西门子S7-400中央处理单元CPU412-2西门子中国一级总代理 西门子PLC代理商

西门子S7-400中央处理单元CPU412-2西门子中国一级总代理 西门子PLC代理商

西门子S7-400中央处理单元CPU412-2西门子中国一级总代理 西门子PLC代理商

西门子PLC面向对象编程

　面向对象编程是计算机gaoji语言的一种gaoji编程模式，这种设计思想也可以应用于工业控制系统的plc程序中。我们无法实现面向对象编程的许多youxiu特性，如“继承性”甚至完全不具备面向对象编程语言的特性，但面向对象编程的基本概念是类和类的实例(即对象)，我们只需要使用这个概念。在计算机编程中，我们需要在编写类之前抽象和一些东西。在工业控制系统中，电机、阀门等控制对象是显而易见的控制类别，无需抽象就可以显而易见地为其编写类。下面将用西门子的Step7编程语言和施耐德的Unity编程语言来讲解PLC的面向对象编程。

　　一、实施方式

　　面向对象编程在步骤7中使用功能块(FB)编程。说到这个，我们会想到西门子提出的模块化编程。是的，就是这个模块化编程。西门子提出的模块化、后台数据块、多背景等术语，并不能让所有人都非常清楚地理解和使用这个youxiu的设计理念。如果你从面向对象编程的角度来理解它，你就能很好地理解这种设计模式。“FB块”被视为“类”，可视为同类控制对象的代码归纳。比如MM440的变频器可以写FB块:MtrMM440，在面向对象编程中称为“类”。当需要对特定的电机进行编程和控制时，可以给它分配一个后台DB块，在面向对象编程中称为类的实现(即创建class:object的一个实例)。需要时，FB块可以作为实现类的参考。在步骤7中还有另一种程序块，即FC块。基于FC块的编程在西门子称为结构化编程，也可以与计算机编程中面向过程的编程相比较，即单纯基于函数的编程。

　　施耐德的Unity软件编程可以更好的理解面向对象编程。它的DFB定义包括输入/输出参数、私有/共享变量和代码实现，它们是计算机面向对象编程中“类”的基本元素。创建类的实例(对象)就像创建普通的“布尔”变量一样，只需在“功能块”中定义这个“类”的变量。

　　Step7和Unity都可以采用面向过程和面向对象的编程方法。这两种编程方法的区别类似于计算机gaoji语言中C语言和C++语言编程的区别。

　　下面的解释将把步骤7中的FB和Unity中的DFB称为“类”，步骤7中的FB+背景DB和Unity中的DFB实例称为“对象”。

　　二、面向对象的编程架构

　　以上解释是关于实现细节，编程思路是基于程序架构的。如果不在本地使用面向对象的方法，可以称为这种编程或面向对象编程。这种编程需要从以下几个方面入手:

　　1.结构化电路设计。

　　本文主要介绍自动线，它可以是单机的简化结构。

　　自动线级:这是Zuigaoji别，它有一个主控PLC，控制其下的区域。

　　工程层:有独立的配电系统，但没有PLC，只有分布式模块，由自动线控制。顾名思义，它具有很大的独立性，可以作为一个单独的项目进行设计和制造。当自动线很小时，这个级别可以省略。

　　功能组层:根据工艺划分，将实现某一工艺功能的工段设备划分为一个功能组，属于工程层，当省略工程层时，属于自动线层。

　　面向对象编程不一定需要使用上述结构，好的电气结构更有利于面向对象编程。

　　2.任何控制对象逻辑都是在“类”中实现的。

　　为此，有必要分析与受控对象相关的信息。例如，对于电机，需要考虑以下相关信息:

　　输入信息:

　　、电路保护信息，如电机的空气开关、热继电器等。

　　、功能保护信息，如电机限位开关、风扇气压开关、油泵油位开关等。

　　、启停条件下，上述电路保护和功能保护可能导致电机运行终止，而复位也可能导致重启，但这里的条件是指正常运行的启停条件，如顺序控制的流程步骤。

　　控制方式:如手动和自动。

　　故障复位:通过复位信息重启。

　　输出信息:

　　控制输出，如控制电机的主接触器。

　　，状态信息输出

　　，故障输出

　　.........

