PLC程序家族的故事

1、PLC程序家族的故事        1程序家族有哪些成員？    PLC的控制程序一般由主程序、子程序和中斷程序組成。西門子的S7-300/400將子程序分為功能（Function，或稱為函數(shù)）和功能塊（Function Block）。    在每一個(gè)掃描循環(huán)周期，CPU都要調(diào)用一次主程序，用戶程序必須有一個(gè)并且只能有一個(gè)主程序。小型控制系統(tǒng)可以只有主程序。    中斷程序用于快速響應(yīng)中斷事件。在中斷事件發(fā)生時(shí)，CPU將停止執(zhí)行當(dāng)時(shí)正在

2、處理的程序或任務(wù)，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(wù)。    2哪些情況需要使用子程序？    當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模很大、控制要求復(fù)雜時(shí)，如果將全部控制任務(wù)放在主程序中，主程序?qū)?huì)非常復(fù)雜，既難以調(diào)試，也難以閱讀。使用子程序可以將程序分成容易管理的小塊，使程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，易于調(diào)試、查錯(cuò)和維護(hù)。    子程序也可以用于需要多次反復(fù)執(zhí)行相同任務(wù)的地方，只需要編寫一次子程序，別的程序在需要的時(shí)候多次調(diào)用它，而無需重寫該程序。    3怎樣調(diào)用子程序？

3、    主程序可以調(diào)用子程序，子程序也可以嵌套調(diào)用別的子程序。嵌套調(diào)用的層數(shù)是有限制的，例如S7-200的最大嵌套深度為8級(jí)。    執(zhí)行完子程序后，返回調(diào)用它的程序中的調(diào)用指令的下一條指令。    4每個(gè)掃描周期都會(huì)執(zhí)行子程序嗎?     子程序的調(diào)用可以是有條件的，在被調(diào)用期間，每個(gè)掃描周期都要執(zhí)行一次被調(diào)用的子程序。調(diào)用條件不滿足時(shí)不會(huì)執(zhí)行子程序中的指令，因此使用子程序可以減少掃描循環(huán)時(shí)間。    5停止調(diào)用子程序后，子程序中的線

4、圈處于什么狀態(tài)？    停止調(diào)用子程序后，不再執(zhí)行子程序中的指令。子程序中線圈對(duì)應(yīng)的編程元件如果沒有受到別的程序的控制，將保持子程序最后一次執(zhí)行后的狀態(tài)不變。即使控制這些線圈的觸點(diǎn)的狀態(tài)變化，該線圈對(duì)應(yīng)的元件的狀態(tài)也不會(huì)變化，因?yàn)檫@時(shí)根本就沒有執(zhí)行子程序中的指令。    6怎樣實(shí)現(xiàn)子程序的無條件調(diào)用？    有的PLC的子程序調(diào)用指令不能直接接到左側(cè)的垂直“電源”線上，需要通過觸點(diǎn)電路來控制是否調(diào)用子程序，即子程序的調(diào)用是有條件的?？梢杂靡恢睘镺N的特殊位元件（例如S7-200的SM0.0或FX系列的M8

5、000）的常開觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)子程序的無條件調(diào)用。      不同品牌的PLC的子程序大致可以分為兩種，一種子程序沒有輸入、輸出參數(shù)和局部變量，另一種則有。       1什么是全局變量和局部變量？        以西門子的S7-200為例，輸入I、輸出Q、變量存儲(chǔ)器V、內(nèi)部存儲(chǔ)器位M、定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C等屬于全局變量，可以在符號(hào)表中為全局變量定義符號(hào)名。     

6、;  程序組織單元(Program Organizational Unit)簡(jiǎn)稱為POU，包括主程序、子程序和中斷程序。每個(gè)POU均有自己的64字節(jié)局部變量，局部變量用L(Local)來表示，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。       2局部變量有哪些類型？       子程序可以使用下列局部變量：       1) TEMP (臨時(shí)變量)是

7、暫時(shí)保存在局部數(shù)據(jù)區(qū)中的變量。只有在執(zhí)行該P(yáng)OU時(shí)，定義的臨時(shí)變量才被使用，POU執(zhí)行完后，不再保存臨時(shí)變量的數(shù)值。主程序和中斷程序的局部變量表中只有TEMP變量。       2) IN(輸入?yún)?shù))由調(diào)用它的POU提供的傳入子程序的輸入?yún)?shù)。       3) OUT(輸出參數(shù))是子程序的執(zhí)行結(jié)果，它被返回給調(diào)用它的POU。       4) IN_OUT(輸入_輸出參數(shù))的初始值由調(diào)用它的PO

