西門子PLC300系列的設計步驟與實例

1、S7-300 系列 PLC 應用系統(tǒng)設計PLC 應用系統(tǒng)設計的內容和步驟PLC 應用系統(tǒng)的硬件設計PLC 應用系統(tǒng)的軟件設計PLC 應用系統(tǒng)設計實例PLC 應用系統(tǒng)設計的內容和步驟 系統(tǒng)設計的原則與內容1設計原則(1) 最大限度地滿足被控設備或生產過程的控制要求；(2) 在滿足控制要求的前提下，力求簡單、經濟，操作方便；(3) 保證控制系統(tǒng)工作安全可靠；(4) 考慮到今后的發(fā)展改進，應適當留有進一步擴展的余地。 2設計內容(1) 擬定控制系統(tǒng)設計的技術條件，它是整個設計的依據；(2) 選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構；(3) 選定 PLC 的型號；(4) 編制 PLC 的輸入輸出分配

2、表或繪制輸入輸出端子接線圖；(5) 根據系統(tǒng)要求編寫軟件說明書，然后再進行程序設計；(6) 重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友善關系；(7) 設計操作臺、電氣柜及非標準電器元部件；(8) 編寫設計說明書和使用說明書。系統(tǒng)設計和調試的主要步驟1深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求2確定 IO 設備，常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。3選擇合適的 PLC 類型， 根據已確定的用戶 IO 設備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的 PLC 類型。4分配 IO 點，編制出輸入輸出端子的接線圖。 5設計應用系統(tǒng)梯形

3、圖程序，這一步是整個應用系統(tǒng)設計最核心的工作。 6將程序輸入 PLC ，當使用計算機上編程時，可將程序下載到PLC 中。7進行軟件測試，在將 PLC 連接到現(xiàn)場設備上之前，必須進行軟件測試，以排除程序中的錯誤。8應用系統(tǒng)整體調試， 在 PLC 軟硬件設計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后， 就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調試。 調試中發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除， 直至調試成功。 9編制技術文件，系統(tǒng)技術文件包括功能說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、 PLC 梯形圖等。PLC 選型在滿足控制要求的前提下，選型時應選擇最佳的性能價格比，具體應考慮以下幾點。1性能與任務相適應2 PLC 的處理速度應滿足實時

4、控制的要求3PLC 應用系統(tǒng)結構合理、機型系列應統(tǒng)一4在線編程和離線編程的選擇PLC 容量估算PLC 容量包括兩個方面：一是 IO 的點數(shù)，二是用戶存儲器的 容量。1 IO 點數(shù)的估算根據功能說明書，可統(tǒng)計出 PLC 系統(tǒng)的開關量 IO 點數(shù)及模擬量 IO 通道數(shù)，以及開關量和模擬量的信號類型。應在統(tǒng)計后得出 IO 總點數(shù)的基 礎上，增加10%15%的裕量。選定的 PLC機型的10能力極限值必須大于10點數(shù)估算值，并應盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應留有30%左右的裕量。2. 存儲器容量估算用戶應用程序占用多少內存與許多因素有關，如 I0 點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結構等。因此在程序

5、設計之前只能粗略的估算。根據經 驗，每個 I0 點及有關功能器件占用的內存大致如下：所需存儲器容量（KB） = （1 1.25） X （DI X 10+ DO X 8 + AIO X 100+ CPX 300）1024其中： DI 為數(shù)字量輸入總點數(shù)； D0 為數(shù)字量輸出總點數(shù)； AIA0 為模擬量 I0 通道總數(shù)； CP 為通信接口總數(shù)。IO 模塊的選擇1開關量輸入模塊的選擇PLC 的輸入模塊用來檢測來自現(xiàn)場（如按鈕、行程開關、溫控開關、壓力開關等）電平信號，并將其轉換為PLC 內部的低電平信號。開關量輸入模塊按輸入點數(shù)分，常用的有 8點、12點、16點、32點等；按工作電壓分，常用的有直流

6、5 V、12 V、24 V，交流110 V、220 V等選擇輸入模塊主要應考慮以下兩點：(1) 根據現(xiàn)場輸入信號(如按鈕、行程開關)與PLC輸入模塊距離的遠近來選擇電壓的高低。一般， 24 V以下屬低電平，其傳輸距離不宜太遠。如12 V電壓模塊一般不超過 10 m，距離較遠的設備選用較高電壓模塊比較可靠。(2) 高密度的輸入模塊， 如 32點輸入模塊， 允許同時接通的點數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。 一般， 同時接通的點數(shù)不得超過總輸入點數(shù)的60。；按外部接線方式又可分為匯點輸入、分隔輸入等。2開關量輸出模塊的選擇輸出模塊的任務是將 PLC 內部低電平的控制信號轉換為外部所需電平的輸出信號，驅動

7、外部負載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向 可控硅輸出和晶體管輸出。1) 輸出方式的選擇 繼電器輸出價格便宜，使用電壓范圍廣，導通壓降小，承受瞬間過電壓和過電流的能力較強，且有隔離作用。但繼電器有觸點，壽命較短，且響 應速度較慢，適用于動作不頻繁的交直流負載。當驅動電感性負載時，最大開閉頻率不得超過1 Hz。晶閘管輸出 (交流 )和晶體管輸出 (直流 )都屬于無觸點開關輸出，適用于通斷頻繁的感性負載。 感性負載在斷開瞬間會產生較高的反壓， 必須采取抑制措施2) 輸出電流的選擇模塊的輸出電流必須大于負載電流的額定值，如果負載電流較大，輸出模塊不能直接驅動，則應增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性

8、負載、熱敏電 阻負載，考慮到接通時有沖擊電流，故要留有足夠的裕量。3) 允許同時接通的輸出點數(shù)在選用輸出模塊時，還要看整個輸出模塊的滿負荷能力，如OMRON 公司的 CQM1-OC222 是 16點輸出模塊，每個點允許通過電流 2 A(AC250VDC24 V) 。但整個模塊允許通過的最大電流僅 8 A。分配輸入輸出點 一般輸入點與輸入信號、輸出點與輸出控制是一一對應的；在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯 關系接好線 (如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián) )，然后再接到輸入點。1. 明確 IO 通道范圍不同型號的PLC，其輸入輸出通道的范圍是不一樣的，應根據所選PLC