　　状态存储信息:

　　用于代码实现的中间变量和可由人机界面读出的状态变量等。

　　将以上所有信息集成到一个类中，并尝试标准化该类的参数。与gaoji编程语言有一些不同。对于Step7，应该遵循的标准是:程序结构用FC实现，对象控制用FB实现。以下结构体系(其电气结构来源于上面的介绍):这只是一个粗略的PLC程序架构体系，好的架构应该更完善、更科学。

　　3.规划数据结构。

　　数据结构的定义很重要，尽量统一这些结构，不用担心存储空间。如今的PLC内存足以容纳大量数据。有一点是，在步骤7中，我们应该尽量不要在类外定义数据结构(UDT)，而是在类内定义它。会造成同一结构在不同类中的重复定义，但会提高类的独立性。

　　第三，优越性

　　1.标准化

　　使用这种设计模式，程序设计可以分为两个阶段，即标准库、基础架构开发和实际应用级设计。其中，标准库和基础架构是使程序标准化的基础，而应用层设计是针对具体的控制工程编程，这样程序员可以分为两类，一类是标准开发，由zishen程序员负责，另一类是应用设计(包括程序调试规划到应用设计)，由经过标准化培训的一般程序员完成。通过这种分配，可以解决中国工业自动化面临的尴尬局面。在中国传统的受控行业，一个程序是一个人设计的，他还必须负责现场调试，经验丰富的程序员一般都是30岁以后，已经结婚了，显然长期出差对家人不好，很多youxiu的程序员为了家庭考虑不得不改行，要么转行到管理岗位，要么去制造工厂维修设备，这是资源的严重流失。毫无疑问，使用上述设计流程，我们可以让有经验的程序员设计标准库和架构，让刚踏入这个行业的年轻人设计和调试应用。这不仅能让老程序员在不影响家庭的情况下继续自己的工作，还能让年轻程序员参与现场调试，培养自己的经验，增加收入。

　　这可能会让一些人担心年轻程序员能否参与现场调试？可以肯定的是，没有标准化支持的程序不仅可以由年轻的程序员编译，在现场调试中也存在很多问题。有了好的标准化，一年半以上工作经验的程序员应该可以独立面对自动线。

　　PLC中面向对象编程的核心是黑盒编程。对于步骤7，我们使用FB来控制每个对象。控制逻辑、报警处理和信号交换都在FB中。对于应用程序设计人员来说，他们不需要了解里面的代码实现，只需要知道FB的功能以及如何很好地使用它，这就大大降低了对应用人员编程能力的要求。对于编程，他们只是遵循架构，复制代码并更改输入和输出条件。

　　调试呢？很多人认为使用FB编程Zui大的麻烦是在反复调用FB后无法诊断这些代码。严格来说，这是真的。除了从后台数据库查看信息，我们无法监控FB反复调用后的代码。但正如我所说，这是黑盒编程。我们不需要诊断这些代码，只需要知道什么样的输入和什么样的参数设置导致什么样的输出。代码的逻辑和功能是标准库开发人员的责任，这就要求标准开发人员在不同的条件下对自己设计的功能块进行不同的测试，以保证正确性，还要编写完整详细的功能描述文档，方便应用程序设计人员理解这些块。标准架构不是一劳永逸制定出来的，需要针对千变万化的项目不断完善和修订，这也是工程公司实际可以积累知识的地方。

　　程序不仅需要调试人员使用，还需要用户(设备维护人员)知道，如果将完整的标准库文档交给用户，可能存在技术泄露的可能；如果没有，可能很难为他们诊断设备，这就需要标准制定者制作另一个文档，即设备维护文档，而知识的公开jinxian于用户使用程序进行诊断的能力。

　　2.可重用性和可管理性

　　计算机面向对象编程的优点还包括可重用性和易于管理，这在可编程逻辑控制器中也有应用。以步骤7为例，有必要讨论FC和FB的区别。观察数据类型，FB只比FC多了一个“STAT”类型。在使用中，FB需要后台DB，而FC不需要。但由于这种差异，FB有自己独立的数据存储空间，而FC的数据存储必须依赖公共变量(如中间变量M或共享DB)。有一个规则，程序块的独立性越强，它的可重用性越好，数据访问冲突的可能性越小，管理也越容易。有些公司生产的PLC，其编程语言没有类似FB的这个特性，可以用类似“FC+共享DB”的替代解决方案来解决，但其独立性已经大大降低。

　　同一代码的独立性是制定标准的重要环节。很难想象一个与其他功能块有着千丝万缕联系的功能块，能够在不同的项目中被有效地复用为标准块。

　　纵观计算机语言的发展，Zui初的编程是令人恐惧的，但今天的编程给了人们极大的解脱。有许多现成的标准类库可供实际使用。人们可以把更多的编程精力投入到实现功能本身。plc编程也应该朝着这个方向发展。更多的人应该从事应用级的设计。那些标准功能块不应该由不同的人重复开发。各大PLC工厂都开发了大量的程序库，但不同行业的工业控制对象也各不相同，此处可以结合plc视频教程来学习。

