參數(shù)。 2參數(shù)類型 用于塊之間傳送數(shù)據(jù)的形式參數(shù)可以定義為12種基本數(shù)據(jù)類型、5種復(fù)雜數(shù)據(jù)類型（見上圖），也可以為塊之間傳送數(shù)據(jù)的形式參數(shù)定義下列的參數(shù)類型： 1）Timer或Counter：指定執(zhí)行塊時要使用的定時器或計數(shù)器。例如定義功能中的輸入變量TON1的數(shù)據(jù)類型為Timer，兩次調(diào)用功能時分別設(shè)置TON1的實參為T5和T6。 2）塊：指定用作輸入或輸出

12、的特定塊。例如定義某個輸入變量的數(shù)據(jù)類型為Block_FB，在調(diào)用塊時指定塊地址（例如FB 3）作為實參。 3）POINTER：指針是變量的地址而不是變量的值。POINTER參數(shù)類型的形參應(yīng)為地址，例如P#M50.0。在STEP 7中，指針也可以用地址作實參 (例如M 50.0)。 4）ANY：用于將任意的數(shù)據(jù)類型傳遞給聲明的形參。ANY可用于實參的數(shù)據(jù)類型未知，或?qū)崊⒖梢允褂萌我鈹?shù)據(jù)類型的情況。例如P#DB2.DBX50.0 BYTE 10表示DB 2中的DBB50DBB59。ANY也可以用地址作實參，例如DB2.DBW30和Q12.5，但是只能指向一個變量。 5）UDT：用戶自定義的數(shù)據(jù)類

13、型。 3功能塊（FB） 功能塊是用戶編寫的有自己的存儲區(qū)（背景數(shù)據(jù)塊）的程序塊，功能塊的輸入、輸出變量和靜態(tài)變量（STAT）存放在指定的背景數(shù)據(jù)塊 (DI) 中，臨時變量存儲在局部數(shù)據(jù)堆棧中。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)。 4背景數(shù)據(jù)塊背景數(shù)據(jù)塊是專門指定給某個功能塊（FB）使用的數(shù)據(jù)塊，它是FB專用的工作存儲區(qū)。 背景數(shù)據(jù)塊用來保存FB的實參和靜態(tài)數(shù)據(jù)，背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)是自動生成的。它們是功能塊的變量聲明表中的數(shù)據(jù)（不包括臨時變量）。調(diào)用功能塊時應(yīng)指定對應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊。 5功能與功能塊的區(qū)別 FB和FC均為用戶編寫的子程序，局部變量表中均有I

14、N、OUT、IN_OUT和TEMP變量。FC的返回值Ret_Val實際上屬于輸出參數(shù)。下面是FC和FB的區(qū)別： 1）功能塊有背景數(shù)據(jù)塊，功能沒有背景數(shù)據(jù)塊。 2）只能在功能內(nèi)部訪問它的局部變量。其他邏輯塊可以訪問功能塊的背景數(shù)據(jù)塊中的變量。 3）功能沒有靜態(tài)變量（STAT），功能塊有保存在背景數(shù)據(jù)塊中的靜態(tài)變量。 功能如果有執(zhí)行完后需要保存的數(shù)據(jù)，只能存放在全局變量（例如共享數(shù)據(jù)塊和M區(qū)）中，但是這樣會影響功能的可移植性。如果功能或功能塊的內(nèi)部不使用全局變量，只使用局部變量，不需要作任何修改，就可以將它們移植到其他項目。如果塊的內(nèi)部使用了全局變量，在移植時需要考慮每個塊使用的全局變量是否會與別

15、的塊產(chǎn)生地址沖突。 4）功能塊的局部變量（不包括TEMP）有初始值，功能的局部變量沒有初始值。調(diào)用功能時應(yīng)給所有的形參指定實參。 調(diào)用功能塊時可以不設(shè)置某些輸入、輸出參數(shù)的實參，此時這些參數(shù)將使用背景數(shù)據(jù)塊中的初始值。 1中斷與中斷程序 有很多PLC內(nèi)部或外部的事件是隨機(jī)發(fā)生的，例如外部開關(guān)量輸入信號的上升沿或下降沿、通信事件、高速計數(shù)器的當(dāng)前值等于設(shè)定值和定時中斷等，事先并不知道這些事件何時發(fā)生，但是它們出現(xiàn)時需要盡快地處理它們，PLC用中斷來快速處理上述事件。 例如電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可能引發(fā)多個斷路器相繼跳閘。為了分析故障的起因，需要及時準(zhǔn)確記錄事故發(fā)生的時間?？梢杂糜布袛鄟硗瓿蛇@一任

16、務(wù)。 由于PLC的掃描工作方式，普通定時器的定時誤差很大，定時時間到了也不能馬上去處理要作的事情?？梢杂枚〞r中斷來實現(xiàn)高精度定時，在定時時間到時CPU自動調(diào)用定時中斷程序。 在出現(xiàn)一個中斷事件時，當(dāng)前正在執(zhí)行的程序在當(dāng)前指令執(zhí)行完后被停止執(zhí)行(被中斷)，操作系統(tǒng)將會調(diào)用一個用戶編寫的分配給該事件的中斷程序(S7-300/400稱為組織塊)。中斷程序被執(zhí)行完后，被暫停執(zhí)行的程序?qū)谋恢袛嗟牡胤介_始繼續(xù)執(zhí)行。這一過程不受PLC掃描工作方式的影響，因此使PLC能迅速響應(yīng)中斷事件。換句話說，中斷程序不是在每次掃描循環(huán)中處理，而是在需要時才被及時地處理。 2中斷的優(yōu)先級 中斷事件有不同的優(yōu)先級，高優(yōu)先級

17、的中斷程序可以中斷低優(yōu)先級的中斷程序。 如果在執(zhí)行中斷程序時，又檢測到一個中斷請求，CPU將比較兩個中斷源的中斷優(yōu)先級。如果優(yōu)先級相同，按照產(chǎn)生中斷請求的先后次序進(jìn)行處理。如果后者的優(yōu)先級比正在執(zhí)行的中斷源的優(yōu)先級高，將中止當(dāng)前正在處理的中斷程序，改為調(diào)用較高優(yōu)先級的中斷源的中斷程序，這種處理方式稱為中斷程序的嵌套調(diào)用。 3中斷的控制 不是所有的用戶都需要PLC的中斷功能，用戶一般也不需要處理所有的中斷事件，因此允許用戶用指令來控制是否需要中斷和需要哪些中斷。 S7-200的中斷允許指令EI允許處理中斷事件。至于需要處理哪些中斷事件，需要單獨(dú)設(shè)置。禁止中斷指令DI禁止處理所有的中斷事件。 S7-200進(jìn)入RUN模式時自動禁止中斷，在RUN模式執(zhí)行中斷允許指令后，各中斷事件發(fā)生時是否會執(zhí)行中斷程序，取決于是否執(zhí)行了該中斷事件的中斷連接指令A(yù)TCH。 中斷分離指令DTCH用來斷開某個中斷事件與中斷程序之間的聯(lián)系，從而禁止單個中斷事件。4編寫中斷程序應(yīng)注意的問題 因為不能預(yù)知系統(tǒng)何時調(diào)用中斷程序，為了避免在中斷程序中改寫其他程序使用的存儲器，在中斷程序中應(yīng)盡量使用局部變量。 應(yīng)優(yōu)化中斷程序，使中斷程序盡量短小，以減少中斷程序的執(zhí)行時間，減少