9、型號，弄清相應的10點地址的分配。2. 內部輔助繼電器內部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器、計數(shù)器時作數(shù)據存儲或數(shù)據處理用。根據程序設計的 需要，應合理安排 PLC 的內部輔助繼電器，在設計說明書中應詳細列出各內部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。3分配定時器計數(shù)器 對用到定時器和計數(shù)器的控制系統(tǒng)，注意定時器和計數(shù)器的編號不能相同。若掃描時間較長，則要使用高速定時器以保證計時準確 安全回路設計安全回路起保護人身安全和設備安全的作用，它應能獨立于 PLC 工作，并采用非半導體的機電元件以硬接線方式構成。 確保系統(tǒng)安全的硬接線邏輯回路， 在以下幾種情況

10、下將發(fā)揮安全保護作用： PLC 或機電元件檢測到設備發(fā)生緊急異常狀態(tài)時； PLC 失控時； 操 作人員需要緊急干預時。設計安全回路的任務包括以下內容：(1) 確定控制回路之間邏輯和操作上的互鎖關系；(2) 設計硬回路以提供對過程中重要設備的手動安全性干預手段；(3) 為 PLC 定義故障形式和重新啟動特性。PLC 應用系統(tǒng)的軟件設計PLC 應用軟件設計的內容PLC 應用軟件的設計是一項十分復雜的工作，它要求設計人員既要有PLC 、計算機程序設計的基礎，又要有自動控制的技術，還要有一定的現(xiàn)場實踐經驗。一個實用的 PLC 軟件工程的設計通常要涉及以下幾個方面的內容：(1) PLC 軟件功能的分析與

11、設計；(2) IO 信號及數(shù)據結構分析與設計 (3) 程序結構分析與設計；(4) 軟件設計規(guī)格說明書編制；(5) 用編程語言、 PLC 指令進行程序設計；(6) 軟件測試；(7) 程序使用說明書編制。PLC 應用系統(tǒng)的軟件設計步驟 根據可編程序控制器系統(tǒng)硬件結構和生產工藝要求，在軟件規(guī)格說明書的基礎上，編制實際應用程序并形成程序說明書的過程就是應用系統(tǒng)的軟件設計。1. 制定設備運行方案 制定方案就是根據生產工藝的要求，分析各輸入、輸出與各種操作之間的邏輯關系，確定需要檢測的量和控制的方法，并設計出系統(tǒng)中各設備的 操作內容和操作順序。據此便可畫出流程圖。2. 畫控制流程圖 對于較復雜的應用系統(tǒng)，

12、需要繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。對于簡單的控制系統(tǒng)，可省去這一步。3. 制定系統(tǒng)的抗干擾措施 根據現(xiàn)場工作環(huán)境、干擾源的性質等因素，綜合制定系統(tǒng)的硬件和軟件抗干擾措施，如硬件上的電源隔離、信號濾波，軟件上的平均值濾波等。4. 編寫程序根據被控對象的輸入輸出信號及所選定的 PLC 型號分配 PLC 的硬件資源，為梯形圖的各種繼電器或接點進行編號，再按照軟件規(guī)格說明書（技術要求、編制依據、測試 ），用梯形圖進行編程。5. 軟件測試 剛編寫好的程序難免有缺陷或錯誤。為了及時發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯誤和缺陷，需要對程序進行離線測試。經調試、排錯、修改及模擬運行后， 才能正式投入運行

13、。6. 編制程序使用說明書 當一項軟件工程完成后，為了便于用戶和現(xiàn)場調試人員的使用，應對所編制的程序進行說明，說明書應包括程序設計的依據、結構、功能、流程 圖，各項功能單元的分析，PLC的10信號，軟件程序操作使用的步驟、注意事項等。PLC 應用系統(tǒng)設計實例 機械手控制系統(tǒng)設計1. 工藝過程及控制要求1）工藝過程圖 6.1 所示為一簡易物料搬運機械手的工藝流程圖。該機械手是一個水平垂直位移的機械設備，其操作是將工件從左工作臺搬運到右工作臺，由 光耦合器 VLC 來檢測工作臺上有沒有工件。機械手通常位于原點，它的動作全部由氣缸驅動，而氣缸則由相應的電磁閥控制。其中，上升下降和左移右 移分別由雙線

14、圈二位電磁閥控制，放松夾緊由一個單線圈二位電磁閥（稱為夾緊電磁閥 ）控制。2）控制要求機械手整個搬運過程要求都能自動控制。在啟動過程中能切換到手動控制及自動控制或半自動控制（又稱單周期控制 ），以便對設備進行調整和檢修。圖6.2是機械手控制系統(tǒng)的邏輯流程圖。系統(tǒng)啟動之前，機械手處于原始位置，條件是機械手在高位、左位。2. 可編程序控制器選型1) 硬件配置 系統(tǒng)輸入信號有 3個啟動按鈕， 4 個限位開關， 5個手動輸入信號， 1個有工件檢測信號，共計 14個數(shù)字量輸入信號；輸出信號有機械手上升下降驅動信號、左移右移驅動信號和機械手夾緊驅動信號，共有5個數(shù)字量輸出信號。不需模擬量模塊，選擇S7-3

15、00系列的CPU313，加上數(shù)字量輸入模塊 SM321 及輸出模塊 SM322 就可以滿足要求，而且還有一定的裕量。2) IO 地址分配將14個輸入信號、5個輸出信號與PLC的10端一一對應，編排好地址，其它地址分配(1) 夾緊定時器 T1 ，定時 5 s；(2) 放松定時器 T2 ，定時 5 s；(3) 自動方式標志 M0.0；(4) 單動方式標志 M0.1 ；(5) 手動方式標志 M0.2 ；(6) 結束標志 M0.5 。3. 機械手程序設計1) 邏輯功能塊 (子程序 )邏輯功能塊包括兩個部分：自動方式或單動方式控制(FC10)和手動方式控制(FC11)。(1) 自動方式或單動方式控制(F

