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西门子几种常见PLC的程序结构及其特点
本文分析了西门子S7-200、S7-300/400和IEC61131-3的程序结构，并指出各自的特点。
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，也是至今为止一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。

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

移植到SIMATIC?PCS?7
TELEPERM?M
APACS+?/?QUADLOG
TI?505
OpenPMC
SIMATIC?S5
其它系统
我们迁移成功的策略：逐步、灵活、可适应
由于我们的过程控制系统采用了模块结构，向?SIMATIC?PCS?7?迁移可以一站式的一次性完成。我们把迁移过程与自己系统的生命周期策略相适应，实现了资产的较大**（ROA）。我们还考虑到了生产的经济性——例如生产能力的提高——使系统可以预留出足够的灵活性能够满足市场要求。

设备定期清扫
（1） 每六个月或季度对PLC进行清扫，切断给PLC供电的电源把电源机架、CPU主板及输入/输出板依次拆下，进行吹扫、清扫后再依次原位安装好，将全部连接恢复后送电并启动PLC主机。认真清扫PLC箱内卫生；
（2） 每三个月更换电源机架下方过滤网。

检修工艺及技术要求
（1） 测量电压时，要用数字电压表或精度为1%的**表测量
（2）电源机架，CPU主板都只能在主电源切断时取下；
（3） 在RAM模块从CPU取下或插入CPU之前，要断开PC的电源，这样才能保证数据不混乱；
（4） 在取下RAM模块之前，检查一下模块电池是否正常工作，如果电池故障灯亮时取下模块RAM内容将丢失；
（5） 输入/输出板取下前也应先关掉总电源，但如果生产需要时I/0板也可在可编程控制器运行时取下，但CPU板上的QVZ（**时）灯亮；
（6） 拨插模板时，要格外小心，轻拿轻放，并运离产生静电的物品；
（7） 更换元件不得带电操作；
（8） 检修后模板安装一定要安插到位。