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西门子几种常见PLC的程序结构及其特点

1．某些国外的小型PLC的程序结构

这些PLC的用户程序由主程序、子程序和中断程序组成。在每一个扫描循环周期，CPU都要调用一次主程序。主程序可以调用子程序，小型控制系统可以只有主程序。中断程序用于快速响应中断事件。在中断事件发生时，CPU将停止执行当时正在处理的程序或任务，去执行用户编写的中断程序。执行完中断程序后，继续执行被暂停执行的程序或任务。它们的子程序和中断程序没有局部变量，子程序没有输入、输出参数。

2．西门子的S7-200的程序结构

过程映像输入/输出（I/Q）、变量存储器V、内部存储器位M、定时器T、计数器C等属于全局变量。S7-200的程序组织单元(ProgramOrganizationalUnit，简称为POU)包括主程序、子程序和中断程序。每个POU均有自己的64字节局部变量，局部变量只能在它所在的POU中使用。与此相反，全局变量可以在各POU中使用。

下面是子程序可以使用的局部变量：

1)TEMP(临时变量)是暂时保存在局部数据区中的变量。只有在执行该POU时，定义的临时变量才被使用，POU执行完后，不再保存临时变量的数值。

2)IN是由调用它的POU提供的输入参数。

3)OUT是返回给调用它的POU的输出参数(子程序的执行结果)。

4)IN_OUT是输入_输出参数，其初始值由调用它的POU传送给子程序，并用同一变量将子程序的执行结果返回给调用它的POU。

主程序和中断程序的局部变量中只有临时变量TEMP。

具有输入、输出参数和局部变量的子程序易于实现结构化编程，对于长期生产同类设备或生产线的厂家尤为有用。这些厂家的编程人员为设备的各组件或工艺功能编写了大量的通用的子程序。即使不知道子程序的内部代码，只要知道子程序的功能和输入、输出参数的意义，就可以通过程序之间的调用快速“组装”出满足不同用户要求的控制程序。就好像用数字集成电路芯片组成复杂的数字电路一样。

子程序如果没有输入、输出参数，它和调用它的程序之间没有清晰的接口，很难实现结构化编程。

子程序如果没有局部变量，它和调用它的程序之间只能通过全局变量来交换数据，子程序内部也只能使用全局变量。将子程序和中断程序移植到别的项目时，需要重新统一安排它们使用的全局变量，以保证不会出现地址冲突。当程序很复杂，子程序和中断程序很多时，这种重新分配地址的工作量非常大。

如果子程序和中断程序有局部变量，并且它们内部只使用局部变量，不使用全局变量，因为与其他POU没有地址冲突，不需作任何改动，就可以将子程序移植到别的项目中去。

3．西门子的S7-300/400的程序结构

S7-300/400将子程序分为功能（Function，或称为函数）和功能块（FunctionBlock）。

S7-300/400的功能与S7-200的子程序基本上相同。它们均有输入、输出参数和临时变量，功能的局部数据中的返回值实际上属于输出参数。它们没有的存储区，功能执行结束后，不再保存临时变量中的数据。

可以用全局变量来保存那些在功能执行结束后需要保存的数据，但是会影响到功能的可移植性。

功能块是用户编写的有自己的存储区（即背景数据块）的程序块，功能块的输入、输出参数和静态变量存放在的背景数据块中，临时变量存储在局部数据堆栈中。每次调用功能块时，都要一个背景数据块。功能块执行完后，背景数据块中的数据不会丢失，但是不会保存局部数据堆栈中的数据。

功能块采用了类似于C++的封装的概念，将程序和数据封装在一起，具有很好的可移植性。

S7-300/400的共享数据块可供所有的逻辑块使用。

4．IEC61131-3的程序结构

IEC61131-3是PLC的编程语言标准。IEC61131-3是世界上个，也是至今为止的工业控制领域的编程语言标准。IEC

61131-3有三种POU：程序、功能块和功能。

功能是有多个输入参数和一个输出参数（返回值）的POU，返回值的名称与功能的名称相同，需要定义返回值的数据类型。调用具

有相同输入值的功能总是返回相同的结果。功能可以调用其他功能，但是不能调用功能块或程序。功能可定义的局部变量有VAR和VAR_INPUT。

功能块是有多个输入/输出参数和内部存储单元的POU，功能块的输出参数值与其内部存储单元的值有关。功能块可以调用其他功能

块或功能，但是不能调用程序。

在调用功能块之前，必须在要调用功能块的POU中为每次调用声明功能块的实例，操作系统将为每次调用分配功能块的存储区

（类似于S7-300/400的背景数据块）。

功能因为没有内部存储区，调用时不需要实例化。

程序的行为和用途类似于功能块，程序具有输入和输出参数，而且可以具有内部存储区。程序通常包含有对功能和功能块的调用。

IEC61131-3定义了若干标准的功能和功能块。

5．S7-300/400与IEC61131-3程序结构的区别

1）S7-300/400的功能可以有多个输出参数，返回值也属于输出参数。IEC61131-3的功能只有一个返回值。

2）IEC61131-3的功能块用于保存局部变量的存储区是在声明功能块的实例时分配的，它对用户是不透明的，其他POU不能直接访问该存储区。

S7-300/400的功能块的局部变量（不包括临时变量）保存在它的背景数据块中。其他POU可以访问背景数据块中的变量。如果需要多次调用同一个功能块来控制同一类型的被控对象，每次调用都需要一个背景数据块，但是这些背景数据块中的变量又很少，这样在项目中就出现了大量的背景数据块。可以使用多重背景数据块来减少背景数据块的数量。但是需要增加一个用来管理多重背景的功能块。