16、C10)的具體程序(梯形圖表示)如圖6.3所示。(2) 手動方式控制(FC11)的具體程序(梯形圖表示)如圖6.4所示。2) 組織塊 (主程序 )組織塊 0B1 用于設定機械手啟動方式， 主要負責功能塊或子程序的調用， 是自動運行還是單動運行， 以及系統(tǒng)的循環(huán)掃描、 故障診斷和輸出刷新。 其梯形圖如圖 6.5 所示。5.1 編程方式與程序塊5.2 數(shù)據塊與數(shù)據結構5.3 S7系列PLC程序設計5.1.1 S7-300 編程方式簡介S7-300系列PLC的編程語言是 STEP 7。STEP 7繼承了 STEP 5語言結構化程序設計的優(yōu)點，用文件塊的形式管理用戶編寫的程序及程序運行所 需的數(shù)據。如

17、果這些文件塊是子程序，則可以通過調用語句，將它們組成結構化的用戶程序。這樣，PLC 的程序組織明確，結構清晰，易于修改。為支持結構化程序設計，STEP 7用戶程序通常由組織塊（0B）、功能塊（FB）或功能塊（FC）等三種類型的邏輯塊和數(shù)據塊 （DB）組成。組織塊（0B）是系統(tǒng)操作程序與用戶應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。0B塊根據操作系統(tǒng)調用的條件 （如時間中斷、報警中斷等）可分成幾種類型，這些類型有不同的優(yōu)先級，高優(yōu)先級的0B可以中斷低優(yōu)先級的 0B。每個S7 CPU包含一套可編程的 0B塊（隨CPU而不同），不同的 0B 塊執(zhí)行特定的功能。0B1 是主程序循環(huán)塊，在任何

18、情況下，它都是需要的。根據過程控制的復雜程度，可將所有程序放入0B1 中進行線性編程，或將程序用不同的邏輯塊加以結構化，通過 0B1 調用這些邏輯塊，并允許塊間的相互調用。塊的調用指令中止當前塊（調用塊 ）的運行調用，然后執(zhí)行被調用塊的所有指令。一旦被調用的塊被完成，執(zhí)行調用指令的塊繼續(xù)執(zhí)行調用指令后的指令。調用塊可以是任何邏輯塊，被調用塊只能是功能塊（除 0B 外的邏輯塊 ）。圖 5.1 所示是一個STEP 7調用實例。除了 0B1，操作系統(tǒng)可以調用其它的0B塊以響應確定事件。其它可用的0B塊隨所用的CPU性能和控制過程的要求而定。功能塊（FB、FC）實際上是用戶子程序，分為帶“記憶”的功能

19、塊FB和不帶“記憶”的功能塊FC。前者有一個數(shù)據結構與該功能塊的參數(shù)表完全相同的數(shù)據塊（DB）附屬于該功能塊，并隨功能塊的調用而打開，隨功能塊的結束而關閉。該附屬數(shù)據塊叫做背景數(shù)據塊（Instanee Data Block），存放在背景數(shù)據塊中的數(shù)據在 FB 塊結束時繼續(xù)保持，即被“記憶” 。功能塊 FC 沒有背景數(shù)據塊，當 FC 完成操作后數(shù)據不能保持。數(shù)據塊 （DB） 是用戶定義的用于存取數(shù)據的存儲區(qū)，可以被打開或關閉。DB 可以是屬于某個 FB 的情景數(shù)據塊，也可以是通用的全局數(shù)據塊，用于FB或FC。S7 CPU還提供標準系統(tǒng)功能塊（SFB、SFC），它們是預先編好的，經過測試后集成在S

20、7 CPU中的功能程序庫。用戶可以直接調用它們，高效地編制自己的程序。由于它們是操作系統(tǒng)的一部分，因此不需將其作為用戶程序下載到PLC。與FB塊相似，SFB需要一個背景數(shù)據塊，并需將此DB塊作為程序的一部分安裝到CPU中。不同的CPU提供不同的SFB、SFC功能。系統(tǒng)數(shù)據塊（SDB）是為存放PLC參數(shù)所建立的系統(tǒng)數(shù)據存儲區(qū)。用STEP 7的S7組態(tài)軟件可以將 PLC組態(tài)數(shù)據和其它操作參數(shù)存放于SDB中。功能塊編程及調用功能塊由兩個主要部分組成：一部分是每個功能塊的變量聲明表，變量聲明表聲明此塊的局部數(shù)據；另一部分是邏輯指令組成的程序，程序要 用到變量聲明表中給出的局部數(shù)據。當調用功能塊時，需提

21、供塊執(zhí)行時要用到的數(shù)據或變量，也就是將外部數(shù)據傳遞給功能塊，這被稱為參數(shù)傳遞。參數(shù)傳遞的方式使得功能塊具 有通用性，它可被其它的塊調用，以完成多個類似的控制任務。1. 變量聲明表 （局部數(shù)據 ） 每個邏輯塊前部都有一個變量聲明表，在變量聲明表中定義邏輯塊用到的局部數(shù)據。局部數(shù)據分為參數(shù)和局部變量兩大類，局部變量又包括靜態(tài)變量和臨時變量 （暫態(tài)變量 ）兩種。參數(shù)是在調用塊和被調用塊間傳遞的數(shù)據。靜態(tài)變量和臨時變量是僅供邏輯塊本身使用的數(shù)據。表 據聲明類型，表中內容的排列順序也是在變量聲明 表中聲明變量的順序和變量在內存中的存儲順序。在邏輯塊中不需使用的局部數(shù)據類型，可以不必在變量聲明表中聲明。表

22、 5.1 局部數(shù)據類型 變量 名 類 型 說 明 輸入參數(shù) In 由調用邏輯塊的塊提供數(shù)據，輸入給邏輯塊的指令 輸出參數(shù) Out 向調用邏輯塊的塊返回參數(shù)，即從邏輯塊輸出結果數(shù)據IO 參數(shù)靜態(tài)變量臨時變量In_Out 參數(shù)的值由調用塊的塊提供，由邏輯塊處理修改，然后返回Stat 靜態(tài)變量存儲在背景數(shù)據塊中，塊調用結束后，其內容被保留5.1 給出了局部數(shù)FB 時，若沒有提Temp 臨時變量存儲在 L 堆棧中，塊執(zhí)行結束變量的值因被其它內容覆蓋而丟掉 對于功能塊 FB ，操作系統(tǒng)為參數(shù)及靜態(tài)變量分配的存儲空間是背景數(shù)據塊。這樣參數(shù)變量在背景數(shù)據塊中留有運行結果備份。在調用 供實參，則功能塊使用背景

