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STEP 7不僅從不同層次充分支持合理的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且也簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜程度。

一個復(fù)雜的自動化過程可以被分解并定義為一個或多個項目(PROJECT)；而對于每個項目，又可以進(jìn)一步分解并定義給一個或多個CPU，每個CPU都有一個控制程序(CPU_PROGRAM)。圖5.10顯示了一個樣本過程，它分成4個不同的項目：項目1和項目2只有一個CPU，而項目3和項目4有多個CPU。這樣，一個很復(fù)雜的控制任務(wù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，就被簡化為各個CPU程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計。項目間或項目中的各CPU程序之間，能以某種方式聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息共享。如在S7協(xié)議支持下，用MPI網(wǎng)以全局?jǐn)?shù)據(jù)通信的方式可方便地建立起聯(lián)系，實現(xiàn)一個項目中各CPU共享信息

典型的情況是一個過程控制任務(wù)只有一個項目，該項目下也僅有一個CPU程序，每一個CPU程序又可依據(jù)時間特性或事件觸發(fā)特性的差異分類編入不同的組織塊(OB)中。例如，需要以固定時間間隔循環(huán)執(zhí)行的那部分程序編入組織塊OB35中，為PLC正常運行而需進(jìn)行初始化的程序編入組織塊OBl00中。又如，由硬件觸發(fā)的中斷服務(wù)程序編入組織塊OB40中，對程序執(zhí)行中產(chǎn)生的同步錯誤的響應(yīng)處理程序編入組織塊OB121或OB122中。

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對于各組織塊中的程序，可以根據(jù)其復(fù)雜程度分別選用線性、分部或結(jié)構(gòu)化等三種形式中的一種程序結(jié)構(gòu)。由于組織塊OB1(主程序循環(huán))中的程序是應(yīng)用程序中主要的也是復(fù)雜的部分，因此，對OB1中的程序設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)是十分重要的。下面分別說明三種典型結(jié)構(gòu)的特點及選用原則。

1. 線性程序結(jié)構(gòu)

用“線性"結(jié)構(gòu)設(shè)計的程序連續(xù)放置在一個塊內(nèi)(通常為OB1)，塊中的程序按順序執(zhí)行。這一結(jié)構(gòu)是初的PLC模擬的繼電器梯形邏輯的模型。線性程序具有簡單、直接的特點。編程時，不必考慮功能塊如何編程及如何調(diào)用，也不必考慮如何定義局部變量及如何使用背景數(shù)據(jù)塊。由于所有的指令在一個塊內(nèi)，因此它適用于只需一個人編寫的、相對簡單的控制程序。

這是一種部分模塊化的程序結(jié)構(gòu)，也稱為部分結(jié)構(gòu)化。程序被分成各部分放在若干功能塊中，每個功能塊含有用于一種設(shè)備的一系列控制邏輯。放置在組織塊OB1中的指令決定控制程序的各功能塊的執(zhí)行。比如說，一個分部程序可能包含以下內(nèi)容：

(1) 用于控制設(shè)備每一部分的FC；

(2) 用于控制設(shè)備每一工作狀態(tài)的FC；

(3) 用于控制操作員接口的FC；

(4) 用于進(jìn)行PLC自診斷的FC。

在分部程序中，既無數(shù)據(jù)交換也沒有重復(fù)利用的程序代碼。各功能塊收集并使用自己的數(shù)據(jù)，功能塊不傳遞也不接收參數(shù)，功能塊的編程與調(diào)用比較簡單。由于每個功能區(qū)分為不同的塊，因而使得多個程序員能夠同時編程而不發(fā)生沖突。分部程序結(jié)構(gòu)的編程效率比線性程序有所提高，程序測試也較方便，對程序員的要求也不太高。對不太復(fù)雜的控制程序可考慮采用這種程序結(jié)構(gòu)。

3. 結(jié)構(gòu)化程序結(jié)構(gòu)

*結(jié)構(gòu)化(模塊化)的程序結(jié)構(gòu)是PLC程序設(shè)計和編程較有效的結(jié)構(gòu)形式，它可用于復(fù)雜程度高、程序規(guī)模大的控制應(yīng)用程序設(shè)計。結(jié)構(gòu)化程序可以重復(fù)使用某些功能塊，只需要在使用功能塊時為其提供不同的環(huán)境變量(實參)，就能完成對不同設(shè)備的控制。例如，在工業(yè)攪拌控制過程中有三臺泵，對它們的控制功能相似，可以編寫一個用于對泵進(jìn)行控制的功能塊，編程時先定義泵控制所需的變量(形參)，并使用這些變量構(gòu)成一個稱為“泵控制"的一般功能塊。在調(diào)用該功能塊時，通過改變傳入功能塊中的參數(shù)(實參)，可以分別對成分A、成分B和攪拌桶中的三臺泵進(jìn)行控制。

結(jié)構(gòu)化程序有高的編程和程序調(diào)試效率，應(yīng)用程序代碼量也小。結(jié)構(gòu)化程序也支持多個程序員協(xié)同編程。這種程序結(jié)構(gòu)建立在對PLC系統(tǒng)功能的合理分析、分解及綜合的基礎(chǔ)之上，程序具體結(jié)構(gòu)形式的確定與程序設(shè)計人員的水平及經(jīng)驗關(guān)系很大，對程序員的要求也較前兩種高。