3）S7-300/400的功能块的局部变量有临时变量和静态变量，IEC61131-3的功能块的内部变量Var相当于S7-300/400的静态变量。

4）S7-300/400将数据区划分为数据块来使用，数据块的大小与数据块中定义的变量的数据类型和变量的个数有关。IEC61131-3没有数据块的概念。

Overview

• 模拟量输入/输出
• 用于解决更复杂的模拟量过程信号控制任务
• 用于连接模拟传感器和执行机构，而无需增加测量放大器
   

HART 模块

• 用于在 SIMATIC S7 和 PCS 7 系统中使用 HART（高速寻址远程变送器）设备
• 可以连接所有变送器或HART传感器/执行器，这些设备必须可以使用HART协议进行通信
• 此外,还可以连接采用4-20mA技术的转换变送器(无HART协议)
• 只能插入到带 IM153-2 的 ET 200M 中

有关 HART 模块的详细信息，请参见 "ET 200M 分布式 I/O 站"。

Area of application

模拟量输入/输出模块用于处理自动化系统中的模拟量输入/输出任务。模拟传感器和执行器可以通过这些模块连接到自动化系统。
使用模拟量输入/输出模块给用户提供以下优点：

• *适应性：
  通过合适的模块组合方式，可以根据特定任务调整输入/输出的点数。节约了不必要的成本。
• 功能强大的模拟量处理技术：
  多种输入/输出范围以及高精度允许连接多种不同的模拟量传感器和执行器。

Design

模拟量输入模块具有下列机械特性：

紧凑型设计

坚固的塑料机壳里包括：

• 指示组故障的红色指示灯
• 前连接器插接选件，装在前门后面而得到防护。
• 前门上的标签区。
• 连接器针脚分配，用于在前门内部进行配线。

安装方便

模块安装在 DIN 导轨上并通过总线连接器连接到相邻模块。没有插槽规则；输入地址由插槽决定。

当在 ET 200M 分布式 I/O 系统中与有源总线模块一起使用时，可以对数字量输入/输出模块进行热插拔，而不会有任何反应。其它模块继续工作。

方便用户接线

装置单元通过前置连接器连接。当*连接模块时，编码设备锁定在连接器中，这样该连接器只能适合于同样类型的模块。更换模块时，对于新的同类型模块，可原封不动保持前连接器的接线状态。这样可以避免在更换模块的过程中将已接线的前连接器插入到错误模块中。

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硬件中断

通过硬件中断可以监控过程信号，并且，可以触发针对信号变化的响应。

• 数字量输入模块：
  根据参数设置的不同，针对每个通道组，当信号状态发生改变时，模块都可以发起硬件中断，触发沿可以选用上升沿、下降沿或者混合使用上升沿和下降沿。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行，并接下来执行相关的诊断中断块（OB 40）。信号模块可以缓冲一次中断/通道。
• 模拟量输入模块：
  通过上限值和下限值的参数值，可以设定其工作范围。模块将数字化测量值与这些极限值进行比较。当测量值违反了其中任何一个限定值时，就会触发硬件中断。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行，并接下来执行相关的诊断中断块（OB 40）。如果极限高于/低于过量程/欠量程，则无法进行比较。
   

S7-300F

运行模式

S7-300F的安全功能包含在CPU的F程序中，并且位于故障安全信号模块之内。

信号模块采用差异分析方法和测试信号注入技术实现输出和输入信号的监控。

借助周期性自检、指令检测、程序逻辑检测和程序顺序流检测等方法，CPU可以检测控制器是否工作正常。此外，通过“活跃标志（sign-of-life）”请求，还可以对I/O进行检测。

若判定系统中存在故障，则将该系统切换至安全状态。

编程

CPU 315F与安全有关的程序采用STEP 7语言的梯形图（LAD）和功能图（FBD）编制。与运行有关的功能范围和数据类型均限于在此处设置。编译时使用特定的格式和参数，可以创建安全相关程序。在单个CPU中，标准程序可以同时与故障安全程序一起运行（共存），无任何限制。

该软件包的另一个组件是F库，配有TUV认可的安全相关功能的编程实例。这些编程实例可以更改，但更改必须再次认证。

S7 F分布式安全选项软件包

编制安全相关的程序段时，必须使用选项软件包“S7 F Distributed Safety”。该软件包含有创建F程序所需要的全部功能和块。运行S7 F Distributed Safety必须安装不低于V5.1SP3版的STEP 7。