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西门子S7-300/400PLC结构化编程

STEP 7编程语言有以下三种编程方法。

    1．线性化编程

    线性化编程就是将用户程序连续放置在一个指令块内，即一个简单的程序块内包含系统的所有指令。线性化编程不带分支，通常是OB1程序按顺序执行每一条指令，软件管理的功能相对简单。这一结构是初PLC模拟继电器梯形逻辑的模型。线性程序具有简单、直接的特点。编程时，不必考虑功能块如何编程及如何调用，也不必考虑如何定义局部变量及如何使用背景数据块。由于所有的指令在一个块内，因此它适用于只需一个人编写的、相对简单的控制程序。

    2．分部编程

    分部式编程是把一项控制任务分成若干个独立的块，每个块用于控制一套设备或一系列工作的逻辑指令，而这些块的运行靠组织块OB内指令来调用。在分部程序中，既无数据交换，也没有重复利用的程序代码。功能块不传递也不接收参数，分部程序结构的编程效率比线性程序有所提高，程序测试也较方便，对程序员的要求也不太高。对不太复杂的控制程序可考虑采用这种程序结构。

    3．结构化编程

结构化程序把过程要求的类似或相关的功能进行分类，并试图提供可以用于几个任务的通用解决方案。向指令块提供有关信息（以参数形式），结构化程序能够重复利用这些通用模块，只需要在使用功能块时为其提供不同的环境变量（实参），就能完成对不同设备的控制。*结构化（模块化）的程序结构是PLC程序设计和编程有效的结构形式，它可用于复杂程度高、程序规模大的控制应用程序设计。结构化程序有高的编程和程序调试效率，应用程序代码量也小。结构化程序也支持多个程序员协同编程。

    为支持结构化程序设计，STEP7用户程序通常由组织块(OB)、功能块(FB)或功能(FC)三种类型的逻辑块和数据块(DB)组成。STEP 7以文件块的形式管理用户编写的程序及程序运行所需的数据，组成结构化的用户程序。这样，PLC的程序组织明确，结构清晰，易于修改。

    由整个任务分解而产生的单个任务被分配给块，这些块中存储了用于解决这些单个问题所必需的算法和数据。STEP 7中的块，诸如功能(FC)和功能块(FB)，可以赋予参数，通过使用这些块便实现了结构化编程的概念。这意味着解决单个任务的块，使用局部变量来实现对其自身数据的管理；块仅通过其块参数来实现与“外部”的通信，即与过程控制的传感器和执行器，或者与用户程序中的其他块之间的通信。在块的指令段中，不允许访问如输入、输出、位存储器或DB中的变量这样的全局地址。

    结构化编程具有如下一些优点：

    (1)各单个任务块的创建和测试可以相互独立地进行。

    (2)通过使用参数，可将块设计得十分灵活。比如，可以创建一钻孔循环，其坐标和钻孔深度可以通过参数传递进来。

    (3)块可以根据需要在不同的地方以不同的参数数据记录进行调用，也就是说，这些块能够被再利用。

    (4)在预先设计的库中，能够提供用于特殊任务的“可重用”块。

  PLC在CPU中运行的程序包括操作系统和用户程序。操作系统用来组织与特定控制任务无关的功能，如处理PLC的重启、更新I/O过程映像表、调用用户程序、采集和处理中断、识别错误并进行错误处理、管理存储区和处理通信等。用户程序则由用户在STEP 7中创建，并下载到CPU中，它包含处理特定的自动化任务所需要的所有功能，如确定CPU重启或热重启的条件、处理过程数据、响应中断和处理程序正常运行中的干扰等。

  设计时采用线性编程方式将整个程序放在OB1内，如图3-75所示。系统梯形图控制程序由6个网络(Network)构成，各部分的工作情况如下。

    Networkl:实现传送带的启停控制。按动启动按钮SB3可启动传送带；在任何情况下，按动停止按钮SB4，可立即使传送带停止；传送带传动过程中，若*计数器Cl（采用减计数器）计数到0，则立即使传送带停止，以便将装满工件的包装箱搬走。

    Network 2～Network 4：实现次品工件检测。由于传送带只有1号位有一个次品检测传感器，为了在4号位能正确剔除次品工件，编程时设定了一个次品标志字MWO来寄存次品的位置。当次品检测传感器PH1在1号位监测到次品时，即对标志字的MO.O置“1”，然后采用移位的方式，每当物品检测传感器LS检测到一个工件时，即对次品标志字执行一次左移，这样当次品到达4号位时，就会使M0.3变为“1”。在需要时，可按动次品标志复位按钮SB1对次品标志字MWO复位。

    Network 5：次品剔除。程序采用复位优先的SR触发器实现，当次品标志M0.3为“1”，则置位SR触发器，驱动电磁铁YV将次品推出，同时清除次品标志M0.3；当次品落下检测传感器PH2检测到次品已经落下后，立即复位SR触发器，并释放电磁铁。

Network 6：*计数。*计数器C1采用减1计数器，传动带传送过程中，每当*落下时检测传感器PH3动作一次，即对C1执行一次减1操作，当C1减到0时，立即驱动装箱满指示灯HL，同时其常开触点断开，使传送带停止；常闭触点闭合，为Cl复位(装入初值，假设为20)做好准备。当计数器减到0时，如果按动启动按钮SB3，可立即对C1复位，并启动传送带；当计数器还未减到0时，如果按动启动按钮SB3，不能对C1复位，但可以正常启动传送带。在需要时，如果按动*计数器Cl复位按钮SB2，立即复位C1。

  在PLC程序设计时（特别是对功能模块进行编程时），经常需要将某些信号的状态设置为“0”或“1”。因此，通常可以在程序的起始位置，首先编入产生恒“0”与恒“1”的程序段，以便在程序中随时使用。如图3-68所示。

    图3-68 (a)中，MO.O的状态等于信号M0.2的状态与M0.2的“非”信号进行“与”运算的结果，MO.O恒为“0”。

    图3-68 (b)中，MO.1的状态等于信号M0.2的状态与M0.2的“非”信号进行“或”运算的结果，MO.1恒为“1”。

图3-68恒定“开”、“关”信号程序

在梯形图编程中，某些指令先后顺序的调整，从实现的动作上看并无区别，但是，当转换为指令表以后，其指令有所不同，占用的存储器容量也有区别。在编程时应尽可能调整指令，使得程序简化、执行过程简单。

    1．并联支路的处理

    并联支路的设计应考虑逻辑运算的一般规则，当若干支路并联时，应将具有串联触点的支路放在上面，如图3-65所示。这样可以省略程序执行时的堆栈操作，减少指令步数。

    2．串联支路的处理

串联支路的设计同样应考虑逻辑运算的一般规则，在若干支路串联时，应将具有并联触点的支路放在前面，如图3-66所示。这样可以省略程序执行时的堆栈操作，减少指令步数。

图3-65  多支回路的处理

图3-66并联支路的调整

    3．辅助继电器的使用

为了简化程序，减少指令步数，在程序设计时对于需要多次使用的若干逻辑运算的组合，应尽量使用内部辅助继电器。这样不仅可以简化程序，减少指令步数，更重要的是当逻辑运算条件需要修改时，只需要修改内部继电器的控制条件，而无须修改所有程序，如图3-67所示，为程序的修改与调整增加便利。

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