西門子代理商-鎮(zhèn)江

時(shí)間：2023-08-09作者：潯之漫智控技術(shù)(上海)有限公司瀏覽：12

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線性化結(jié)構(gòu)和分塊式結(jié)構(gòu)的PLC程序

①PLC程序的結(jié)構(gòu)體系

無論P(yáng)LC控制系統(tǒng)有多么復(fù)雜，歸根到底，PLC用戶程序都是由大量基本編程指令所組成的集合。在已經(jīng)掌握SIEMENS S7 PLC程序基本指令使用與編程方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者就可以根據(jù)控制對(duì)象各部分的不同要求，通過對(duì)要求的分解，運(yùn)用基本指令編制出相應(yīng)的程序網(wǎng)絡(luò)(Network)或由幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成的簡單"功能程序段"。在此基礎(chǔ)上，只要再將這些程序網(wǎng)絡(luò)或功能程序段，按照控制系統(tǒng)的動(dòng)作要求，以S7程序規(guī)定的格式進(jìn)行排列與組合，就可以組成完整的PLC程序。

所謂PLC的程序結(jié)構(gòu)，就是組成PLC程序的各種網(wǎng)絡(luò)或“功能程序段”在PLC內(nèi)部的組織、管理形式。

在PLC上，從CPU操作系統(tǒng)對(duì)程序執(zhí)行管理的角度看，PLC程序可以分為"線性化結(jié)構(gòu)"與"分塊式結(jié)構(gòu)"兩種不同的結(jié)構(gòu)體系，每一體系又可以分為若干個(gè)不同的結(jié)構(gòu)形式。

a.線性化結(jié)構(gòu)體系。采用線性化結(jié)構(gòu)體系的PLC用戶程序不分塊，全部指令都集中在同一個(gè)程序塊中。執(zhí)行PLC程序時(shí)，CPU的每次循環(huán)掃描都是按照從上至下的次序，執(zhí)行PLC用戶程序的所有指令。

線性化結(jié)構(gòu)體系是一種控制對(duì)象相對(duì)較簡單的小型PLC系統(tǒng)常用的結(jié)構(gòu)體系。b.分塊式結(jié)構(gòu)體系。分塊式結(jié)構(gòu)體系的PLC用戶程序由多個(gè)不同的"程序塊"所組成，執(zhí)行PLC程序時(shí)，需要根據(jù)外部輸入條件與程序中規(guī)定的控制要求，由負(fù)責(zé)管理的主程序通過對(duì)不同程序塊的調(diào)用與選擇，決定每次循環(huán)掃描實(shí)際需要執(zhí)行的程序塊。

對(duì)于控制復(fù)雜、程序容量大的大中型PLC控制系統(tǒng)，出于方便設(shè)計(jì)、檢查、調(diào)試等方面的考慮，通常采用分塊式結(jié)構(gòu)。

PLC用戶程序的兩種結(jié)構(gòu)體系各有其特點(diǎn)，實(shí)際使用時(shí)采用何種程序結(jié)構(gòu)體系，一方面取決于PLC所具備的功能，另一方面取決于程序設(shè)計(jì)者的選擇。

②線性化結(jié)構(gòu)

按照線性化結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)時(shí)，程序常見的形式有"普通線性化結(jié)構(gòu)"與“分時(shí)管理線性化結(jié)構(gòu)”兩種。

a.普通線性化結(jié)構(gòu)。普通的線性結(jié)構(gòu)程序?yàn)楹唵?，設(shè)計(jì)者只需要將由基本指令組成的全部網(wǎng)絡(luò)與功能程序段，進(jìn)行逐網(wǎng)絡(luò)、逐段排列即可。

只要程序中沒有特定的次序要求(如為了產(chǎn)生邊沿脈沖的需要等)，組成程序的各網(wǎng)絡(luò)與功能程序段就可以在PLC程序中任意排列，其位置與程序的執(zhí)行結(jié)果無關(guān)。

