S7-1200 PLC結(jié)構(gòu)化編程的研究和應(yīng)用

黃恭偉，倪受春，汪先兵，鄧景泉，王　偉

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S7-1200 PLC結(jié)構(gòu)化編程的研究和應(yīng)用

黃恭偉1，倪受春1，汪先兵2，鄧景泉1，王偉1

摘要:PLC結(jié)構(gòu)化編程具有程序結(jié)構(gòu)清晰等優(yōu)點(diǎn)，是復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選方法。S7-1200 PLC是具有鮮明結(jié)構(gòu)化編程技術(shù)特點(diǎn)的新型小型PLC。針對S7-1200 PLC結(jié)構(gòu)化編程中，塊的運(yùn)用和編程過程復(fù)雜的問題，歸納分析了各種塊，概括了編程過程，并結(jié)合實(shí)例詳細(xì)闡述編程過程，對學(xué)習(xí)使用S7-1200 PLC結(jié)構(gòu)化編程，具有參考作用。

關(guān)鍵詞:S7-1200；塊；結(jié)構(gòu)化；編程過程

S7-1200系列PLC是西門子公司最新推出的一款小型PLC，相對于目前使用的S7-200系列PLC，具有鮮明的結(jié)構(gòu)化編程技術(shù)特點(diǎn)，并有逐步取代S7-200的趨勢。

PLC程序設(shè)計(jì)一般有線性化編程和結(jié)構(gòu)化編程。結(jié)構(gòu)化編程具有程序結(jié)構(gòu)清晰，代碼執(zhí)行效率高，檢查維護(hù)升級方便等優(yōu)點(diǎn)。一般小型PLC，如S7-200，只有主程序、子程序和中斷程序，程序結(jié)構(gòu)較為簡單，多采用線性化編程編程。S7-1200 PLC程序結(jié)構(gòu)引進(jìn)了組織塊、功能、功能塊和數(shù)據(jù)塊等概念，對于復(fù)雜控制任務(wù)能采用結(jié)構(gòu)化編程。

S7-1200 PLC結(jié)構(gòu)化編程要涉及程序結(jié)構(gòu)中的許多復(fù)雜概念，控制任務(wù)分解及其程序代碼編寫要與各種邏輯塊和數(shù)據(jù)塊對應(yīng)，因此雖然結(jié)構(gòu)化的程序有以上優(yōu)點(diǎn)，但編程過程相對復(fù)雜。針對以上問題，本文在介紹了各種程序結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，概括了結(jié)構(gòu)化編程一般過程，并結(jié)合稱重傳感器的輸出值轉(zhuǎn)化工程值這一實(shí)例詳細(xì)闡述編程過程。

文章對于學(xué)習(xí)S7-1200 PLC結(jié)構(gòu)化編程的高校師生和企業(yè)工程技術(shù)人員有參考和借鑒作用。

1S7-1200 PLC程序結(jié)構(gòu)

S7-1200 PLC程序結(jié)構(gòu)采用與S7-300 PLC相同的塊的概念。其分為組織塊(OB)、功能(FC)、功能塊(FB)和數(shù)據(jù)塊(DB)，其中數(shù)據(jù)塊分為全局訪問的數(shù)據(jù)塊，又稱共享數(shù)據(jù)塊，和特定功能塊FB相關(guān)的背景數(shù)據(jù)塊。

組織塊( OB) 是操作系統(tǒng)和用戶程序之間的接口，由操作系統(tǒng)調(diào)用。其中OB1主循環(huán)程序組織塊是必須創(chuàng)建的，PLC運(yùn)行后，就不斷循環(huán)執(zhí)行OB1。

功能( FC) /功能塊( FB)是用戶自己編的塊，類似子程序。FC和FB不能獨(dú)自運(yùn)行，通過調(diào)用在OB1發(fā)揮作用。

FB與FC 的根本區(qū)別在于功能塊FB 是具有“存儲功能”的塊，用背景數(shù)據(jù)塊DB 作為存儲器。傳遞給FB 的參數(shù)和靜態(tài)變量存在DB 中，臨時變量存在本地?cái)?shù)據(jù)堆棧中。FC 的臨時變量存儲在局域數(shù)據(jù)堆棧中，當(dāng)FC 執(zhí)行結(jié)束后，這些數(shù)據(jù)就丟失了。