　　3.先进的设计理念

　　在电路图设计中，我们已经使用了控制对象的绘制方法，即在配置好基本的主配电电路和PLC后，我们将为电机、阀门、气缸等各个现场控制对象绘制电路图。它们的电源来自独立的分配电路，控制和反馈与PLC相连，硬件链根据实际情况调整，控制对象堆砌得像积木一样有组织。同样，编程也可以通过对每个控制对象使用相应的标准控制块来实现，有效地封装了程序的控制细节，使程序看起来简洁，易于维护，而好的设计可以使原理图和程序有很好的连接，甚至实现一对一的关系。比如原理图中的一个控制对象可以在程序中找到对应的FB调用，真正实现控制面向对象编程。

　　有些人可能会有疑问，PLC编程大多是分步编程，每个标准块都是针对控制对象的，那么如何实现控制顺序呢？这就需要编写一个专门的FB块进行顺序控制，或者用西门子现成的Graph7来实现，这和一般的编程没什么区别。

　　目前工业控制领域有很多程序大师。他们非常精通算法，有自己的编程思路。当我和一些人讨论标准化时，他们意识到标准化的高效率，但他们认为这不能反映他们的编程水平。是的，如上所述，应用层面的编程不应该有很高的编程水平，想一想，一个人能一辈子都在做现场调试吗？如果你想展示你的价值，你可以从事标准编程。也希望他们能花一点时间研究一下程序架构，各行各业，真正的高手是系统架构设计师，而编程小技巧只是一个好架构的锦上添花。本文来源：www.jcpeixun.com。

————————————————

版权声明：本文为CSDN博主「xufen915」的原创文章，遵循CC 4.0BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。

原文链接：https://blog.csdn.net/xufen915/article/details/122187685

西门子PLC程序的结构形式

1.plc程序的结构体系

无论PLC控制系统有多么复杂，归根到底，PLC用户程序都是由大量基本编程指令所组成的集合。

设计者可以根据控制对象各部分的不同要求，通过对要求的分解，运用基本指令编制出相应的程序网络(Network)或由几个网络组成的简单“功能程序段”。在此基础上，只要将这些程序网络或功能程序段，按照控制系统的动作要求，以S7程序规定的格式进行排列与组合，就可以组成完整的PLC程序。

所谓PLC的程序结构，就是组成PLC程序的各种网络(Network)或“功能程序段”在PLC内部的组织、管理形式。

在PLC上，从CPU操作系统对程序执行管理的角度看，PLC程序可以分为“线性化结构”与“分块式结构”两种不同的结构体系，每一体系又可以分若干不同的结构形式。

(1)线性化结构体系

采用线性化结构体系的PLC用户程序不分块，全部指令都集中在同一个程序块中。执行PLC程序时，CPU的每次循环扫描都是按照从上至下的次序，行PLC用户程序的所有指令。

线性化结构体系是一种控制对象相对较简单的小型PLC系统常用的结构体系。

(2)分块式结构体系

分块式结构体系的PLC用户程序由多个不同的“程序块”所组成，执行PLC程序时，需要根据外部输入条件与程序中规定的控制要求，由负责管理的主程序通过对不同程序块的调用与选择，决定每次循环扫描实际需要执行的程序块。

对于控制复杂、程序容量大的大中型PLC系统，出于方便设计、检查、调试等方面的考虑，通常采用分块式结构。

PLC用户程序的两种结构体系各有其特点，实际使用时采用何种程序结构体系，一方面决定于PLC所具备的功能，另一方面取决于程序设计者的选择。

2.线性化结构

按照线性化结构体系设计时，程序常见的形式有“普通线性化结构”与“分时管理线性化结构”两种。

(1)普通线性化结构

普通的线性结构程序Zui为简单，设计者只需要将由基本指令组成的全部网络与功能程序段，进行逐网络、逐段排列即可。

只要程序中没有特定的次序要求(如为了产生边沿脉冲的需要等)，组成程序的各网络与功能程序段就可以在PLC程序中任意排列，其位置与程序的执行结果无关。

CPU执行普通的线性结构程序时，总是对全部程序指令按照输入采样、执行程序、输出刷新三个阶段不断循环，全部输入、输出信号的采样与刷新时间统一，每次处理的时间(循环扫描时间)固定。