8、U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表中只有臨時(shí)變量TEMP。       3子程序的輸入、輸出參數(shù)有什么作用？       具有輸入、輸出參數(shù)和局部變量的子程序易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程，對(duì)于長(zhǎng)期生產(chǎn)同類設(shè)備或生產(chǎn)線的廠家尤為有用。編程人員為設(shè)備的各部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

9、、輸出參數(shù)的意義，就可以用它們快速“組裝”出滿足不同的用戶要求的控制程序。就好像可以用數(shù)字集成電路芯片組成復(fù)雜的數(shù)字電路一樣。       如果子程序沒有輸入、輸出參數(shù)，這種子程序沒有明確的軟件接口，使用起來很不方便。       4局部變量有什么優(yōu)點(diǎn)？       1) 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量。將它移植到別的項(xiàng)目時(shí)，需要對(duì)各POU使用的全

10、局變量作統(tǒng)一安排，以保證不會(huì)出現(xiàn)地址沖突。當(dāng)程序很復(fù)雜，子程序很多時(shí)，這種地址分配是很花時(shí)間的。       如果子程序有局部變量，并且在子程序中只使用局部變量，不使用全局變量，因?yàn)榕c其他POU沒有地址沖突，不作任何改動(dòng)，就可以將子程序移植到別的項(xiàng)目中去。       為了減少移植子程序的工作量，在子程序中應(yīng)盡量避免使用全局變量和全局符號(hào)。       2) 如果使用局部變量表中的臨時(shí)變量（TEMP），同一

11、片物理存儲(chǔ)器可以在不同的程序中重復(fù)使用。    下面以S7-200為例，介紹子程序的編程和調(diào)用的過程。    1創(chuàng)建子程序    生成項(xiàng)目時(shí)，自動(dòng)生成一個(gè)子程序。打開程序編輯器，執(zhí)行“編輯”菜單中的命令“插入”“子程序”，將自動(dòng)生成和打開新的子程序。    2生成局部變量    名為“模擬量計(jì)算”的子程序如下圖所示，在該子程序的局部變量表中，定義了3個(gè)輸入（IN）參數(shù)，一個(gè)輸出（OUT）參數(shù)，和名為“暫存1”的臨時(shí)（TEMP）變量。局部變量表最左

12、邊的一列是自動(dòng)分配的每個(gè)變量在局部存儲(chǔ)器（L）中的地址。     3編寫子程序的梯形圖    局部變量表的下面是程序區(qū)（見上圖），輸入?yún)?shù)“轉(zhuǎn)換值”是來自模擬量輸入模塊的與模擬量成正比的轉(zhuǎn)換值，輸出參數(shù)“模擬值”是計(jì)算出的對(duì)應(yīng)的模擬量（例如壓力、溫度等）的工程值。子程序中變量名稱前的“#”表示該變量是局部變量，它是編程軟件自動(dòng)添加的，輸入局部變量時(shí)不用輸入“#”號(hào)。特殊存儲(chǔ)器位SM0.0的常開觸點(diǎn)總是閉合。    4子程序的調(diào)用    可以在主程序、其他子程序或中斷

13、程序中調(diào)用子程序，調(diào)用子程序時(shí)將執(zhí)行子程序中的指令，直至子程序結(jié)束，然后返回調(diào)用它的程序中該子程序調(diào)用指令的下一條指令之處。    創(chuàng)建子程序后，在上圖左邊指令樹最下面的“調(diào)用子程序”文件夾中自動(dòng)生成剛創(chuàng)建的子程序“模擬量計(jì)算”對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)。    在梯形圖程序中插入子程序調(diào)用指令時(shí)，首先打開主程序，顯示出需要調(diào)用子程序的網(wǎng)絡(luò)。打開指令樹最下面的“調(diào)用子程序”文件夾，用鼠標(biāo)左鍵按住需要調(diào)用的子程序圖標(biāo)，將它“拖”到程序編輯器中需要的位置。放開左鍵，子程序塊便被放置在該位置。    子程序方框中左邊的“轉(zhuǎn)換值