23、數(shù)據塊中的數(shù)值。操作系統(tǒng)在 L 堆棧中給 FB 的臨時變量分配存儲空間。對于功能塊FC,操作系統(tǒng)在L堆棧中給FC的臨時變量分配存儲空間。由于沒有背景數(shù)據塊，因而FC不能使用靜態(tài)變量。輸入、輸出、10參數(shù)以指向實參的指針形式存儲在操作系統(tǒng)為參數(shù)傳遞而保留的額外空間中。對于組織塊0B來說，其調用是由操作系統(tǒng)管理的，用戶不能參與。因此，0B只有定義在L堆棧中的臨時變量。1）形參為保證功能塊對同一類設備控制的通用性, 用戶在編程時就不能使用具體設備對應的存儲區(qū)地址參數(shù)（如不能使用 I1.0 等）,而是使用這類設備的抽象地址參數(shù)。 這些抽象參數(shù)稱為形式參數(shù), 簡稱形參。 將該設備的相應實際存儲區(qū)地址參數(shù)

24、（簡稱實參 ）傳遞給功能塊, 功能塊在運行時以實參替代形參,從而可通過調用功能塊實現(xiàn)對具體設備的控制。當對另一設備控制時,同樣也可通過調用實參將其傳遞給功能塊。形參需在功能塊的變量聲明表中定義,實參在調用功能塊時給出。在功能塊的不同調用處,可為形參提供不同的實參,但實參的數(shù)據類型必須與形參一 致。用戶程序可定義功能塊的輸入值參數(shù)或輸出值參數(shù),也可定義一參數(shù)作為輸入輸出值。參數(shù)傳遞可將調用塊的信息傳遞給被調用塊,也能把被調用 塊的運行結果返回給調用塊。2）靜態(tài)變量 靜態(tài)變量在 PLC 運行期間始終被存儲。 S7 將靜態(tài)變量定義在背景數(shù)據塊中, 當被調用塊運行時, 能讀出或修改靜態(tài)變量； 被調用塊

25、運行結束后, 靜態(tài)變量保留在數(shù)據塊中。由于只有功能塊FB有關聯(lián)的背景數(shù)據塊，因此只能為FB定義靜態(tài)變量。功能塊 FC不能有靜態(tài)變量。3) 臨時變量 臨時變量僅在邏輯塊運行時有效，邏輯塊結束時存儲臨時變量的內存被操作系統(tǒng)另行 分配。 S7 將臨時變量定義在 L 堆棧中， L 堆棧是為存 儲邏輯塊的臨時變量而專設的。當塊程序運行時，在 L 堆棧中建立該塊的臨時變量，一旦塊執(zhí)行結束，堆棧重新分配，因而信息丟失。邏輯塊局部數(shù)據的數(shù)據類型在變量聲明表中，要明確局部數(shù)據的數(shù)據類型，這樣操作系統(tǒng)才能給變量分配確定的 存儲空間。局部數(shù)據可以是基本數(shù)據類型或復式數(shù)據類型，也可以是專門用于參數(shù)傳遞 的所謂的“參數(shù)

26、類型” 。參數(shù)類型包括定時器、計數(shù)器、塊的地址或指針等，見表5.2。表 5.2 參數(shù)類型變量 參數(shù)類型定時器 (Timer)2 B計數(shù)器 (Counter) 2 B在功能塊中定義一個定時器形參，調用時賦予定時器實參在功能塊中定義一個計數(shù)器形參，調用時賦予計數(shù)器實參 塊：Block_FBBlock_FCBlock_DBBlock_SDB 2 B 在功能塊中定義一個功能塊或數(shù)據塊形參變量，調用時給功能塊類或數(shù)據塊類形參賦予實際的功能塊或數(shù)據塊編號，如FC 101、DB 42指針 (Pointer)6 B在功能塊中定義一個形參，該形參說明的是內存的地址指針。例如，調用時可給形參賦予實參P#M50.0

27、 ，以訪問內存 M50.0ANY 10 B 當實參的數(shù)據類型未知時，可以使用該類型1) 定時器或計數(shù)器參數(shù)類型在功能塊中定義一個定時器或計數(shù)器類型的形參，功能塊就能使用一個定時器或計數(shù)器，而不需明確具體的定時器或計數(shù)器，等到調用該功能 塊時再確定定時器或計數(shù)器號。這使用戶程序能靈活性地分配和使用定時器或計數(shù)器。當給定時器或計數(shù)器參數(shù)類型形參分配實參時，在“T ”或“ C”后跟一個有效整數(shù)，如 T 100 。2) 塊參數(shù)類型 當定義一個作為輸入輸出的塊時， 參數(shù)聲明決定了塊的類型 (FB、FC、DB 等)。當為塊參數(shù)類型形參分配實參時， 可以使用物理地址， 如 FC 101， 也可使用符號地址，

28、如“ valve3) 指針參數(shù)類型一個指針給出的是變量的地址，而不是變量的數(shù)值大小。在有些功能塊中，可能使用指針編程更為方便。用定義指針類型的形參，就能在功能塊中先使用一個虛設的指針，待調用功能塊時再為其賦予確定的地址。當為指針參數(shù)類型形參分配實參時，需要指明內存地址，例如 P#M50.0 。3. 塊調用過程及內存分配CPU提供塊堆棧(B堆棧)來存儲與處理被中斷塊的有關信息。當發(fā)生塊調用或有來自更高優(yōu)先級的中斷時，就有相關的塊信息存儲在B堆棧里,并影響部分內存和寄存器。圖5.2顯示了調用塊時 B堆棧與L堆棧的變化。圖5.3提供了關于STEP 7的塊調用情況。1) B 堆棧與 L 堆棧B 堆棧是