背景DB 是和FB 相關(guān)聯(lián)的，創(chuàng)建背景DB 時，必須指定它所屬的FB 序號，而且該FB 必須已經(jīng)存在。在調(diào)用一個FB 的時候，也必須指明一個與之對應(yīng)的背景DB。

共享DB與背景DB 的主要區(qū)別在于，其存儲的數(shù)據(jù)所有OB、FC、FB都可以使用。而背景DB只有特定的FB才能使用。FC、FB、共享DB和背景DB相互關(guān)系如圖1所示。

圖1　FC、FB和DB相互關(guān)系

2線性化編程與結(jié)構(gòu)化編程

線性化編程是將整個程序放在循環(huán)控制組織塊OB1(主程序)中。這種方式的編程不涉及各種塊的概念，程序結(jié)構(gòu)和編程過程簡單，如圖2 a所示。這種編程方式適用于簡單控制任務(wù)使用。

當(dāng)控制任務(wù)較為復(fù)雜時，程序相應(yīng)很長。線性化思想編寫的程序，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清晰，不易與控制任務(wù)相對應(yīng)，使程序調(diào)試、故障檢查難度加大；隨控制任務(wù)變化而進(jìn)行程序修改、代碼移植難以進(jìn)行；有些不經(jīng)常執(zhí)行的控制任務(wù)，其代碼CPU仍然要掃描，執(zhí)行效率低。

結(jié)構(gòu)化編程將控制任務(wù)分解成小任務(wù)，這些任務(wù)由相應(yīng)的程序塊(或稱邏輯塊)，如FC、FB來表示。這些程序塊相對獨(dú)立，根據(jù)條件被OB1調(diào)用或別的程序塊調(diào)用，如圖2 b所示。這種編程方式特別適合復(fù)雜控制任務(wù)。

圖2　線性化編程與結(jié)構(gòu)化編程示意圖

3S7-1200 PLC結(jié)構(gòu)化編程過程

編程前，首先應(yīng)分析控制任務(wù)。對于順序控制的工藝過程，應(yīng)根據(jù)工作內(nèi)容之間的邏輯或時間關(guān)系劃分不同階段。對于無順序關(guān)系的，應(yīng)根據(jù)工作內(nèi)容，劃分工作模塊。對于重復(fù)出現(xiàn)的工作，可以編寫成功能(FC)。然后，根據(jù)各種塊的特點(diǎn)將上述劃分內(nèi)容與之對應(yīng)，并畫出之間的關(guān)系圖。最后按照編程軟件使用規(guī)定編制程序，一般按以下過程進(jìn)行。

圖3　S7-1200 PLC結(jié)構(gòu)化編程過程

根據(jù)圖3可以看出S7-1200 PLC結(jié)構(gòu)化編程過程是比較復(fù)雜的。下面將結(jié)合過程控制中傳感器輸出值轉(zhuǎn)化這一實(shí)例，詳細(xì)闡述S7-1200 PLC結(jié)構(gòu)化編程過程。

3.1控制任務(wù)要求及分析

控制任務(wù)要求是將PLC讀取的兩個稱重傳感器的測量輸出值轉(zhuǎn)化為重量值，并根據(jù)轉(zhuǎn)化結(jié)果指示測量準(zhǔn)確與否。傳感器測量范圍是0-100Kg。當(dāng)接通啟動開關(guān)后，轉(zhuǎn)化開始。轉(zhuǎn)化的重量測量值低于50kg時認(rèn)為測量準(zhǔn)確，指示燈亮；超過50kg時則認(rèn)為測量不準(zhǔn)確,指示燈將以2HZ頻率閃爍。

控制任務(wù)中，兩個傳感器的輸出值轉(zhuǎn)化在方法上、形式上是一樣的，因此可以采用一個功能(FC1)來實(shí)現(xiàn)。由于轉(zhuǎn)化過程有重量值數(shù)據(jù)產(chǎn)生和保存，因此需要使用共享數(shù)據(jù)(DB)和功能塊(FB1)。運(yùn)行時，主程序OB1兩次調(diào)用FB1，F(xiàn)B1調(diào)用FC1程序，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化和判斷任務(wù)。結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　程序結(jié)構(gòu)

