說(shuō)起PLC的程序結構，大家都知道PLC有主程序、子程序（S7-300/400稱(chēng)為功能和功能塊）和中斷程序，好像沒(méi)有什么好討論的。實(shí)
際上不同的PLC的程序結構有很大的區別，程序結構體現了編程思想是否先進(jìn)，決定了程序是否有很好的可重用性（可移植性）�？梢�
說(shuō)程序結構是設計一個(gè)理想的自動(dòng)化PLC產(chǎn)品首先應解決的最重要的問(wèn)題。不少?lài)a(chǎn)PLC在程序結構方面存在較大的問(wèn)題，采用理想的程序結構
的國產(chǎn)PLC不多。例如有一家國產(chǎn)PLC自稱(chēng)與三菱的FX2N兼容，但是居然沒(méi)有中斷功能！
1 幾種典型的PLC程序結構
下面介紹幾種常見(jiàn)的PLC的程序結構及其特點(diǎn)：
1．某些國外的小型PLC的程序結構
這些PLC的用戶(hù)程序由主程序、子程序和中斷程序組成。在每一個(gè)掃描循環(huán)周期，CPU都要調用一次主程序。主程序可以調用子程序
，小型控制系統可以只有主程序。
中斷程序用于快速響應中斷事件。在中斷事件發(fā)生時(shí)，CPU將停止執行當時(shí)正在處理的程序或任務(wù)，去執行用戶(hù)編寫(xiě)的中斷程序。
執行完中斷程序后，繼續執行被暫停執行的程序或任務(wù)。
它們的子程序和中斷程序沒(méi)有局部變量，子程序沒(méi)有輸入、輸出參數。
2．西門(mén)子的S7-200的程序結構
過(guò)程映像輸入/輸出（I/Q）、變量存儲器V、內部存儲器位M、定時(shí)器T、計數器C等屬于全局變量。S7-200的程序組織單元(Program
Organizational Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)為POU)包括主程序、子程序和中斷程序。每個(gè)POU均有自己的64字節局部變量，局部變量只能在它所在的
POU中使用。與此相反，全局變量可以在各POU中使用。
下面是子程序可以使用的局部變量：
1) TEMP (臨時(shí)變量)是暫時(shí)保存在局部數據區中的變量。只有在執行該POU時(shí)，定義的臨時(shí)變量才被使用，POU執行完后，不再保存
臨時(shí)變量的數值。
2) IN是由調用它的POU提供的輸入參數。
3) OUT是返回給調用它的POU的輸出參數(子程序的執行結果)。
4) IN_OUT是輸入_輸出參數，其初始值由調用它的POU傳送給子程序，并用同一變量將子程序的執行結果返回給調用它的POU。
主程序和中斷程序的局部變量中只有臨時(shí)變量TEMP。
具有輸入、輸出參數和局部變量的子程序易于實(shí)現結構化編程，對于長(cháng)期生產(chǎn)同類(lèi)設備或生產(chǎn)線(xiàn)的廠(chǎng)家尤為有用。這些廠(chǎng)家的編程
人員為設備的各組件或工藝功能編寫(xiě)了大量的通用的子程序。即使不知道子程序的內部代碼，只要知道子程序的功能和輸入、輸出參數
的意義，就可以通過(guò)程序之間的調用快速“組裝”出滿(mǎn)足不同用戶(hù)要求的控制程序。就好像用數字集成電路芯片組成復雜的數字電路一
樣。
子程序如果沒(méi)有輸入、輸出參數，它和調用它的程序之間沒(méi)有清晰的接口，很難實(shí)現結構化編程。
子程序如果沒(méi)有局部變量，它和調用它的程序之間只能通過(guò)全局變量來(lái)交換數據，子程序內部也只能使用全局變量。將子程序和中
斷程序移植到別的項目時(shí)，需要重新統一安排它們使用的全局變量，以保證不會(huì )出現地址沖突。當程序很復雜，子程序和中斷程序很多
時(shí)，這種重新分配地址的工作量非常大。
如果子程序和中斷程序有局部變量，并且它們內部只使用局部變量，不使用全局變量，因為與其他POU沒(méi)有地址沖突，不需作任何
改動(dòng)，就可以將子程序移植到別的項目中去。
3．西門(mén)子的S7-300/400的程序結構
S7-300/400將子程序分為功能（Function，或稱(chēng)為函數）和功能塊（Function Block）。
S7-300/400的功能與S7-200的子程序基本上相同。它們均有輸入、輸出參數和臨時(shí)變量，功能的局部數據中的返回值實(shí)際上屬于輸
出參數。它們沒(méi)有專(zhuān)用的存儲區，功能執行結束后，不再保存臨時(shí)變量中的數據。
可以用全局變量來(lái)保存那些在功能執行結束后需要保存的數據，但是會(huì )影響到功能的可移植性。