29、 CPU 系統(tǒng)內存中的一部分，它存儲以下被中斷塊的數(shù)據：(1) 塊號、塊類型、優(yōu)先級、被中斷塊的返回地址；(2) 塊寄存器 DB、DI 被中斷前的內容；(3) 臨時變量的指針 (被中斷塊的 L 堆棧地址 )。STEP 7中可使用的B堆棧大小是有限制的，對于 S7-300 CPU，則可在B堆棧中存儲8個塊的信息。因此，塊調用嵌套深度也是有限制的，最多可同時激活 8 個塊。L 堆棧是 CPU 內存中的一部分，它在塊調用時被重新分配。 L 堆棧用來存儲邏輯塊中定義的臨時變量，也分配給臨時本地數(shù)據使用。梯形圖的方塊指令與標準功能塊也可能使用 L 堆棧存儲運算的中間結果。2) 調用功能塊 FB當調用功能

30、塊 FB 時，會有以下事件發(fā)生：(1) 調用塊的地址和返回位置存儲在塊堆棧中，調用塊的臨時變量壓入L 堆棧；(2) 數(shù)據塊 DB 寄存器內容與 DI 寄存器內容交換；(3) 新的數(shù)據塊地址裝入 DI 寄存器；(4) 被調用塊的實參裝入 DB 和 L 堆棧上部；(5) 當功能塊FB結束時，先前塊的現(xiàn)場信息從塊堆棧中彈出，臨時變量彈出L堆棧；(6) DB 和 DI 寄存器內容交換。當調用功能塊 FB 時， STEP 7 并不一定要求給 FB 形參賦予實參，除非參數(shù)是復式數(shù)據類型的 IO 形參或參數(shù)類型形參。如果沒有給 FB 形參賦予實參，則功能塊 FB 就調用背景數(shù)據塊內的數(shù)值。該數(shù)值是在功能塊的

31、變量聲明表內或背景數(shù)據塊內設置的形參初始數(shù)值。3) 調用功能塊 FC當調用功能塊FC時會有以下事件發(fā)生：(1) 功能塊 FC 實參的指針存到調用塊的 L 堆棧；(2) 調用塊的地址和返回位置存儲在塊堆棧，調用塊的局部數(shù)據壓入 L 堆棧；(3) 功能塊存儲臨時變量的 L 堆棧區(qū)被推入 L 堆棧上部；(4) 當被調用功能塊 FC結束時，先前塊的信息存儲在塊堆棧中，臨時變量彈出L堆棧。因為功能塊FC不用背景數(shù)據塊，不能分配初始數(shù)值給功能塊FC的局部數(shù)據，所以必須給功能塊FC提供實參。STEP 7為功能塊FC提供了一個特殊的返回值輸出參數(shù) (關鍵字：RET_VAL)。當在文本文件中創(chuàng)建功能塊 FC時，

32、你可以在定義功能塊 FC命令后輸入數(shù) 據類型(如 BOOL或INT)。對文本文件進行編譯時， STEP 7會自動生成RET_VAL輸出參數(shù)。當用 STEP 7的程序編輯器(Program Editor)以增量模式創(chuàng)建 功能塊 FC 時，可在 FC 的變量聲明表中聲明一個輸出參數(shù) RET_VAL ，并指明其數(shù)據類型。功能塊編程與調用舉例對功能塊編程分兩步進行：第一步是定義局部變量(填寫局部變量表 )；第二步是編寫要執(zhí)行的程序，可以用梯形圖或語句表兩種形式編程，并在編程過程中使用定義了的局部變量(數(shù)據)。定義局部變量的工作內容包括：(1) 分別定義形參、靜態(tài)變量和臨時變量 (FC 塊中不包括靜態(tài)變

33、量 )；確定各變量的聲明類型(Decl.)、變量名(Name)和數(shù)據類型(Data Type)，還要為變量設置初始值 (Initial Value)(盡管對有些變量初始值不一定有意義)。如果需要還可為變量注釋(Comme nt)。在增量編程模式下，STEP 7將自動產生局部變量地址 (Address)。寫功能塊程序時，可以用以下兩種方式使用局部變量：(1) 使用變量名，此時變量名前加前綴“#”，以區(qū)別于在符號表中定義的符號地址。增量方式下，前綴會自動產生。(2) 直接使用局部變量的地址，這種方式只對背景數(shù)據塊和 L 堆棧有效。在調用 FB 塊時，要說明其背景數(shù)據塊。背景數(shù)據塊應在調用前生成，其

34、順序格式與變量聲明表必須保持一致。在增量方式下，調用FB 塊時，STEP 7 會自動提醒并生成背景數(shù)據塊。 此時也為背景數(shù)據塊設置了初始值， 該初始值與變量聲明表中的相同。 當然也可以為背景數(shù)據塊設置當前值 (Current Value)，即存儲在 CPU中的數(shù)值。1二分頻器假設功能塊FC10是二分頻器產生程序，功能是對不同的輸入位進行二分頻處理。以下給出了FC10的變量聲明表和語句表程序。在程序中使用了跳變沿檢測指令。1) FC10的變量聲明表(見表5.3)Address0.01.02.02) 語句表程序InOutIn_OutDecl.SymbolData Type Initial Valu

35、eCommentINPBOOLFALSE脈沖輸入信號OUTP BOOL FALSE 脈沖輸出信號ETF BOOL FALSE 跳變沿標志Network 1A #INPFP #ETFNOTBECAN #OUTP= #OUTPBEU對脈沖輸入信號產生 RLO對前面的RLO進行跳變沿檢測，若有正跳沿則RLO = 1否則RLO = 0取反 RLO若RLO = 1（沒有正跳沿），結束塊；若RLO = 0（有正跳沿），繼續(xù)執(zhí)行下一條指令輸出信號反轉無條件結束塊在功能塊 FCl0 中定義了三個形參，程序中以引用變量名方式使用了形參變量。也可以為FC10 在符號表中定義一個符號名，如“ BINARY ”兩種方