CPU執(zhí)行普通的線性結(jié)構(gòu)程序時(shí)，總是對(duì)全部程序指令按照輸入采樣、執(zhí)行程序、輸出刷新三個(gè)階段不斷循環(huán)，全部輸入、輸出信號(hào)的采樣與刷新時(shí)間統(tǒng)一，每次處理的時(shí)間(循環(huán)掃描時(shí)間)固定。

在S7PLC中，如果將全部PLC用戶程序都編制在組織塊OB1中，即屬于此結(jié)構(gòu)。

b.分時(shí)管理線性化結(jié)構(gòu)。在部分PLC中，為了滿足控制系統(tǒng)中需要高速處理的信號(hào)特殊控制要求，線性結(jié)構(gòu)的程序也可以采用"分時(shí)管理線性化結(jié)構(gòu)"的結(jié)構(gòu)形式(見圖5-50)。

圖5-50 分時(shí)管理線性化的程序結(jié)構(gòu)

采用“分時(shí)管理線性化結(jié)構(gòu)”時(shí)，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，將線性化結(jié)構(gòu)的PLC用戶程序劃分為“高速掃描循環(huán)”與“普通掃描循環(huán)”兩部分。

程序中的高速掃描部分可以由設(shè)計(jì)者定義掃描時(shí)間間隔，在執(zhí)行過程中這一時(shí)間間隔保持固定不變。即：對(duì)于高速掃描程序段，設(shè)計(jì)者可以人為地規(guī)定程序的執(zhí)行時(shí)間，CPU必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成高速掃描程序段的輸入采樣、執(zhí)行程序、輸出刷新循環(huán)過程。因此，PLC對(duì)“高速掃描循環(huán)”程序中輸入/輸出信號(hào)的處理速度，可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)**正常PLC循環(huán)程序中對(duì)輸入/輸出信號(hào)的處理速度。

程序中的其他部分為普通掃描部分，執(zhí)行正常速度的掃描。在程序的執(zhí)行過程中，如果普通掃描部分的程序執(zhí)行時(shí)間已經(jīng)到達(dá)高速掃描時(shí)時(shí)間間隔，CN立即中斷普通掃描，保存執(zhí)行狀態(tài)，并轉(zhuǎn)人對(duì)高速程序段的掃描;等到高速段程序執(zhí)行結(jié)束后，再繼續(xù)恢復(fù)對(duì)普通程序的掃描(見圖5-50)。這樣的過程在整個(gè)PLC程序執(zhí)行個(gè)需要進(jìn)行多次。由于高速掃描的多次中斷，普通PLC程序段的掃描時(shí)間將比正常執(zhí)行的情況長。

采用這種方式的特點(diǎn)是：在線結(jié)構(gòu)體系的程序可以處理PLC的高速輸入/輸出信號(hào)，以滿足特殊的控制要求。當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要，程序中也可以沒有高速掃描的程序段，但是，不可以將全部程序都作為高速程序。

③分塊式結(jié)構(gòu)

分塊式結(jié)構(gòu)體系的PLC程序由多個(gè)程序塊組成，由統(tǒng)一的程序"組織塊"對(duì)各程序塊進(jìn)行組織與調(diào)度，"組織塊"根據(jù)規(guī)定的條件與順序依次調(diào)用各程序塊。

采用了分塊式結(jié)構(gòu)體系的PLC程序，在實(shí)際處理過程中可以根據(jù)不同的外部輸入條件與控制要求，每次循環(huán)掃描可以跳過某些程序塊，僅對(duì)需要處理的程序塊進(jìn)行掃描，從而加快PLC程序的執(zhí)行速度，縮短掃描時(shí)間。

