西门子PLC S7-1200的数据类型与程序结构

1. 　西门子 S7-1200 PLC 的物理存储器

       西门子 S7-1200 PLC 使用的物理存储器类型包括 RAM 、 ROM 、 Flash EPROM （简称为 FEPROM ）。

      装载存储器：非易失性的存储区，用于保存用户的程序、数据和组态信息。所有的 CPU 都有内部的装载存储器，CPU 插入存储卡后，用存储卡可作为装载存储器，类似于计算机的硬盘，具有断电保持功能。

       工作存储器：集成在 CPU 中的高速存取 RAM ，类似于计算机的内存，断电时，内容丢失。

断电保持存储器：用来防止在关闭电源时丢失数据，可以用不同的方法设置变量的断电保持功能。

存储卡：可选的存储卡用来存储用户程序或传送程序。

2. 　西门子 S7-1200 PLC 的基本数据类型

西门子 S7-1200 PLC 的基本数据类型见表 1-3 。

表 1-3 　西门子 S7-1200 PLC 的基本数据类型

   （ 1 ）布尔型数据类型

布尔型数据类型是 “ 位 ” ，可被赋予 “TRUE” 真（ “1” ）或 “FALSE” 假（ “0” ），占用 1 位存储空间。

   （ 2 ）整型数据类型

整型数据类型可以是 BYTE 、 WORD 、 DWORD 、 SINT 、 USINT 、 INT 、 UINT 、 DINT 及 UDINT 等。注意，当较长的数据类型转换为较短的数据类型时，会丢失高位信息。

   （ 3 ）实型数据类型

实型数据类型主要包括 32 位或 64 位浮点数。 REAL 和 LREAL 是浮点数，用于显示有理数，可以显示

十进制数据，包括小数部分，也可以被描述成指数形式。其中， REAL 是 32 位浮点数， LREAL 是 64 位浮点数。

   （ 4 ）时间型数据类型

时间型数据类型主要是 TIME ，用于输入时间数据。

   （ 5 ）字符型数据类型

字符型数据类型主要是 Char ，占用 8 位，用于输入 16#00 ～ 16#FF 的字符。

3. 　位、字节、字与双字的寻址

      8 位二进制数组成 1 个字节（ Byte ），如 %MB100 是由 %M100.0 到 %M100.7 共 8 位的状态构成的，如 图 1-47 所示。

 图1-47 MB100的构成

          西门子 S7-1200 PLC 采用 “ 字节 . 位 ” 寻址方式，与位逻辑相对应的常见操作数为 I （输入）、 Q （输出）及M （中间变量），均为直接变量，见表 1-4 。

表1-4　直接变量

       根据 IEC61131-3 标准，直接变量由百分数符号 % 开始，随后是位置前缀符号。如果有分级，则用整数表示分级，并用由小数点符号“.” 分隔的无符号整数表示直接变量。

       如 %I3.2 ，首位字母表示存储器的标识符， I 表示输入过程映像区，如图 1-48 所示。

       一般而言，以起始字节的地址作为字和双字的地址，起始字节为最高位的字节。图 1- 49是 %MW100 （字）和 %MD100 （双字）的寻址方式。

图1-48 %I3.2寻址

图1-49 %MW100（字）和 %MD100 （双字）的寻址方式

4. 　用户程序的执行

      1. 代码块的种类

      在西门子 S7-1200 PLC 中， CPU 支持 OB 、 FC 、 FB 、 DB 代码块，可以创建有效的用户程序结构。

      ①组织块（ OB ）用于定义程序的结构。有些 OB 具有预定义的行为和启动事件，用户可以创建具有 自定义启动事件的OB 。

     ②功能（ FC ）和功能块（ FB ）包含与特定任务或参数组合相对应的程序代码。每个 FC 或 FB 都可以提供一组输入和输出参数，用于与调用块共享数据。FB 还可以使用相关联的数据块（被称为背景数据块）保存执行期间的值状态，程序中的其他块可以使用这些值状态。