1. 將過程分割為任務(wù)和區(qū)域

一個自動化過程包括許多單個的任務(wù)，通過識別一個過程內(nèi)的相關(guān)任務(wù)組，然后將這些組再分解為更小的任務(wù)，即使復(fù)雜的過程也能夠被定義。下面將這個工業(yè)攪拌過程構(gòu)造為四個功能區(qū)域：配料A區(qū)域、配料B區(qū)域、混合罐區(qū)域和排料區(qū)域。

2. 說明各個功能區(qū)域

1) 配料A和配料B區(qū)域

(1) 每種配料的管道都配備有一個入口和一個進(jìn)料閥以及進(jìn)料泵。

(2) 進(jìn)料管還有流量傳感器。

(3) 當(dāng)罐的液面?zhèn)鞲衅髦甘竟逎M時，進(jìn)料泵的接通必須被鎖定。

(4) 當(dāng)排料閥打開時，進(jìn)料泵的啟動必須被鎖定。

(5) 在啟動進(jìn)料泵后1 s內(nèi)必須打開入口閥和進(jìn)料閥。

(6) 在進(jìn)料泵停止后(來自流量傳感器的信號)閥門必須立即被關(guān)閉以防止配料從泵中泄露。

(7) 進(jìn)料泵的啟動與一個時間監(jiān)控功能相結(jié)合，換句話說，在泵啟動后的7 s之內(nèi)，流量傳感器會報告溢出。

(8) 當(dāng)進(jìn)料泵運行時，如果流量傳感器沒有流量信號，進(jìn)料泵必須盡可能快地斷開。

(9) 必須對進(jìn)料泵啟動的次數(shù)進(jìn)行計數(shù)(維護(hù)間隔)。

2) 混合罐區(qū)域

(1) 當(dāng)罐的液面?zhèn)鞲衅髦甘尽耙好娴陀诘拖?或排料閥打開時，攪拌電機的啟動必須被鎖定。

(2) 攪拌電機在達(dá)到額定速度時要發(fā)出一個響應(yīng)信號。如果在電機啟動后10 s內(nèi)還未接收到該信號，則電機必須被斷開。

(3) 必須對攪拌電機的啟動次數(shù)進(jìn)行計數(shù)(維護(hù)間隔)。

(4) 在混合罐中必須安裝三個傳感器。① 罐裝滿：一個常閉觸點。當(dāng)達(dá)到罐的高液面時，該觸點斷開。② 罐中液面高于低限：一個常開觸點。如果達(dá)到低限，該觸點關(guān)閉。③ 罐非空：一個常開觸點，如果罐不空，該觸點閉合。

3) 排料區(qū)域

(1) 罐內(nèi)產(chǎn)品的排出由一個螺線管閥門控制。

(2) 這個螺線管閥門由操作員控制，但是遲在“罐空"信號產(chǎn)生時，該閥必須被關(guān)閉。

(3) 當(dāng)攪拌電機在工作或罐空時打開排料閥必須被鎖定。

3. 定義邏輯塊

通過程序塊可以將用戶程序分布到不同的塊中并建立塊調(diào)用的分層結(jié)構(gòu)來組織程序。本例中用戶程序主要由組織塊OB1、功能塊FB1、功能FC1及三個數(shù)據(jù)塊DB1～DB3組成。圖5.12所示為結(jié)構(gòu)化編程的塊的分層調(diào)用結(jié)構(gòu)。

(1) OB1：與CPU操作系統(tǒng)的接口，包含主要程序。在OBl中調(diào)用塊FBl和FCl并傳送控制過程所需的特定參數(shù)。

(2) FB1：用于配料A的進(jìn)料泵、配料B的進(jìn)料泵和攪拌電機的控制。由于要求*(接通、斷開、計數(shù)應(yīng)用程序等)，可以通過同一個功能塊實現(xiàn)。

(3) 背景DB1～DB3：用于控制配料A、配料B的進(jìn)料泵和攪拌電機的實參及靜態(tài)數(shù)據(jù)各不相同，因此分別存儲在與FBl相關(guān)的三個背景DB中。

(4) FC1：用于閥的控制。配料A和B的入口閥和進(jìn)料閥以及排料閥共同使用本邏輯塊。

符號名

如果在用戶程序中使用了符號，則必須用STEP 7在符號表中對這些符號進(jìn)行定義。表5.6所示為所用的程序組件的符號名及地址。

5. 生成電機的FB

電機的FB包括以下邏輯功能：

(1) 啟動和停止輸入。

(2) 允許設(shè)備操作的一系列互鎖(泵和攪拌電機)?；ユi狀態(tài)存儲在OB1的臨時局域數(shù)據(jù)(L堆棧)中(“Motor_enable"和“Valve_enable")，并且當(dāng)電機的FB被處理時與啟動和停止的輸入進(jìn)行邏輯組合。

(3) 來自設(shè)備的反饋必須在一個特定的時間內(nèi)出現(xiàn)，否則就假定有故障或錯誤出現(xiàn)，并使電機停止。

(4) 時間點和響應(yīng)時間或錯誤故障循環(huán)持續(xù)時間都必須被。

(5) 如果啟動按鈕被按下并且電機被使能，則設(shè)備自行接通并運行直至按下停機按鈕。

(6) 當(dāng)設(shè)備接通時，一個定時器啟動運行，如果在定時器的時間到達(dá)之前未接到來自設(shè)備的響應(yīng)信號，則停機。