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為了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，STEP 7將用戶程序分類歸并為不同的塊，根據(jù)程序要求，可選用組織塊（OB）、功能塊（FB）、或功能（FC)三種類型的邏輯塊，而數(shù)據(jù)塊（DB）或（DI）則用來存儲執(zhí)行用戶程序時所需的數(shù)據(jù)。

三種編程方法：

（一）線性編程：將整個用戶程序?qū)懺谝粋€指令連續(xù)的塊中，處理器線性地或順序地掃描程序的每條指令。

（二）分部編程：將用戶程序分成相對獨立的指令塊、每個塊包含給定的部件組或作業(yè)組的控制邏輯。

（三）結(jié)構(gòu)化編程：要求用戶程序提供一些通用的指令塊，以便控制一類相似或相同的部件，給通用指令提供的參數(shù)進一步說明各部件的控制差異。

一、數(shù)據(jù)塊及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

用戶程序運行所需的大量數(shù)據(jù)或變量存儲在數(shù)據(jù)塊中，數(shù)據(jù)塊也是實現(xiàn)各邏輯塊之間交換、傳遞和共享數(shù)據(jù)的重要途徑。 對于CPU 314，用作數(shù)據(jù)塊的存儲器最多8KB，用戶定義的數(shù)據(jù)總量不能超過這個限制。對于數(shù)據(jù)塊必須遵循先定義后使用的原則。

1、定義數(shù)據(jù)塊

定義內(nèi)容包括數(shù)據(jù)塊號及塊中的變量（包括：變量符號名，數(shù)據(jù)類型以及初始值等）。數(shù)據(jù)塊在使用前，必須作為用戶程序的一部分下載到CPU 中。

2、訪問數(shù)據(jù)塊

訪問時需要明確數(shù)據(jù)塊號和數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)類型與位置。根據(jù)明確數(shù)據(jù)塊號的不同方法，可以用以多種方法訪問數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)。

由于有兩個數(shù)據(jù)塊寄存器（DB和DI寄存器），所以，最多可以同時打開兩個數(shù)據(jù)塊。一個作為背景數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊的起始地址存儲在DI寄存 器中；另一個作為共享數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊的起始地址存儲在DB寄存器中。 打開背景數(shù)據(jù)塊，在調(diào)用FB時可以自動實現(xiàn)，由于調(diào)用FB時使用DI 寄存器，所以，一般不在FB程序中用OPN DI n指令打開數(shù)據(jù)塊。

3、背景數(shù)據(jù)塊和共享數(shù)據(jù)塊 任何FB、FC或OB均可讀寫存放在共享數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)。背景數(shù)據(jù)塊是FB運行時的工作存儲區(qū)，它存放FB的部分運行變量。調(diào)用FB時， 必須一個相關(guān)的背景數(shù)據(jù)塊。作為規(guī)則，只有FB塊才能訪問存放 在背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)。一般情況下，每個FB都有一個對應(yīng)的背景數(shù) 據(jù)塊，一個FB也可以使用不同的背景數(shù)據(jù)塊。如果幾個FB需要的背景數(shù)據(jù)*相同，為節(jié)省存儲器，則可以定義成一個背景數(shù)據(jù)塊，供它們分別使用。

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、用戶數(shù)據(jù)類型

STEP 7允許將基本或復(fù)式組合成“用戶"自已定義的數(shù)據(jù)類型，這種類型稱為用戶數(shù)據(jù)類型（UDT）。用戶數(shù)據(jù)類型必須首先單獨建立，并存放 在稱為UDT的特殊數(shù)據(jù)塊中。

建立用戶數(shù)據(jù)類型的目的，是為了將UDT作為一種數(shù)據(jù)類型使用，以方便定義多個結(jié)構(gòu)相同的構(gòu)造變量。

2、功能塊編程及調(diào)用

一個程序由許多部分（子程序）組成，STEP 7將這些部分稱為邏輯塊，并允許塊間相互調(diào)用。

功能塊由兩個主要部分組成：一部分是每個功能塊的變量聲明表，變量聲表聲明此塊的局部數(shù)據(jù)；另一部分是邏輯指令組成的程序，程序要用到變量聲明表中給出的局部數(shù)據(jù)。