14、”等是在子程序“模擬量計(jì)算”的變量聲明表中定義的輸入?yún)?shù)，右邊的“模擬值”是輸出參數(shù)。它們被稱為子程序的形式參數(shù)，簡(jiǎn)稱為形參，形參在子程序內(nèi)部的程序中使用。調(diào)用子程序時(shí)，需要為每個(gè)形參指定實(shí)際的參數(shù)（簡(jiǎn)稱為實(shí)參），例如為形參“轉(zhuǎn)換值”指定的實(shí)參為模擬量輸入字AIW2（見上圖）。    子程序調(diào)用指令中的實(shí)參的有效操作數(shù)為存儲(chǔ)器地址、常量、全局符號(hào)和調(diào)用指令所在的POU中的局部變量，不能指定被調(diào)用子程序中的局部變量。    CPU調(diào)用子程序時(shí)，輸入?yún)?shù)被復(fù)制到子程序的局部存儲(chǔ)器，子程序執(zhí)行完后，從局部存儲(chǔ)器復(fù)制輸出參數(shù)到指定的輸出參數(shù)地

15、址。    西門子S7-300/400的子程序分為功能（Function）和功能塊（Function Block）。    1功能（FC）     功能是用戶編寫的沒有固定的存儲(chǔ)區(qū)的程序塊，其臨時(shí)變量存儲(chǔ)在局部數(shù)據(jù)堆棧中，功能執(zhí)行結(jié)束后，不再保存這些數(shù)據(jù)?？梢杂霉蚕頂?shù)據(jù)區(qū)來存儲(chǔ)那些在功能執(zhí)行結(jié)束后需要保存的數(shù)據(jù)。    功能與S7-200的子程序的局部變量基本上相同（見下圖）。與S7-200的子程序相比，其局部變量多了個(gè)返回值（RET_VAL）。返回值實(shí)際上屬于輸出參數(shù)。 &

16、#160;  1中斷與中斷程序    有很多PLC內(nèi)部或外部的事件是隨機(jī)發(fā)生的，例如外部開關(guān)量輸入信號(hào)的上升沿或下降沿、通信事件、高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值等于設(shè)定值和定時(shí)中斷等，事先并不知道這些事件何時(shí)發(fā)生，但是它們出現(xiàn)時(shí)需要盡快地處理它們，PLC用中斷來快速處理上述事件。    例如電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可能引發(fā)多個(gè)斷路器相繼跳閘。為了分析故障的起因，需要及時(shí)準(zhǔn)確記錄事故發(fā)生的時(shí)間。可以用硬件中斷來完成這一任務(wù)。    由于PLC的掃描工作方式，普通定時(shí)器的定時(shí)誤差很大，定時(shí)時(shí)間到了也不能馬上去處理要

17、作的事情。可以用定時(shí)中斷來實(shí)現(xiàn)高精度定時(shí)，在定時(shí)時(shí)間到時(shí)CPU自動(dòng)調(diào)用定時(shí)中斷程序。    在出現(xiàn)一個(gè)中斷事件時(shí)，當(dāng)前正在執(zhí)行的程序在當(dāng)前指令執(zhí)行完后被停止執(zhí)行(被中斷)，操作系統(tǒng)將會(huì)調(diào)用一個(gè)用戶編寫的分配給該事件的中斷程序(S7-300/400稱為組織塊)。中斷程序被執(zhí)行完后，被暫停執(zhí)行的程序?qū)谋恢袛嗟牡胤介_始繼續(xù)執(zhí)行。這一過程不受PLC掃描工作方式的影響，因此使PLC能迅速響應(yīng)中斷事件。換句話說，中斷程序不是在每次掃描循環(huán)中處理，而是在需要時(shí)才被及時(shí)地處理。    2中斷的優(yōu)先級(jí)    中斷事件有不

18、同的優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)的中斷程序可以中斷低優(yōu)先級(jí)的中斷程序。    如果在執(zhí)行中斷程序時(shí)，又檢測(cè)到一個(gè)中斷請(qǐng)求，CPU將比較兩個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)。如果優(yōu)先級(jí)相同，按照產(chǎn)生中斷請(qǐng)求的先后次序進(jìn)行處理。如果后者的優(yōu)先級(jí)比正在執(zhí)行的中斷源的優(yōu)先級(jí)高，將中止當(dāng)前正在處理的中斷程序，改為調(diào)用較高優(yōu)先級(jí)的中斷源的中斷程序，這種處理方式稱為中斷程序的嵌套調(diào)用。    3中斷的控制    不是所有的用戶都需要PLC的中斷功能，用戶一般也不需要處理所有的中斷事件，因此允許用戶用指令來控制是否需要中斷和需要哪些中斷。    S7-200的中斷允許指令EI允許處理中斷事件。至于需要處理哪些中斷事件，需要單獨(dú)設(shè)置。禁止中斷指令DI禁止處理所有的中斷事件。    S7-200進(jìn)入RU