我心目中理想的國產(chǎn)PLC——程序結(jié)構(gòu)

1、我心目中理想的國產(chǎn)PLC程序結(jié)構(gòu)       說起PLC的程序結(jié)構(gòu)，大家都知道PLC有主程序、子程序（S7-300/400稱為功能和功能塊）和中斷程序，好像沒有什么好討論的。實際上不同的PLC的程序結(jié)構(gòu)有很大的區(qū)別，程序結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了編程思想是否先進，決定了程序是否有很好的可重用性（可移植性）?？梢哉f程序結(jié)構(gòu)是設計一個理想的PLC產(chǎn)品首先應解決的最重要的問題。不少國產(chǎn)PLC在程序結(jié)構(gòu)方面存在較大的問題，采用理想的程序結(jié)構(gòu)的國產(chǎn)PLC不多。例如有一家國產(chǎn)PLC自稱與三菱的FX2N兼容，但是居然沒有中斷功能！1  幾種典型的PLC程

2、序結(jié)構(gòu)    下面介紹幾種常見的PLC的程序結(jié)構(gòu)及其特點：    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中斷事件。在中斷事件發(fā)生時，CPU將停止執(zhí)行當時正在處理的程序或任務，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。    它們的子程序

3、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(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

4、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

5、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)同類設備或生產(chǎn)線的廠家尤為有用。這些廠家的編程人員為設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

6、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，以保證不會出現(xiàn)地址沖突。當程序很復雜，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（Function Block）。

7、0;   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)變量存放在指定的背景數(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，都要指定一個背景數(shù)據(jù)塊。功能塊執(zhí)行完后，

8、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。    4IEC 61131-3的程序結(jié)構(gòu)    IEC 61131-3是PLC的編程語言標準。IEC 61131-3是世界上第一個，也是至今為止唯一的工業(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。  

9、0; 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

10、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。    IEC 61131-3定義了若干標準的功能和功能塊。     5S7-300/400與IEC 61131-3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)。IEC 61131-3的功

11、能只有一個返回值。    2）IEC 61131-3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)用都需要指定一個背景數(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?？梢允褂枚嘀乇尘皵?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

12、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，IEC 61131-3的功能塊的內(nèi)部變量Var相當于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)。IEC 61131-3沒有數(shù)據(jù)塊的概念。2  對國產(chǎn)PLC程序結(jié)構(gòu)的建議    1小型PLC至少采用類似于S7-200的程序結(jié)構(gòu)    鑒于局部變量和子程序的輸入、輸出參數(shù)的重要作用，建議小型PLC至少采用類似于S7-200的程序結(jié)構(gòu)，子程序有輸入、輸出變量，子程序和中斷程序有局部變量。    其缺點是子程序沒有專用的存儲區(qū)，如果在執(zhí)行完子程序后有需要保存的數(shù)據(jù)，不能使用子程序的臨時局部變量，只能使用全局變量來保存它們。這樣的子程序沒有完全解決可移植性問題。    2建議采用IEC 61131-3的程序結(jié)構(gòu)    S7-300/400或IEC 61