      ③数据块（ DB ）用于存储程序块可以使用的数据。

用户程序的执行顺序是，从一个或多个在进入 RUN 模式时运行一次的可选启动组织块（ OB ）开

始，然后执行一个或多个循环执行的程序循环 OB 。 OB 也可以与中断事件（可以是标准事件或错误事件）相关联，并在相应的标准或错误事件发生时执行。

2. 用户程序的结构

      创建用于自动化任务的用户程序时，需要将程序的指令插入代码块中。

      ①组织块（ OB ）对应 CPU 中的特定事件，可中断用户程序的执行。用于循环执行用户程序的默认 组织块（OB 1 ）为用户程序提供基本的结构，是唯一一个用户所必需的代码块。如果程序中包括其他的OB ，则这些 OB 会中断 OB 1 的执行。其他的 OB 可执行特定的功能，如用于启动任务、处理中断和错误或者按特定的时间间隔执行特定的程序代码。

      ②功能块（ FB ）是从另一个代码块（ OB 、 FB 或 FC ）进行调用时执行的子例程。调用块将参数传递到FB ，并标识可存储特定调用数据或该 FB 实例的特定数据块（ DB ）。更改背景 DB 可使通用的 FB 控制一组设备的运行。例如，借助包含每个泵或阀门特定运行参数的不同背景DB ，则一个 FB 可控制多个泵或阀。

      ③功能（ FC ）是从另一个代码块（ OB 、 FB 或 FC ）进行调用时执行的子例程。 FC 不具有相关的背景DB 。调用块将参数传递给 FC 。 FC 中的输出值必须写入存储器地址或全局 DB 中。

根据实际应用要求，可选择线性结构或模块化结构创建用户程序，如图 1-50 所示。

图1-50　用户程序的结构

       线性程序按顺序逐条执行用于自动化任务的所有指令。通常，线性程序将所有的程序指令都放入用于循环执行程序的OB （ OB 1 ）中。

       模块化程序调用可执行特定任务的特定代码块。创建模块化结构需要将复杂的自动化任务划分为与 过程的工艺功能相对应的更小的次级任务，每个代码块都为每个次级任务提供程序段，通过调用该代码块来构建复杂的程序。

       通过创建可在用户程序中重复使用的通用代码块，可简化用户程序的设计和实现。

       使用通用代码块具有许多优点：

①可为标准任务创建能够重复使用的代码块，如用于控制泵或电动机，也可以将这些通用代码块存

储在可由不同的应用或解决方案使用的库中。

②将用户程序构建到与功能任务相关的模块化组件中，可使程序的设计更易于理解和管理。模块化

组件不仅有助于标准化的程序设计，也有助于使更新或修改程序代码更加快速和容易。

③创建模块化组件可简化程序的调试，并将整个程序构建为一组模块化程序段，且在完成代码开发

后测试功能。

④创建与特定工艺功能相关的模块化组件，有助于简化对已完成应用程序的调试，并减少在调试过

程中所用的时间。

3. 使用块来构建程序

       通过设计 FB 和 FC 执行通用任务，创建模块化代码块，然后通过由其他代码块调用这些可重复使用的模块来构建程序，调用块将设备特定的参数传递给被调用块，如图1-51 所示。当一个代码块调用另一个代码块时，CPU 会执行被调用块中的程序代码。执行完被调用块后， CPU 会继续执行该调用块之后的指令。

图1-51　块被调用示意

如图 1-52 所示，可嵌套块的调用可以实现更加模块化的结构。

图 1-52 　可嵌套块

5.西门子 S7-1200 PLC 实现控制的过程

      1.CPU 的三种工作模式

       西门子 S7-1200 PLC 的 CPU 有以下三种工作模式： STOP 模式、 STARTUP 模式及 RUN 模式。 CPU 前面的状态LED 灯用于指示当前的工作模式。

