西门子PLC授权总代理商工业电缆

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西门子300/400PLC的程序与存储器结构

①S7-300/400的程序功能块 S7-300/400的PLC用户程序结构与S7-200有明显的不同，可以使用线性化结构以及功能调用式结构与结构化编程。

  采用调用式结构与结构化编程时，程序以组织块(OB)、程序块(FC)、功能块(FB)、系统程序块(SFC)、系统功能块(SFB)、数据块(DB)等形式出现。其中，组织块(OB)、程序块(FC)、功能块(FB)统称为“逻辑块(Logic Block)”;系统程序块(SFC)、系统功能块(SFB)统称为“系统块”。

  a.组织块(OB)。组织块(Organization Blocks，简称OB)提供了PLC内部CPU操作系统与用户程序间的接口，它是由CPU操作系统直接进行调用的逻辑块，用来管理PLC 程序中各组成部分的调用和执行中断。OB决定了PLC用户程序的结构与块的调用顺序，起到了“管理”用户程序的作用。

  S7-300/400不同的CPU类型，可以选择、支持不同的OB块，但OB1是所有PLC用户程序的循环控制块，它是运行PLC用户程序的前提条件，因此，任何PLC程序、任何CPU都不可以缺少OB1。

  OB块的调用条件被称为"触发事件"，根据"触发事件"的不同，OB块可以分为若干级别，各个级别有不同的级。的 OB可以中断低级 OB的执行。如果需要，S7系列PLC除OB1外，还可以使用多个OB块。

  b.程序块(FC)●。程序块(Function，简称FC)是由用户编写的、不需要数据块的常用逻辑块。

  FC块在程序中一般不可以重复调用，在大多数场合，FC块应直接使用PLC的"地址"或"符号地址"进行编程，但根据需要，可以定义部分程序变量。

  与S7-200一样，FC块的“临时变量”同样存储在局部变量数据堆栈(L)中，这一区域为全部程序块所公用，只可以用于FC块内部使用的中间运算结果寄存(这些中间运算结果不可以用于FC块外部);程序块执行完成后，局部变量数据堆栈内的数据将被其他块所需要的内容所替代。如果需要保存可以用于其他逻辑块的状态，应使用PLC的内部标志寄存器 M或使用“数据块DB”。

  在程序块FC中，有部分为PLC生产厂家所提供的、集成在S7CPU操作系统中的逻辑块，称为系统程序块(System Function，简称SFC)。系统程序块SFC属于PLC内部操作系统的一部分，用户不需要编写，也不可以对其进行编辑，但可以根据需要直接调用。

  c.功能块(FB)。功能块(Function Blocks，简称FB块)是由用户编写的、需要数据块(Instance Data Blocks，称为"即时数据块"或"背景数据块"，简称 DI)支持的常用逻辑块。

  FB块与FC块的作用基本相同，但FB中除可以使用"地址"或"符号地址"进行编程外，在结构化编程时使用"程序变量"进行编程，因此，FB配套立的数据存储区域，即"即时数据块DI"。DI一方面可以为调用FB提供执行程序所需要的"程序变量"赋值与其他数据;另一方面，功能块FB也能通过DI给调用它的逻辑块返回所需要的数据。

  与功能调用块FC一样，功能块FB中也有部分为PLC生产厂家所提供的、集成在S7 CPU操作系统中的功能块，称为系统功能块(System Function Blocks，简称 SFB)。系统功能块SFB同样属于PLC内部操作系统的一部分，用户不需要编写，也不可以对其进行编辑，但可以根据需要直接调用。

  d.数据块(DB)。数据块(Data Blocks，简称DB)是用来存放执行用户程序时所需的数据与存储程序执行结果的数据存储区，其作用与标志寄存器类似，但数量更多。数据块DB按不同的用途可以分为即时数据块(Instance Data Blocks，又称背景数据块，简称 DI)和通用数据块(Data Blocks，又称共享数据块，简称DB)两类。

  即时数据块(DI)用于传递功能块的参数，只能被的功能块FB访问。调用功能块

  ●：在SIEMENS早期的SS系列PLC中，只有组织块(OB)、功能块(FB)、数据块(DB)与程序块(PB)四类逻乳块。在S7系列PLC中，取消了程序块(PB)的名字，而是用英文的“Function”代替了原程序块(PB)。“Function”可以直译为功能，因此，在许多书中称为“功能”，在这里考虑到S5的继承性，同时便于读者与“功能块”区别，仍然将“Function”称为“程序块”。

  FB时，同时用于该功能块的即时数据块DI，即时数据块内的数据可以自动生成、它们可以是FB变量声明表中的数据(不含临时变量)。

  通用数据块(DB)用于存储PLC的全局数据，所有的FB、FC或OB都可以对通用数据块进行读写操作，因此，它又被称为共享数据块。通用数据块内的数据不会因用户程序的结束而删除。