當調(diào)用功能塊時，需要提供塊執(zhí)行時要用到的數(shù)據(jù)或變量，也就是將外部數(shù)據(jù)傳遞給功能塊，這稱為參數(shù)傳遞。

3、變量聲明表（局部數(shù)據(jù)）

局部數(shù)據(jù)分為參數(shù)和局部變量兩大類，局部變量又包括靜態(tài)變量和臨時變量（暫態(tài)變量）兩種。參數(shù)是在調(diào)用塊和被調(diào)用塊間傳遞的數(shù)據(jù)。靜態(tài)變量和臨時變量是僅供邏輯塊本身使用的數(shù)據(jù)。

4、邏輯塊局部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型

在變量聲明表中，要明確局部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型，這樣操作系統(tǒng)才能給變量分配確定的存儲空間。局部數(shù)據(jù)可以是基本數(shù)據(jù)類型或是復(fù)式數(shù)據(jù)類型， 也可以是專門用于參數(shù)傳遞的所謂“參數(shù)類型"。

STEP 7對分配給塊局部數(shù)據(jù)（在變量聲明表中）的數(shù)據(jù)類型（基本、復(fù)式、參數(shù)）是有一定限制的。

STEP 7允許用物理地址（絕對地址）或符號地址或常數(shù)等形式作為實參給形參賦值，但對于不同的形參類型，STEP 7限制了賦值形式。

5、功能塊編程與調(diào)用舉例對功能塊編程分兩步進行:第一步工作是定義局部變量（填寫局部變量表）；第二步是編寫要執(zhí)行的程序。寫功能塊程序時，可以兩種方式使用局部變量：

①使用變量名，此時變量名前綴“＃"，以區(qū)別于在符號表中定義的符號地址，增量方式下，前綴 會自動產(chǎn)生；

②直接使用局部變量的地址，這種方式只對背景數(shù)據(jù)塊和L堆 棧有效。

例一：二分頻器

二分頻器是一種具有一個輸入端和一個輸出端的功能單元,輸出頻率為輸入頻率的一半。

（1）FC1的變量聲明表

（2）FC1梯形圖程序

（3）OB1調(diào)用梯形圖程序

例二：時鐘脈沖發(fā)生器

使用定時器實現(xiàn)自由設(shè)定時鐘脈沖發(fā)生器功能脈沖占空系數(shù)1:1。

（1）FC1變量聲明表

（2）FC1梯形圖程序

（3）OB1調(diào)用梯形圖程序

三、可編程序控制器應(yīng)用設(shè)計

PLC系統(tǒng)設(shè)計步驟：

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技術(shù)規(guī)范

1、引言

近年來，計算機控制已被迅速地推廣和普及，工業(yè)控制計算機、plc、變頻器、觸摸屏、機器人、柔性制造系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。將不同的生產(chǎn)設(shè)備連在一個網(wǎng)絡(luò)中，相互之間進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)分散控制和集中管理，是計算機控制系統(tǒng)發(fā)展的大趨勢，所以，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)和plc的通信是工業(yè)控制中的重要研究課題。通信的方式包括并行通信和串行通信。并行數(shù)據(jù)通信方式是以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，除了8根或16根數(shù)據(jù)線、一根公共線外，還需要通信雙方聯(lián)絡(luò)用的控制線。并行通信的傳輸速度快，但是傳輸線的根數(shù)多，成本高，一般用于近距離的傳輸，例如計算機于**機之間的通信。串行數(shù)據(jù)通信方式是以二進制的位(bit)為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，每次只傳送一位，除了公共線外，在一個數(shù)據(jù)傳輸方向上只需要一根數(shù)據(jù)線，這根線既作為數(shù)據(jù)線又作通信聯(lián)絡(luò)的控制線，數(shù)據(jù)信號和聯(lián)絡(luò)信號在這個線上按位進行傳送。串行通信需要的信號線少，最少的只需要兩根線(雙絞線)，適用于距離較遠的場合。計算機和plc都有通用的串行通信接口，工業(yè)控制中一般使用串行通信。