功能塊是用戶(hù)編寫(xiě)的有自己專(zhuān)用的存儲區（即背景數據塊）的程序塊，功能塊的輸入、輸出參數和靜態(tài)變量存放在指定的背景數據
塊中，臨時(shí)變量存儲在局部數據堆棧中。每次調用功能塊時(shí)，都要指定一個(gè)背景數據塊。功能塊執行完后，背景數據塊中的數據不會(huì )丟
失，但是不會(huì )保存局部數據堆棧中的數據。
功能塊采用了類(lèi)似于C++的封裝的概念，將程序和數據封裝在一起，具有很好的可移植性。
S7-300/400的共享數據塊可供所有的邏輯塊使用。
4．IEC 61131-3的程序結構
IEC 61131-3是PLC的編程語(yǔ)言標準。IEC 61131-3是世界上第一個(gè)，也是至今為止唯一的工業(yè)控制領(lǐng)域的編程語(yǔ)言標準。IEC
61131-3有三種POU：程序、功能塊和功能。
功能是有多個(gè)輸入參數和一個(gè)輸出參數（返回值）的POU，返回值的名稱(chēng)與功能的名稱(chēng)相同，需要定義返回值的數據類(lèi)型。調用具
有相同輸入值的功能總是返回相同的結果。功能可以調用其他功能，但是不能調用功能塊或程序。功能可定義的局部變量有VAR和
VAR_INPUT。
功能塊是有多個(gè)輸入/輸出參數和內部存儲單元的POU，功能塊的輸出參數值與其內部存儲單元的值有關(guān)。功能塊可以調用其他功能
塊或功能，但是不能調用程序。
在調用功能塊之前，必須在要調用功能塊的POU中為每次調用聲明功能塊的實(shí)例，操作系統將為每次調用分配功能塊專(zhuān)用的存儲區
（類(lèi)似于S7-300/400的背景數據塊）。
功能因為沒(méi)有內部存儲區，調用時(shí)不需要實(shí)例化。
程序的行為和用途類(lèi)似于功能塊，程序具有輸入和輸出參數，而且可以具有內部存儲區。程序通常包含有對功能和功能塊的調用。
IEC 61131-3定義了若干標準的功能和功能塊。
5．S7-300/400與IEC 61131-3程序結構的區別
1）S7-300/400的功能可以有多個(gè)輸出參數，返回值也屬于輸出參數。IEC 61131-3的功能只有一個(gè)返回值。
2）IEC 61131-3的功能塊用于保存局部變量的專(zhuān)用存儲區是在聲明功能塊的實(shí)例時(shí)分配的，它對用戶(hù)是不透明的，其他POU不能直
接訪(fǎng)問(wèn)該存儲區。
S7-300/400的功能塊的局部變量（不包括臨時(shí)變量）保存在它的背景數據塊中。其他POU可以訪(fǎng)問(wèn)背景數據塊中的變量。如果需要
多次調用同一個(gè)功能塊來(lái)控制同一類(lèi)型的被控對象，每次調用都需要指定一個(gè)背景數據塊，但是這些背景數據塊中的變量又很少，這樣
在項目中就出現了大量的背景數據塊�？梢允褂枚嘀乇尘皵祿䦃K來(lái)減少背景數據塊的數量。但是需要增加一個(gè)用來(lái)管理多重背景的功能
塊。
3）S7-300/400的功能塊的局部變量有臨時(shí)變量和靜態(tài)變量，IEC 61131-3的功能塊的內部變量Var相當于S7-300/400的靜態(tài)變量。
4）S7-300/400將數據區劃分為數據塊來(lái)使用，數據塊的大小與數據塊中定義的變量的數據類(lèi)型和變量的個(gè)數有關(guān)。IEC 61131-3沒(méi)
有數據塊的概念。
2 對國產(chǎn)PLC程序結構的建議
1．小型PLC至少采用類(lèi)似于S7-200的程序結構
鑒于局部變量和子程序的輸入、輸出參數的重要作用，建議小型PLC至少采用類(lèi)似于S7-200的程序結構，子程序有輸入、輸出變量
，子程序和中斷程序有局部變量。
其缺點(diǎn)是子程序沒(méi)有專(zhuān)用的存儲區，如果在執行完子程序后有需要保存的數據，不能使用子程序的臨時(shí)局部變量，只能使用全局變
量來(lái)保存它們。這樣的子程序沒(méi)有完全解決可移植性問(wèn)題。
2．建議采用IEC 61131-3的程序結構
S7-300/400或IEC 61131-3的程序結構比較理想，其功能塊內部可以全部使用局部變量，不使用全局變量，徹底解決了程序塊的可
移植性問(wèn)題。相對而言，IEC 61131-3的程序結構比較簡(jiǎn)單。
有的國產(chǎn)PLC自稱(chēng)符合IEC 61131-3標準，我認為該標準的核心和精髓是程序結構，是檢驗真假I(mǎi)EC 61131-3的試金石。為了產(chǎn)品的
長(cháng)遠發(fā)展，建議國產(chǎn)PLC采用IEC 61131-3的程序結構
滬公網(wǎng)安備31010802001143號