36、式之一調用功能塊FC10。調用時為形參分別賦予實參10.0、Q4.0和M10.0，以對輸入位10.0進行二分頻以產生輸出脈沖Q4.0。，并選用以下調用方式 1調用方式 2CALLFC10CALLBINARYINP :=I0.0INP :=I0.0OUTP:=Q4.0OUTP : =Q4.0ETF：=M10.0ETF :=M10.02讀模擬輸入量程序一些 S7-300 的應用系統(tǒng)中，使用 8 通道模擬量模塊采集信號，當模塊數(shù)量較多時，讀模擬輸入量就很繁瑣。下面給出一個通用程序 用它可以方便地把模擬量讀回并順序存入數(shù)據塊，因為模入模塊的起始地址、通道數(shù)、存儲數(shù)據塊號及數(shù)據在數(shù)據塊中的存儲起始位置均

37、是可變的，所 以可在調用 FC100 時靈活確定。FC100,利Address Decl. Symbol Data Type Initial Value Comment0.0 In PIW_Addr INTL#DB_NoTLW0OPN DBLW 0L#PIW_AddrSLD3TLD4L#DBW_AddrSLD3TLD8模入模塊通道起始地址2.0 In CH_LEN INT 要讀入的通道數(shù)4.0 In DB_No INT存儲數(shù)據塊號6.0 In DBW_Addr INT存儲在數(shù)據塊中的字地址Network 1打開存儲數(shù)據塊形成模入模塊地址指針 在臨時本地數(shù)據雙字 LD 4 中存儲模入模塊地址指針

38、形成數(shù)據塊存儲地址指針在臨時本地數(shù)據雙字 LD 8 中存入數(shù)據塊存儲地址指針L #CH_LEN 以要讀入的通道數(shù)為循環(huán)次數(shù)，裝入累加器 1 2讀模擬輸入量程序FC100,利一些 S7-300 的應用系統(tǒng)中，使用 8 通道模擬量模塊采集信號，當模塊數(shù)量較多時，讀模擬輸入量就很繁瑣。下面給出一個通用程序 用它可以方便地把模擬量讀回并順序存入數(shù)據塊，因為模入模塊的起始地址、通道數(shù)、存儲數(shù)據塊號及數(shù)據在數(shù)據塊中的存儲起始位置均是可變的，所 以可在調用 FC100 時靈活確定。Address Decl. Symbol Data Type Initial Value Comment0.0 In PIW_A

39、ddr INT 模入模塊通道起始地址2.0 In CH_LEN INT要讀入的通道數(shù)4.0 InDB_NoINT存儲數(shù)據塊號6.0 InDBW_AddrINT存儲在數(shù)據塊中的字地址Network 1L#DB_NoTLW0OPNDBLW 0打開存儲數(shù)據塊L#PIW_AddrSLD3形成模入模塊地址指針TLD4在臨時本地數(shù)據雙字 LD 4 中存儲模入模塊地址指針L#DBW_AddrSLD3形成數(shù)據塊存儲地址指針TLD8在臨時本地數(shù)據雙字 LD 8 中存入數(shù)據塊存儲地址指針L#CH_LEN以要讀入的通道數(shù)為循環(huán)次數(shù)，裝入累加器1NEXT ： T LW 0將累加器1的值，裝入循環(huán)次數(shù)計數(shù)器LWO（臨時

40、本地數(shù)據字）LLARlLD4將模入模塊地址指針裝入地址寄存器1LPIWARl ，P#0.0 讀模入模塊裝入累加器 1TLW2將累加器 1 的內容暫存入緩沖器 LW2LLD8LARl將數(shù)據塊存儲地址指針裝入地址寄存器1LLW2將數(shù)據緩沖器中的內容裝入累加器1TDBWARl， P#0.0將累加器的內容存入數(shù)據塊中LLOOPLD4L#16LD4LD8L#16LD8LW0NEXTAR1+P#2.0 t AR1ACC1+（_0001_0 000） 調整模入模塊地址指針，指向下一通道 Acc1+（bb bbbb bxxx）調整數(shù)據塊存儲地址指針，指向下一存儲地址將循環(huán)次數(shù)計數(shù)器 LW0 的值裝入累加器 1

41、若累加器 1 的值不為 0，將累加器減 1 繼續(xù)循環(huán)；若累加器為 0，則結束在 FC1 00中，寄存器間接尋址指令 OP NDBLW0 使用了臨時本地數(shù)據 LW0 ，變量表中定義的臨時變量雖然也在L 堆棧中，但不能用于存儲器間接尋址，從這里也可看出臨時本地數(shù)據與臨時變量的區(qū)別。程序中LW2 、 LD4 和 LD8 起的作用也可用臨時變量替代。F面舉例說明如何使用 FC100。在某應用中，機架 0的4號槽位安裝了一個8模入模塊 （地址 256 開始 ），若要將前 6個模入模塊信號讀回，存入DB50.DBW10 開始的 6 個字單元中，可按下列形式調用 FC100：CALL FC100PIW_Ad

42、d ： =256CH_LEN ：=6DB_No ： =50DBW_Addr ：=10數(shù)據塊數(shù)據塊定義在S7 CPU存儲器中，用戶可在存儲器中建立一個或多個數(shù)據塊。每個數(shù)據塊可大可小，但CPU對數(shù)據塊數(shù)量及數(shù)據總量有限制,如對于CPU314，用作數(shù)據塊的存儲器最多為8 KB（8192 B）,用戶定義的數(shù)據總量不能超出這個限制。對數(shù)據塊必須遵循先定義后使用的原則，否則，將造成系統(tǒng)錯誤。1. 定義數(shù)據塊在編程階段和運行程序中都能定義數(shù)據塊。 大多數(shù)數(shù)據塊是在編程階段用 STEP 7開發(fā)軟件包定義的， 定義內容包括數(shù)據塊號及塊中的變量（包括變量符號名、數(shù)據類型以及初始值等），定義完成后，數(shù)據塊中變量的