2 、西門子s7-200plc的rs-485通信

2.1 、串行通信的接口標準

串行通信有三種接口標準：rs-232c、rs-442a和rs-485。rs-485是rs-442a的變形，rs-442a是全雙工，兩對平衡差分信號線分別用于發(fā)送和接收。rs-485只有一對平衡差分信號線，不能同時發(fā)送接收。

使用rs-485通信接口和雙絞線可以組成串行通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)中最多可以有32個站，新的接口器件已允許鏈接128個站。

2.2 、s7-200的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

s7-200的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議包括：點對點接口協(xié)議(ppi);多點接口協(xié)議(mpi);profibus協(xié)議;tcp/ip協(xié)議;用戶定義的協(xié)議(自由端口模式)等多達5種類型。

2.3 、西門子s7-200plc的rs-485通信

串行通信是西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信中一種經(jīng)濟、有效的通信方式，rs-485是其最重要的組成部分。圖中r1、r2是阻值為10歐的普通電阻，其作用是防止rs-485信號d+和d-短路時產(chǎn)生過電流燒壞芯片，z1、z2是鉗制電壓為6v，最大電流為10a的齊納二極管，24v電源和5v電源共地未經(jīng)隔離，當d+或d-線上有共模干擾電壓灌入時，由橋式整流電路和z1、z2可將共模電壓鉗制在±6.7v，從而保護rs-485芯片sn75176(rs-485芯片的允許共模輸入電壓范圍為：-7v～+12v)。該保護電路能承受共模干擾電壓功率為60w，保護電路和芯片內(nèi)部沒有防靜電措施。

2.4、rs-232與rs-485的轉(zhuǎn)換

由于pc機的串口是rs-232接口，plc的串口是rs-485接口，所以二者的通信要用到pc/ppi電纜，rs-232接口與rs-485接口的引針對應(yīng)關(guān)系如表1、表2。

3 常發(fā)生的故障解析

3.1常見的故障現(xiàn)象

當plc的rs-485口經(jīng)非隔離的pc/ppi電纜與電腦連接、plc與plc之間連接或plc與變頻器、觸摸屏等通信時時有通信口損壞現(xiàn)象發(fā)生，較常見的損壞情況如下：

(1)r1或r2被燒斷，z1、z2和sn75176完好。這是由于有較大的瞬態(tài)干擾電流經(jīng)r1或r2、橋式整流、z1或z1到地，z1、z2能承受最大10a電流的沖擊，而該電流在r1或r2上產(chǎn)生的瞬態(tài)功率為：102×10=1000w，當然會將其燒斷。

(2)sn75176損壞，r1、r2和z1、z2完好。這主要可能是受到靜電沖擊或瞬態(tài)過電壓速度快于z1、z2的動作速度造成的，靜電無處不在，僅人體模式也會產(chǎn)生±15kv的靜電。

(3)z1或z2、sn75176損壞，r1和r2完好。這可能是受到高電壓低電流的瞬態(tài)干擾電壓將z1或z2和sn75176擊穿，由于電流較小和發(fā)生時間較短因而r1、r2不至于發(fā)熱燒斷。

　　
3.2 故障的原因分析

由3.1中的分析得知plc接口損壞的主要原因是由于瞬態(tài)過電壓和靜電造成，產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓和靜電的原因很多也較復(fù)雜，如由于plc內(nèi)部24v電源和5v電源共地，24v電源的輸出端子l+、m為其它設(shè)備混合供電可能導(dǎo)致地電位變化，從而造成共模電壓超出允許范圍。所以eia-485標準要求將各個rs485接口的信號地用一條低阻值導(dǎo)線連接在一起以保證各節(jié)點的地電位相等，消除地線環(huán)流。

(1)當帶電插拔未隔離的連接電纜時，由于兩端電位不相等電路中又存在諸多電感、電容之類的器件，插拔瞬間必然產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓或過電流?；诖丝紤]，在進行通信接頭插拔的時候，盡量使設(shè)備處于斷電狀態(tài)。

(2)連接在rs-485總線上的其它設(shè)備產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓或過電流同樣會流入到plc，總線上連接的設(shè)備站點數(shù)越多，產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓的因素也越多。

