西門子觸摸屏6AV2124-0GC01-0AX0
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)計者就可以根據(jù)控制對象各部分的不同要求,通過對要求的分解,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程序塊中。執(zhí)行PLC程序時,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)體系是一種控制對象相對較簡單的小型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用戶程序由多個不同的"程序塊"所組成,執(zhí)行PLC程序時,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不同程序塊的調(diào)用與選擇,決定每次循環(huán)掃描實際需要執(zhí)行的程序塊。
對于控制復(fù)雜、程序容量大的大中型PLC控制系統(tǒng),出于方便設(shè)計、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),實際使用時采用何種程序結(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)計時,程序常見的形式有"普通線性化結(jié)構(gòu)"與“分時管理線性化結(jié)構(gòu)”兩種。
a.普通線性化結(jié)構(gòu)。普通的線性結(jié)構(gòu)程序為簡單,設(shè)計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,總是對全部程序指令按照輸入采樣、執(zhí)行程序、輸出刷新三個階段不斷循環(huán),全部輸入、輸出信號的采樣與刷新時間統(tǒng)一,每次處理的時間(循環(huán)掃描時間)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特殊控制要求,線性結(jié)構(gòu)的程序也可以采用"分時管理線性化結(jié)構(gòu)"的結(jié)構(gòu)形式(見圖5-50)。
圖5-50 分時管理線性化的程序結(jié)構(gòu)
采用“分時管理線性化結(jié)構(gòu)”時,設(shè)計者可以根據(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)計者定義掃描時間間隔,在執(zhí)行過程中這一時間間隔保持固定不變。即:對于高速掃描程序段,設(shè)計者可以人為地規(guī)定程序的執(zhí)行時間,CPU必須在規(guī)定的時間內(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“高速掃描循環(huán)”程序中輸入/輸出信號的處理速度,可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)**正常PLC循環(huán)程序中對輸入/輸出信號的處理速度。
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)行時間已經(jīng)到達(dá)高速掃描時時間間隔,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)對普通程序的掃描(見圖5-50)。這樣的過程在整個PLC程序執(zhí)行個需要進(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,以滿足特殊的控制要求。當(dāng)然,根據(jù)實際系統(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程序由多個程序塊組成,由統(tǒng)一的程序"組織塊"對各程序塊進(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,主程序為PLC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象的一組相對獨(dú)立動作,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的一個掃描周期內(nèi),對同一程序塊的調(diào)用次數(shù)不會過一次;當(dāng)過一次時則稱為“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,程序同樣由多個程序塊組成,并通過"組織塊"對其進(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,對于動作相同或相似的程序,可以通過在PLC程序中編寫一個"公用程序塊"、利用重復(fù)調(diào)用來實現(xiàn)。
為了保證"公用程序塊"能控制不同的對象,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有明確的含義,必須對“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必須劃分一個專門的存儲器區(qū)域用于存儲這些賦值參數(shù)。S7-300/400中的"局部變量堆棧L"與"即時數(shù)據(jù)塊DI"就是為了實現(xiàn)這一目的而專門設(shè)定的存儲區(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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詞條說明
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