在S7-200/300/400系列PLC中，如果将全部PLC用户程序都编制在组织块OB1中，即属于此结构。

(2)分时管理线性化结构

在部分PLC中，为了满足控制系统中需要高速处理的信号特殊控制要求，线性结构的程序也可以采用“分时管理线性化结构”的结构形式(见图11-1.1)。

采用“分时管理线性化结构”时，设计者可以根据控制系统的需要，将线性化结构的PLC用户程序划分为“高速扫描循环”与“普通扫描循环”两部分。

程序中的高速扫描部分可以由设计者定义扫描时间间隔，在执行过程中这一时间间隔保持固定不变。即：对于高速扫描程序段，设计者可以人为地规定程序的执行时间，CPU必须在规定的时间内完成高速扫描程序段的输入采样、执行程序、输出刷新循环过程，PLC对“高速扫描循环”程序中输入/输出信号的处理速度，可以远远高于正常PLC循环程序中对输入/输出信号的处理速度。

程序中的其他部分为普通扫描部分，执行正常速度的扫描。在程序的执行过程中，如果普通扫描部分的程序执行时间已经到达高速扫描时时间间隔，CPU立即中断普通扫描，保存执行状态，并转入对高速程序段的扫描：等到高速段程序执行结束后，再继续恢复对普通程序的扫描(见图11-1.1)。这样的过程在整个PLC程序执行中需要进行多次。由于高速扫描的多次中断，普通PLC程序段的扫描时间将比正常执行的情况更长。

采用这种方式的特点是：在线性结构体系的程序可以处理PLC的高速输入/输出信号，以满足特殊的控制要求。当然，根据实际系统的需要，程序中也可以没有高速扫描的程序段，不可以将全部程序都作为高速程序。

3.分块式结构

分块式结构体系的PLC程序由多个程序块组成，由统一的程序“组织块”对各程序块进行组织与调度，“组织块”根据规定的条件与顺序依次调用各程序块。

采用了分块式结构体系的PLC程序，在实际处理过程中可以根据不同的外部输入条件与控制要求，每次循环扫描可以跳过某些程序块，仅对需要处理的程序块进行扫描，从而加快PLC程序的执行速度，缩短扫描时间。

根据PLC的不同，分块式结构体系的PLC程序可以采用主、子程序结构、功能调用式结构与结构化编程等形式实现。

(1)主、子程序结构

采用主、子程序结构的PLC用户程序，一般可以由主程序、子程序、中断程序等不同的程序块所组成，并且按照规定的顺序排列(如在S7-200中，程序块按照主程序、子程序、中断程序的顺序依次排列)。

在主、子程序结构程序中，主程序为PLC每次扫描都必须执行的程序块，必须予以编制;而子程序、中断程序可以根据实际需要进行编写与调用。

主、子程序结构的PLC程序与线性化结构相类似，如果程序中没有编制子程序、中断程序，它便成了线性结构的程序。

(2)功能调用式结构

功能调用式结构的PLC程序执行过程与主、子程序结构类似，但组成程序的各逻辑块按照不同的功能进行编排，无主、子之分。组成功能调用式结构的每一程序块都代表着控制对象的一组相对独立动作，逻辑块由特定的“块”进行统一的管理与调用。

在S7-300/400系列PLC中，以上用于管理与调用的程序块称为组织块(OBl)，其余逻辑块分别称程序块(FC)、功能块(FB)、数据块(DB)等。

一般而言，功能调用式PLC程序在CPU的一个扫描周期内，对同一程序块的调用次数不会超过一次;当超过一次时则称为“结构化编程”。

(3)结构化编程

结构化编程的程序结构形式与调用式完全相同，程序同样由多个程序块组成，并通过“组织块”对其进行组织与管理，但它采用了“参数化编程”的方法。

采用结构化编程的程序，在同-PLC扫描周期内可以多次重复调用程序中的同一程序块，对于动作相同或相似的程序，可以通过在PLC程序中编写一个“公用程序块”，利用重复调用来实现。

为了保证“公用程序块”能控制不同的对象，必须将组成程序的各种操作数进行“参数化”，即：

①“公用程序块”中的所有信号的地址必须是可以变化的，即“公用程序块”中一般不能使用“juedui地址”，而应采用“程序变量”(形式参数)进行编程。

②调用“公用程序块”前，为了使得程序中的所有信号有明确的含义，必须对“程序变量”(形式参数)进行赋值，即将“程序变量”定义成有明确含义的juedui地址。CPU必须划分一个专门的存储器区域用于存储这些赋值参数。S7-300/400中的“局部变量堆栈L”与“即时数据块DI”就是为了实现这一目的而专门设定的存储区域。

结构化编程的程序简洁，所占用的内存容量小，但需要涉及程序块、功能块、数据块、局部变量等概念，对编程人员的要求高。