3.2創(chuàng)建PLC變量

首先要創(chuàng)建PLC變量，將所需分配的I/O、M區(qū)域的變量填寫入PLC變量表中，如圖5所示。

圖5　PLC變量表

3.3創(chuàng)建功能FC1

創(chuàng)建FC首先根據(jù)要求定義本地變量即形參，如圖6所示，然后運(yùn)用相關(guān)指令編寫代碼，形式上實(shí)現(xiàn)移傳感器輸出值Value_in轉(zhuǎn)化為工程上的重量值Value_Out，如圖7所示。

圖6　FC1本地變量聲明表

圖7　FC1程序代碼

3.4創(chuàng)建共享數(shù)據(jù)塊DB

兩個傳感器輸出值轉(zhuǎn)化的重量值如果需要全局訪問的話，則需要創(chuàng)建共享數(shù)據(jù)塊DB，存放轉(zhuǎn)化的兩個重量值value_1和value_2，如圖8所示。

圖8　全局?jǐn)?shù)據(jù)塊變量聲明表

3.5創(chuàng)建功能塊FB1

重量值等數(shù)據(jù)在程序執(zhí)行結(jié)束后需要保存，因此需要創(chuàng)建功能塊FB1.在FB1中調(diào)用FC1，F(xiàn)C1執(zhí)行結(jié)束后，通過FB1的背景數(shù)據(jù)塊使相關(guān)數(shù)據(jù)得以保存。

創(chuàng)建FB1，首先進(jìn)行本地變量聲明，如圖9所示。系統(tǒng)自動根據(jù)臨時變量外的變量產(chǎn)生背景數(shù)據(jù)塊，以存放數(shù)據(jù)。然后編寫代碼。代碼內(nèi)容就是調(diào)用FC實(shí)現(xiàn)將一個稱重傳感器的輸出值轉(zhuǎn)化為重量值，并對測量準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷，代碼如圖10所示。

圖9　FB1本地變量聲明表

圖10　FB1程序代碼

3.6創(chuàng)建循環(huán)組織塊OB1

OB1是用戶程序的主程序，是必須創(chuàng)建的。創(chuàng)建OB1，首先根據(jù)需要進(jìn)行本地臨時變量的聲明，如圖11所示。然后編寫程序代碼。通過兩次調(diào)用FB1，進(jìn)行實(shí)參向形參傳遞，實(shí)現(xiàn)兩個稱重傳感器的輸出值轉(zhuǎn)化為重量值，并根據(jù)輸出值大小判斷測量準(zhǔn)確與否，代碼如圖12所示。

圖11　OB1本地變量聲明表

圖12　OB1程序代碼

4結(jié)語

S7-1200PLC在程序結(jié)構(gòu)上采用了塊結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)能夠使用結(jié)構(gòu)化編程，很合適復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。由于塊的多樣性，掌握和實(shí)際運(yùn)用它進(jìn)行結(jié)構(gòu)化編程相對較難。對此，文章首先概括性介紹了各種塊及之間關(guān)系，分析了線性化編程和結(jié)構(gòu)化編程的不同點(diǎn)，給出了結(jié)構(gòu)化編程的步驟，并結(jié)合具體實(shí)例，詳細(xì)清晰地?cái)⑹隽薙7-1200PLC結(jié)構(gòu)化編程過程，對以后學(xué)習(xí)和使用這種新型PLC有很好的指導(dǎo)和參考意義。

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責(zé)任編輯：劉海濤

收稿日期：2015-04-20

基金項(xiàng)目：滁州學(xué)院校級教研項(xiàng)目(2012jyy014)；安徽省振興計(jì)劃重大教學(xué)研究項(xiàng)目(2013zdjy150)；滁州學(xué)院科研項(xiàng)目(2014GH24、2014GH17、2014GH23)

作者簡介：黃恭偉，滁州學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，碩士；汪先兵，滁州學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院(安徽 滁州 239000)。

中圖分類號:TP332.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-1794(2015)05-0062-04