  有关功能块、数据块的调用、编程以及程序变量、局部变量等概念，将在下面的实例中予以详细介绍。

  ②S7-300/400的程序结构S7-300/400的PLC程序结构随着编程人员所采用的程序设计方法的不同而不同。一般而言，程序设计可以采用线性化编程、调用式编程、结构化编程的方法，如图5-53所示。

  采用线性化编程时，所有程序指令都编写在一个连续的程序块——组织块OB1中，无需编制程序块、功能块、数据块等。

  采用调用式编程的程序由组织块(OB)、程序块(FC)、功能块(FB)、系统程序块(SFC)、系统功能块(SFB)、数据块(DB)等组成，由组织块OB1对各逻辑块与数据块进行组织与管理。

  采用结构化编程的程序结构形式与调用式编程相同，程序同样由组织块(OB)、程序块(FC)、功能块(FB)、系统程序块(SFC)、系统功能块(SFB)、数据块(DB)等组成，并通过组织块OB1对其进行组织与管理。功能块(FB)可以用于结构化编程，为了满足参数化编程的需要，功能块(FB)需要配套的即时数据块(DI)，组织块(DB1在调用FB时，需要根据不同的控制要求，通过即时数据块(DI)对参数进行赋值。

  图5-53为采用三种不同编程方式的程序结构示意图，在实际调用式编程、结构化编程时，被组织块OB1调用的逻辑块还可以调用其他逻辑块(程序嵌套)。

  ③S7-300/400的存储器结构 S7-300/400 PLC的存储器结构可以分为基本存储区域与程序处理区两大部分。

  a.基本存储区域。S7-300/400PLC的基本存储区域又可以分为装载存储区、系统存储区、工作存储区3部分，具体如下。

  (a)装载存储区(Load Memory)。相当于S7-200的程序存储区，用于PLC用户程序逻辑块、数据块的存储。

  (b)系统存储区(System Memory)。相当于S7-200的数据存储区，用于存储PLC运算、处理的中间结果。如输入/输出映像，标志、变量的状态存储，计数器、定时器的中间值，模拟量输入/输出状态等，使用PLC内部RAM。

  (c)工作存储区(Work Memory)。用于存储当前处理的可执行程序块、程序块所生成的局部变量L等。3个存储器区域的作用以及相互间的关系如图5-54所示。

  b.程序处理区域。S7-300/400 PLC的程序处理区域又可以分为累加器、地址寄存器、数据块地址寄存器、状态寄存器4部分，具体如下。

  (a)累加器。S7-300/400共有2个32位累加器ACCU1、ACCU2，用来进行读入、传送、运算、移位等操作。

  (b)地址寄存器。S7-300/400共有2个32位地址寄存器 AR1、AR2，用于存放寄存器间接寻址时的地址指针。

  (c)数据块地址寄存器。S7-300/400共有2个32位数据块地址寄存器DB、DI，用于存放程序中被打开的数据块地址。程序执行过程中允许同时被打开的数据块大为2个，其中一个为共享数据块(DB)，在程序中可以任意使用;另一个为瞬时数据块(DI)，它是与功能块FB配套使用的数据块，在调用FB时同时打开。

  (d)状态寄存器。S7-300/400共有1个16位状态寄存器STW，状态寄存器用于存放程序的处理结果，如逻辑运算结果RLO、溢出标志OV、溢出记忆OS、条件码CC0与C1、二进制值BR等，以显示指令的执行结果。

PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，PLC的扫描工作过程:

    （1）输入采样阶段。在这一阶段中，PLC以扫描方式读入所有输入端子上的输入信号，并将各输入状态存入对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷断。在程序执行阶段和输出刷新阶段中，输入映像存储器与外界隔离，其内容保持不变，直至下一个扫描周期的输入扫描阶段，才被重新读入的输入信号刷新。可见，PLC在执行程序和处理数据时，不直接使用现场当时的输入信号，而使用本次采样时输入到映像区中的数据。一般来说，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，否则可能造成信号的丢失。

   （2）程序执行阶段。在执行用户程序过程中，PLC按照梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC按从左至右、从上到下的步骤逐个执行程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序跳转地址。程序执行过程中，当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从输出映像寄存器“读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态。然后进行相应的运算，运算结果再存入输出映像寄存器中。对输出映像寄存器来说，每一个元件（“软继电器”）的状态会随着程序执行过程而变化。

    （3）输出刷新阶段。程序执行阶段的运算结果被存入输出映像区，而不送到输出端口上。在输出刷新阶段，PLC将输出映像区中的输出变量送入输出锁存器，然后由锁存器通过输出模块产生本周期的控制输出。如果内部输出继电器的状态为“1”，则输出继电器触点闭合，经过输出端子驱动外部负载。全部输出设备的状态要保持一个扫描周期。