根據(jù)PLC的不同，分塊式結(jié)構(gòu)體系的PLC程序可以采用主、子程序結(jié)構(gòu)，功能調(diào)用式結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)化編程等形式實(shí)現(xiàn)。

a.主、子程序結(jié)構(gòu)。采用主、子程序結(jié)構(gòu)的PLC用戶程序，一般可以由主程序、子程序、中斷程序等不同的程序塊所組成，并且按照規(guī)定的順序排列(如在S7-200中，程序塊按照主程序、子程序、中斷程序的順序依次排列)。

在主、子程序結(jié)構(gòu)程序中，主程序?yàn)镻LC每次掃描都必須執(zhí)行的程序塊，必須重點(diǎn)予以編制;而子程序、中斷程序則可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行編寫與調(diào)用。

主、子程序結(jié)構(gòu)的PLC程序與線性化結(jié)構(gòu)相類似，如果程序中沒有編制子程序、中斷程序，只有主程序，它便成了線性結(jié)構(gòu)的程序。

b.功能調(diào)用式結(jié)構(gòu)。功能調(diào)用式結(jié)構(gòu)的PLC程序執(zhí)行過程與主、子程序結(jié)構(gòu)類似，但組成程序的各邏輯塊按照不同的功能進(jìn)行編排，無主、子之分。組成功能調(diào)用式結(jié)構(gòu)的每一程序塊都代表著控制對(duì)象的一組相對(duì)獨(dú)立動(dòng)作，邏輯塊由特定的"塊"進(jìn)行統(tǒng)一的管理與調(diào)用。

在S7-300/400系列PLC中，用于管理與調(diào)用的程序塊稱為組織塊(OB1)，其余邏輯塊分別稱程序塊(FC)、功能塊(FB)、數(shù)據(jù)塊(DB)等。

一般而言，功能調(diào)用式PLC程序在CPU的一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)同一程序塊的調(diào)用次數(shù)不會(huì)過一次;當(dāng)過一次時(shí)則稱為“結(jié)構(gòu)化編程”。

c.結(jié)構(gòu)化編程。結(jié)構(gòu)化編程的程序結(jié)構(gòu)形式與調(diào)用式完全相同，程序同樣由多個(gè)程序塊組成，并通過"組織塊"對(duì)其進(jìn)行組織與管理，但它采用了"參數(shù)化編程"的方法。

采用結(jié)構(gòu)化編程的程序，在同一PLC掃描周期內(nèi)可以多次重復(fù)調(diào)用程序中的同一程序塊，因此，對(duì)于動(dòng)作相同或相似的程序，可以通過在PLC程序中編寫一個(gè)"公用程序塊"、利用重復(fù)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。

為了保證"公用程序塊"能控制不同的對(duì)象，必須將組成程序的各種操作數(shù)進(jìn)行"參數(shù)化"。

(a)“公用程序塊”中的所有信號(hào)的地址必須是可以變化的，即“公用程序塊”中一般不能使用"**地址"，而應(yīng)采用"程序變量"(形式參數(shù))進(jìn)行編程。

(b) 調(diào)用“公用程序塊”前，為了使得程序中的所有信號(hào)有明確的含義，必須對(duì)“程序變量"(形式參數(shù))進(jìn)行賦值，即將"程序變量"定義成有明確含義的**地址。因此，CPU必須劃分一個(gè)專門的存儲(chǔ)器區(qū)域用于存儲(chǔ)這些賦值參數(shù)。S7-300/400中的"局部變量堆棧L"與"即時(shí)數(shù)據(jù)塊DI"就是為了實(shí)現(xiàn)這一目的而專門設(shè)定的存儲(chǔ)區(qū)域。

結(jié)構(gòu)化編程的程序簡潔，所占用的內(nèi)存容量小，但需要涉及程序塊、功能塊、數(shù)據(jù)塊、局部變量等概念，對(duì)編程人員的要求高。

有關(guān)結(jié)構(gòu)化編程中的“程序變量”、“參數(shù)”等概念，將在下面具體介紹。








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