43、順序及類型決定了數(shù)據塊的數(shù)據結構，變量的數(shù)量決定了數(shù)據塊的大小。數(shù)據塊在使用前，必須作為用戶程序的一部分下載到 CPU 中。如果確實需要，還可以在程序運行中動態(tài)定義一個數(shù)據塊。動態(tài)定義時，數(shù)據塊號是自動產生的，數(shù)據塊在存儲器中的位置是動態(tài)分配的。由 于要定義的數(shù)據塊有可能大于 CPU 存儲器 （用于數(shù)據塊的部分 ）的剩余空間，因此動態(tài)定義過程有可能失敗2訪問數(shù)據塊 在用戶程序中可能定義了許多數(shù)據塊，而每個數(shù)據塊中又有許多不同類型的數(shù)據，因此，訪問時需要明確數(shù)據塊號和數(shù)據塊中的數(shù)據類型與位 置。根據明確數(shù)據塊號的不同方法，可以用多種方法訪問數(shù)據塊中的數(shù)據。直接在訪問指令中寫明數(shù)據塊號，如：L D

44、B5.DBW10T DB10.DBW20L Motor_1.Speed 符號地址另一種方法是“先打開后訪問” 。在訪問某數(shù)據塊中的數(shù)據前，先“打開”這個數(shù)據塊，也就是將數(shù)據塊號（數(shù)據塊的起始地址 ）裝入數(shù)據塊寄存器。這樣，存放在數(shù)據塊中的數(shù)據就可利用數(shù)據塊起始地址加偏移量的方法來訪問。如：OPN DB5L DBW10OPN DB10TDBW20在打開一個數(shù)據塊時，先打開的數(shù)據塊會自動關閉（沒有專門的數(shù)據塊關閉指令 ）。由于有兩個數(shù)據塊寄存器 （DB 和 DI 寄存器 ） ，因此，最多可同時打開兩個數(shù)據塊。一個作為背景數(shù)據塊，數(shù)據塊的起始地址存儲在 DI 寄存器中；另一個作為共享數(shù)據塊，數(shù)據塊的

45、起始地址存儲在 DB 寄存器中。打開背景數(shù) 據塊，在調用 FB 時可以自動實現(xiàn)。由于調用 FB 時使用 DI 寄存器，因此，一般不在 FB 程序中用 OPN DI n 指令打開數(shù)據塊。3. 背景數(shù)據塊和共享數(shù)據塊背景數(shù)據塊和共享數(shù)據塊有不同的用途。任何FB、FC或0B均可讀寫存放在共享數(shù)據塊中的數(shù)據。背景數(shù)據塊是FB運行時的工作存儲區(qū)，它存放 FB 的部分運行變量。調用 FB 時，必須指定一個相關的背景數(shù)據塊。作為規(guī)則，只有 FB 塊才能訪問存放在背景數(shù)據塊中的數(shù)據。一般情況下，每個 FB 都有一個對應的背景數(shù)據塊，一個 FB 也可以使用不同的背景數(shù)據塊。如果幾個 FB 需要的背景數(shù)據完全相同

46、，為節(jié)省存儲器，則 可以定義成一個背景數(shù)據塊，供它們分別使用。通過多重背景數(shù)據，也可將幾個FB 需要的不同的背景數(shù)據定義在一個背景數(shù)據塊中，以優(yōu)化數(shù)據管理。各數(shù)據塊在 CPU 的存儲器中是沒有區(qū)別的，只是由于打開方式不同，才在打開時有背景數(shù)據塊和共享數(shù)據塊之分。原則上，任何一個數(shù)據塊都可以當作 共享數(shù)據塊或背景數(shù)據塊使用，實際上，一個數(shù)據塊由 FB 當作背景數(shù)據塊使用時，必須與 FB 的要求格式相符。數(shù)據結構STEP 7 數(shù)據塊中的數(shù)據結構形式比較豐富，數(shù)據塊中的數(shù)據既可以是基本數(shù)據類型，又可以是復式數(shù)據類型。所謂復式數(shù)據類型，是指位數(shù)超過 32 位的數(shù)據或由其它數(shù)據類型構成的數(shù)據組。基本數(shù)據

47、類型在第4 章中已有過介紹，本節(jié)專門說明復式數(shù)據類型。STEP 7 允許 4 種復式數(shù)據類型，如表 5.5 所示。日期-時間 DATE_AND_TIME 長度為8 B（64位）。按BCD碼格式順序存儲以下信息：年 （字節(jié)0）、月（字節(jié)1）、日（字節(jié)2）、小時（字節(jié)3）、分（字節(jié) 4）、秒（字節(jié)5）、毫秒（字節(jié)6和7的高半字節(jié) ）、星期（字節(jié)7的低半字節(jié) ）字符串 STRING 字符串是一組 ASCII碼，一個串內可定義最多 254個字符，占用256 B內存。串中每個字符占用 1 B，內存中頭兩個字節(jié)存儲串 的長度信息。第一個字節(jié)存放此串的定義長度 （默認值為254個字符），第二個字節(jié)存放字符串

48、實際長度。例如，String7定義長度為7的字符串，占用內存 9 B（2+7） 。若不定義長度，則默認為 254 個字符數(shù)組 ARRAY 由一種數(shù)據類型組成的數(shù)據集合，數(shù)據類型可以是基本數(shù)據類型或復式數(shù)據類型。通過下標訪問數(shù)組中的數(shù)據。可定義到6維數(shù)組構造 STRUCT 由多種數(shù)據類型組成的數(shù)據集合另一種復式數(shù)據類型稱為“用戶數(shù)據類型 （UDT） ”，它是利用 STEP 7“程序編輯器”產生的，可命名構造。將大量數(shù)據組織到UDT 中，在生成數(shù)據塊或在變量聲明表中聲明變量時將變得更加方便。用戶還可為UDT 聲明符號名。日期-時間數(shù)據類型的名稱、位數(shù)及格式是由操作系統(tǒng)定義的，用戶不可改變，并且該類

49、型在S7-300 中必須用標準功能塊 SFC 才能訪問。其它復式數(shù)據類型則由用戶在邏輯塊變量聲明表或數(shù)據塊中定義。1. 數(shù)組一個數(shù)組將同種數(shù)據類型組合成整體，但不能建立數(shù)組的數(shù)組。圖5.4表示一個二維 整數(shù)數(shù)組。數(shù)組的符號名是“ Op_temps”，用符號名加下標可訪問數(shù)組中的數(shù)據。以圖 5.4 為例，第一個整數(shù)是 Op_temps1， 1，第三個為 Op_tempsl ， 3，第四個為 Op_temps2， 1，第六個為 Op_temps2， 3。 1） 建立數(shù)組在數(shù)據塊或變量聲明表中可定義數(shù)組。在聲明數(shù)組時，首先給數(shù)組命名，接著使用關鍵字（ARRAY） ，然后在方括號中給出數(shù)組的大小及維數(shù)

