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PLC線性化程序結構和分塊式程序結構

(1)PLC程序的結構體系。無論PLC控制系統(tǒng)有多么復雜，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SiemensS7PLC程序基本指令使用與編程方法的基礎上，設計者就可以根據(jù)控制對象各部分的不同要求，通過對要求的分解，運用基本指令編制出相應的程序網(wǎng)絡(Network)或由幾個網(wǎng)絡組成的簡單"功能程序段"。在此基礎上，只要再將這些程序網(wǎng)絡或功能程序段，按照控制系統(tǒng)的動作要求，以S7程序規(guī)定的格式進行排列與組合，就可以組成完整的PLC程序。

??所謂PLC的程序結構，就是組成PLC程序的各種網(wǎng)絡或"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"線性化結構"與"分塊式結構"兩種不同的結構體系，每一體系又可以分為若干個不同的結構形式。

??1)線性化結構體系：采用線性化結構體系的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。

??線性化結構體系是一種控制對象相對較簡單的小型PLC系統(tǒng)常用的結構體系。

??2)分塊式結構體系：分塊式結構體系的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，由負責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。

??對于控制復雜、程序容量大的大中型PLC控制系統(tǒng)，出于方便設計、檢查、調(diào)試等方面的考慮，通常采用分塊式結構。

??PLC用戶程序的兩種結構體系各有其特點，實際使用時采用何種程序結構體系，一方面取決于PLC所具備的功能，另一方面取決于程序設計者的選擇。

??(2) 線性化結構按照線性化結構體系設計時，程序常見的形式有“普通線性化結構”與“分時管理線性化結構" 兩種。

??1)普通線性化結構：普通的線性結構程序*為簡單，設計者只需要將由基本指令組成的全部網(wǎng)絡與功能程序段，進行逐網(wǎng)絡、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)行結果無關。

??CPU執(zhí)行普通的線性結構程序時，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，即屬于此結構。

??2)分時管理線性化結構：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，線性結構的程序也可以采用“分時管理線性化結構”的結構形式(見圖5-29)。

??圖5-29 分時管理線的程序結構

??采用“分時管理線性化結構”時，設計者可以根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，將線性化結構的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，可以遠遠高于正常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)，并轉入對高速程序段的掃描；等到高速段程序執(zhí)行結束后，再繼續(xù)恢復對普通程序的掃描(見圖5-29)。這樣的過程在整個PLC程序執(zhí)行個需要進行多次。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)行的情況更長。

??采用這種方式的特點是：在線性結構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)分塊式結構。分塊式結構體系的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。

??采用了分塊式結構體系的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，分塊式結構體系的PLC程序可以采用主、子程序結構、功能調(diào)用式結構與結構化編程等形式實現(xiàn)。

??1)主、子程序結構：采用主、子程序結構的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、子程序結構程序中，主程序為PLC每次掃描都必須執(zhí)行的程序塊，必須重點予以編制；而子程序、中斷程序則可以根據(jù)實際需要進行編寫與調(diào)用。

??主、子程序結構的PLC程序與線性化結構相類似，如果程序中沒有編制子程序、中斷程序，只有主程序，它便成了線性結構的程序。

??2)功能調(diào)用式結構：功能調(diào)用式結構的PLC程序執(zhí)行過程與主、子程序結構類似，但組成程序的各邏輯塊按照不同的功能進行編排，無主、子之分。組成功能調(diào)用式結構的每一程序塊都代表著控制對象的一組相對獨立動作，邏輯塊由特定的“塊”進行統(tǒng)一的管理與調(diào)用。

??在S7-300/400PLC中，用于管理與調(diào)用的程序塊稱為組織塊(OB1)，其余邏輯塊分別稱為程序塊(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)不會超過一次；當超過一次時則稱為“結構化編程”。

??3)結構化編程：結構化編程的程序結構形式與調(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"對其進行組織與管理，但它采用了"參數(shù)化編程"的方法。

??采用結構化編程的程序，在同一PLC掃描周期內(nèi)可以多次重復調(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)進行"參數(shù)化"：

??●"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"，而應采用"程序變量"(形式參數(shù))進行編程。

??●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)這一目的而專門設定的存儲區(qū)域。

??結構化編程的程序簡潔，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。