(3)當通信線路較長或有室外架空線時，雷電是必須考慮的干擾。雷電是主要的自然干擾源，雷電產(chǎn)生的干擾可以傳輸?shù)綌?shù)千公里以外的地方。雷電干擾的時域波形疊加成隨機脈沖背景上的一個大尖峰脈沖，這個能量巨大的尖峰脈沖必然會在線路上造成過電壓，造成plc等通信網(wǎng)中所連設(shè)備的損壞，應(yīng)該加以避免或降低損壞程度，減少損失。

4 解決方法

4.1 從plc內(nèi)部考慮

(1)采用隔離的dc/dc將24v電源和5v電源隔離，我們分析了三菱、歐姆龍、施耐德plc以及西門子的profibus接口均是如此

(2)選用帶靜電保護、過熱保護、輸入失效保護等保護措施完善的高擋次rs-485芯片，如：sn65hvd1176d、max3468esa等，這些芯片價格一般在十幾元至幾十元，而sn75176的價格僅為1.5元。

(3)采用響應(yīng)速度更快、承受瞬態(tài)功率更大的新型保護器件tvs或bl浪涌吸收器，如p6ke6.8ca的鉗制電壓為6.8v，承受瞬態(tài)功率為500w，bl器件則可抗擊4000a以上大電流沖擊。若使用不帶故障保護的芯片，如sn75176，可在軟件上作一些處理，從而避免通信異常。即在進入正常的數(shù)據(jù)通信之前，由主機預(yù)先將總線驅(qū)動為大于+200mv，并保持一段時間，使所有節(jié)點的接收器產(chǎn)生高電平輸出。這樣，在發(fā)出有效數(shù)據(jù)時，所有接收器能夠正確地接收到起始位，進而接收到完整的數(shù)據(jù)。

(4)r1和r2采用正溫度系數(shù)的自恢復(fù)保險ptc，如jk60-010，正常情況下的電阻值為5歐，并不影響正常通信，當受到浪涌沖擊時，大電流流過ptc和保護器件tvs(或bl)，ptc的電阻值將驟然增大，使浪涌電流迅速減小。

4.2 從plc外部考慮

(1)使用隔離的pc/ppi電纜，盡量不用廉價的非隔離電纜(特別是在工業(yè)現(xiàn)場)。西門子公司早期出產(chǎn)的pc/ppi電纜(6es7901-3bf00-0xa0)是不隔離的，現(xiàn)在也改成隔離的電纜了。

(2)plc的rs-485口聯(lián)網(wǎng)時采用隔離的總線連接器，如pfb-g，速率為0～1.5mbps自動適應(yīng)，外形和使用方法與西門子非隔離的總線連接相同。

(3)與plc聯(lián)網(wǎng)的第三方設(shè)備，如變頻器、觸摸屏等的rs-485口均使用rs-485隔離器bh-485g進行隔離，這樣各rs-485節(jié)點之間就無“電"的聯(lián)系，也無地線環(huán)流產(chǎn)生，即使某個節(jié)點損壞也不會連帶其它節(jié)點損壞。

(4)良好的接地是工控系統(tǒng)安全可靠運行的重要條件，對于工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)更是如此。在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中，至少有三種分開的地線，通過一點接地。第一條是低電平電路地線(即信號地線)，包括數(shù)字地、模擬地、信號地和直流地等;第二條是噪聲地線，即繼電器、電動機、高功率電路的地線;第三條是機殼接地點，機械外殼、機身、機架、地盤使用，此地線應(yīng)該和交流電源的地線相接。交流電源地線應(yīng)和保護地線相連，以達到避免因公告地線各點點位不均所產(chǎn)生的干擾。rs-485通信線采用profibus總線專用屏蔽電纜，保證屏蔽層接到每臺設(shè)備的外殼并最后接大地。

(5)對于有架空線的系統(tǒng)，總線上最好設(shè)置專門的防雷擊設(shè)施。

5 結(jié)束語

rs-485通信是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的重要組成部分，其網(wǎng)絡(luò)、接口故障是廣大工程技術(shù)人員經(jīng)常遇到的問題，也是影響工控系統(tǒng)穩(wěn)定運行的主要問題之一。處理好這一問題，保證通信系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行，將打打提高工廠自動化的效率。本文的粗淺討論希望能給工程技術(shù)人員在處理實際問題以一定的幫助。