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PLC程序家族的故事

时间:2010-07-25 来源:中华工控网廖长初老师博客 编辑:电气自动化技术网 点击:次 字体设置:

    1.程序家族有哪些成员?
    PLC的控制程序一般由主程序、子程序和中断程序组成。西门子的S7-300/400将子程序分为功能(Function,或称为函数)和功能块(Function Block)。
    在每一个扫描循环周期,CPU都要调用一次主程序,用户程序必须有一个并且只能有一个主程序。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。
    2.哪些情况需要使用子程序?
    当系统规模很大、控制要求复杂时,如果将全部控制任务放在主程序中,主程序将会非常复杂,既难以调试,也难以阅读。使用子程序可以将程序分成容易管理的小块,使程序结构简单清晰,易于调试、查错和维护。
    子程序也可以用于需要多次反复执行相同任务的地方,只需要编写一次子程序,别的程序在需要的时候多次调用它,而无需重写该程序。
    3.怎样调用子程序?
    主程序可以调用子程序,子程序也可以嵌套调用别的子程序。嵌套调用的层数是有限制的,例如S7-200的最大嵌套深度为8级。
    执行完子程序后,返回调用它的程序中的调用指令的下一条指令。
    4.每个扫描周期都会执行子程序吗?
    子程序的调用可以是有条件的,在被调用期间,每个扫描周期都要执行一次被调用的子程序。调用条件不满足时不会执行子程序中的指令,因此使用子程序可以减少扫描循环时间。
    5.停止调用子程序后,子程序中的线圈处于什么状态?
    停止调用子程序后,不再执行子程序中的指令。子程序中线圈对应的编程元件如果没有受到别的程序的控制,将保持子程序最后一次执行后的状态不变。即使控制这些线圈的触点的状态变化,该线圈对应的元件的状态也不会变化,因为这时根本就没有执行子程序中的指令。
    6.怎样实现子程序的无条件调用?
    有的PLC的子程序调用指令不能直接接到左侧的垂直“电源”线上,需要通过触点电路来控制是否调用子程序,即子程序的调用是有条件的。可以用一直为ON的特殊位元件(例如S7-200的SM0.0或FX系列的M8000)的常开触点来实现子程序的无条件调用。

      不同品牌的PLC的子程序大致可以分为两种,一种子程序没有输入、输出参数和局部变量,另一种则有。
       1.什么是全局变量和局部变量?
        以西门子的S7-200为例,输入I、输出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,可以在符号表中为全局变量定义符号名。
       程序组织单元(Program Organizational Unit)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,局部变量用L(Local)来表示,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。
       2.局部变量有哪些类型?
       子程序可以使用下列局部变量:
       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。主程序和中断程序的局部变量表中只有TEMP变量。
       2) IN(输入参数)由调用它的POU提供的传入子程序的输入参数。
       3) OUT(输出参数)是子程序的执行结果,它被返回给调用它的POU。
       4) IN_OUT(输入_输出参数)的初始值由调用它的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表中只有临时变量TEMP。
       3.子程序的输入、输出参数有什么作用?
       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。编程人员为设备的各部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,就可以用它们快速“组装”出满足不同的用户要求的控制程序。就好像可以用数字集成电路芯片组成复杂的数字电路一样。
       如果子程序没有输入、输出参数,这种子程序没有明确的软件接口,使用起来很不方便。
       4.局部变量有什么优点?
       1) 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。将它移植到别的项目时,需要对各POU使用的全局变量作统一安排,以保证不会出现地址冲突。当程序很复杂,子程序很多时,这种地址分配是很花时间的。
       如果子程序有局部变量,并且在子程序中只使用局部变量,不使用全局变量,因为与其他POU没有地址冲突,不作任何改动,就可以将子程序移植到别的项目中去。
       为了减少移植子程序的工作量,在子程序中应尽量避免使用全局变量和全局符号。
       2) 如果使用局部变量表中的临时变量(TEMP),同一片物理存储器可以在不同的程序中重复使用。

    下面以S7-200为例,介绍子程序的编程和调用的过程。
    1.创建子程序
    生成项目时,自动生成一个子程序。打开程序编辑器,执行“编辑”菜单中的命令“插入”→“子程序”,将自动生成和打开新的子程序。
    2.生成局部变量
    名为“模拟量计算”的子程序如下图所示,在该子程序的局部变量表中,定义了3个输入(IN)参数,一个输出(OUT)参数,和名为“暂存1”的临时(TEMP)变量。局部变量表最左边的一列是自动分配的每个变量在局部存储器(L)中的地址。

 

    3.编写子程序的梯形图
    局部变量表的下面是程序区(见上图),输入参数“转换值”是来自模拟量输入模块的与模拟量成正比的转换值,输出参数“模拟值”是计算出的对应的模拟量(例如压力、温度等)的工程值。子程序中变量名称前的“#”表示该变量是局部变量,它是编程软件自动添加的,输入局部变量时不用输入“#”号。特殊存储器位SM0.0的常开触点总是闭合。
    4.子程序的调用
    可以在主程序、其他子程序或中断程序中调用子程序,调用子程序时将执行子程序中的指令,直至子程序结束,然后返回调用它的程序中该子程序调用指令的下一条指令之处。
    创建子程序后,在上图左边指令树最下面的“调用子程序”文件夹中自动生成刚创建的子程序“模拟量计算”对应的图标。
    在梯形图程序中插入子程序调用指令时,首先打开主程序,显示出需要调用子程序的网络。打开指令树最下面的“调用子程序”文件夹,用鼠标左键按住需要调用的子程序图标,将它“拖”到程序编辑器中需要的位置。放开左键,子程序块便被放置在该位置。

 

    子程序方框中左边的“转换值”等是在子程序“模拟量计算”的变量声明表中定义的输入参数,右边的“模拟值”是输出参数。它们被称为子程序的形式参数,简称为形参,形参在子程序内部的程序中使用。调用子程序时,需要为每个形参指定实际的参数(简称为实参),例如为形参“转换值”指定的实参为模拟量输入字AIW2(见上图)。
    子程序调用指令中的实参的有效操作数为存储器地址、常量、全局符号和调用指令所在的POU中的局部变量,不能指定被调用子程序中的局部变量。
    CPU调用子程序时,输入参数被复制到子程序的局部存储器,子程序执行完后,从局部存储器复制输出参数到指定的输出参数地址。

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