50、?？梢远x多達 6 維的數(shù)組，并用下標來標識數(shù)組的大小。在方括號中放下標，各維之間用逗號隔開，每一維的首尾之間用雙點隔開。一個下標可以為任何一個整數(shù)值（范圍：32 768+ 32 767）,并包括負數(shù)。如用 ARRAY1 - 3, 12, 1 - 3, 23, 30 - 32, 1 - 4來定義變量 Op_temps為6維數(shù)組。該數(shù)組 的第一個整數(shù)為 Op_temps1, 1, 1, 2, 30, 1;最后一個為 Op_temps3, 2, 3, 3, 32, 4。圖5.5顯示了建立名字為 Heat_2 X 3的二維數(shù)組（與圖5.4中的數(shù)組相似）。2）賦初始值在建立數(shù)組時， STEP 7允許以

51、兩種方法給數(shù)組的元素賦初始值。對圖 5.5中的數(shù)組，可以為 6個元素賦初始值： 17， 23，45， 556， 3342， 0;4 個為 10，則可簡寫為 17，23，4(10)，其中 4 為重復系數(shù)， 10使用。如圖 5.5 中聲明的數(shù)組在 DB20( 符號名： MOTOR)的數(shù)據類型，并按相同的順序排列。若初始值中有順序相同的元素，寫法可以簡化，如要數(shù)組的頭兩個元素設特定數(shù)值，其余 為要重復的數(shù)值。3) 訪問數(shù)組利用數(shù)組中指定元素的下標可以訪問數(shù)組數(shù)據，這時數(shù)據塊、數(shù)組符號名及下標一起的第一個字節(jié)處開始，用以下地址訪問數(shù)組中的第二個元素：MOTOR. Heat_2 x 31 , 24) 利

52、用數(shù)組傳遞參數(shù)將數(shù)組作為參數(shù)傳遞時，要求形式參數(shù)和實際參數(shù)必須有同樣的數(shù)據組織結構、相同2. 構造構造將不同數(shù)據類型組合成一個整體，見圖5.6。構造的元素可以是任何基本數(shù)據類型或復式數(shù)據類型，有數(shù)組或構造元素的構造能嵌套8 層。因此， STEP 7 允許用戶將過程中的各種關聯(lián)數(shù)據統(tǒng)一組織在一個構造中，也為統(tǒng)一處理不同類型數(shù)據或參數(shù)提供了可能性1) 建立構造構造(STRUCT)只能在數(shù)據塊或變量聲明表中定義。圖5.7所示為由整數(shù)(存放數(shù)量)、字節(jié)(存放原始數(shù)據)、字符(存放控制碼卜浮點數(shù)(存放溫度卜布爾數(shù) (完成標志信號 )組成的構造。該構造的名稱為 Stack_1。2) 賦初始值按每個元素的類

53、型和名稱給構造的每個元素賦初始值。并將其寫入圖5.8中Initial Value(初始值欄)的相應行中。例如，可以分配如下初始值：Amount = 0Origi nal_data = B#I6#OCon trol_code =" Z ”Temperature= 98.6En d:= FALSE3) 訪問構造(1) 用符號地址訪問：如 MOTO.Stack_1.Temperature ，其中， MOTO 為構造所在數(shù)據塊 DB20 的符號名。(2) 用物理地址訪問：如 Stack從DB20的字節(jié)0開始存放，Amount的物理地址是 DB20.DBW0 , Temperature的地址為

54、 DB20.DBD4。4) 利用構造傳遞參數(shù) 構造可以作為參數(shù)來傳遞。將構造作為參數(shù)傳遞時，要求形式參數(shù)和實際參數(shù)必須有同樣的數(shù)據組織結構、相同的數(shù)據類型，并按相同的順序 排列。3. 用戶數(shù)據類型STEP 7 允許將基本數(shù)據類型或復式數(shù)據類型組合成用戶自己定義的數(shù)據類型，這種類型稱為用戶數(shù)據類型或 UDT 。用戶數(shù)據類型必須首先單獨 建立，并存放在稱為 UDT 的特殊數(shù)據塊中，見圖 5.8。圖 5.8 是用“程序編輯器”建立的一個UDT ，其數(shù)據組織結構與圖 5.7 相同，該用戶數(shù)據類型被定義為UDT200 ，并單獨存儲在被稱為 UDT200的特殊塊中。也可以為UDT200建立符號名(如pro

55、cess_data),但是，命名只能在符號表中進行。圖5.9給出了一個使用 UDT定義數(shù)據塊(如DBIO)的例子，數(shù)據塊DBI0中定義兩個變量，一個為整型，另一個為用戶數(shù)據類型(UDT200)。從圖中可以看出，數(shù)據塊中UDT的用法與基本數(shù)據類型的用法類似。用符號地址或物理地址兩種方式可以訪問UDT中的變量。例如，在DB10中定義了圖5.9格式的數(shù)據，DB10的符號名為Process,訪問Amount變量可分別寫為 DB10.DBW 2 或 Process.Stack_2.Amount。建立用戶數(shù)據類型的目的是為了將 UDT 作為一種數(shù)據類型使用，以方便定義多個結構相同的構造變量。圖5.9 建立的 Stack_2 與圖 5.7 建立的Stack_1 相比，不僅大小結構完全相同，而且對 Stack_1 和 Stack_2 中元素的訪問方法也完全相同。在建立 DB10 時，由于使用了 UDT 而使得數(shù)據塊建立 過程方便快捷。在多處使用同樣的 UDT 時，這一優(yōu)點將更加突出。程序結構設計STEP 7 不僅從不同層次充分支持合理的程序結構設計，而且也簡化了結構設計的復雜程度。一個復雜的自動化過程可以被分解并定義為一個或多個項目(PROJECT);而對于每個項目，又可以進一步分解并定義給一個或多個CPU，每個CPU都有一個控制程序(CPU_