     ①在 STOP 模式下， CPU 不执行任何程序，用户可以下载项目。

     ②在 STARTUP 模式下，执行一次启动 OB （如果存在），在 RUN 模式的启动阶段不处理任何中断事件。

     STARTUP 模式的具体描述如下：只要工作状态从 STOP 切换到 RUN ， CPU 就会清除过程映像输入、初始化过程映像输出并处理启动OB 。启动 OB 中的指令对过程映像输入进行任何读访问时，读取到的都只有零，而不是当前的物理输入值。因此，要在启动模式下读取物理输入的当前状态，就必须执行立即读取操作，再执行启动OB 及任何相关的 FC 和 FB 。如果存在多个启动 OB ，则按照 OB 编号依次执行各启动OB ， OB 编号最小的先执行。

③在 RUN 模式下，重复执行扫描周期。中断事件可能会在程序循环阶段的任何点发生并进行处理，处于RUN 模式下时无法下载任何项目。 RUN 模式下 CPU 执行的任务如图 1-53 所示。

图 1-53 RUN 模式下 CPU 执行的任务

2.OB 的实现功能

       在西门子 S7-1200 PLC 中， OB 控制用户程序的执行，每个 OB 的编号必须唯一， 200 以下的一些默 认OB 编号被保留，其他 OB 编号必须大于或等于 200 。CPU中的特定事件将触发组织块的执行。 OB 无法互相调用或通过 FC 或 FB 调用。只有启动事件（如诊断中断或时间间隔）可以启动OB 的执行。 CPU 按优先等级处理 OB ，即先执行优先级较高的 OB ，然后执行优先级较低的OB 。最低优先等级为 1 （对应主程序循环），最高优先等级为 27 （对应时间错误中 断）。

OB 可以控制的操作如下。

  （ 1 ）程序循环

程序循环在 CPU 处于 RUN 模式时循环执行，主程序块是程序循环 OB 。用户在其中放置控制程序的

指令及调用其他用户块。允许使用多个程序循环 OB ，按编号顺序执行。 OB 1 是默认循环 OB ，其他程序循环OB 必须标识为 OB 200 或更大。

  （ 2 ）启动

启动在 CPU 的工作模式从 STOP 切换到 RUN执行一次，包括处于RUN 模式时和执 行STOP 到 RUN 切换命令时上电，之后将开始执行主程序循环 OB ，允许有多个启动 OB 。 OB100 是默认启动OB ，其他启动 OB 必须是 OB200 或更大。

  （ 3 ）时间延迟

通过启动中断（ SRT_DINT ）指令组态事件后，时间延迟 OB 将以指定的时间间隔执行。延迟时间在扩展指令SRT_DINT 的输入参数中指定。指定的延迟时间结束时，时间延迟 OB 将中断正常的循环程序执行。对任何给定的时间最多可以组态4 个时间延迟事件。每个组态的时间延迟事件只允许对应一个 OB 。时间延迟OB 必须是 OB200 或更大。

  （ 4 ）循环中断

循环中断 OB 将按用户定义的时间间隔（如每隔 2 s ）中断循环程序执行。最多可以组态 4 个循环中断事件。每个组态的循环中断事件只允许对应一个OB 。该 OB 必须是 OB 200 或更大。

  （ 5 ）硬件中断

硬件中断在发生相关的硬件事件时执行，包括内置数字输入端的上升沿和下降沿事件及 HSC 事件。

硬件中断 OB 将中断正常的循环程序执行来响应硬件事件信号，可以在硬件配置的属性中定义事件。每个组态的硬件事件只允许对应一个OB 。该 OB 必须是 OB 200 或更大。

  （ 6 ）时间错误中断

时间错误中断在检测到时间错误时执行。如果超出最大循环时间，则时间错误中断 OB 将中断正常

的循环程序执行。最大循环时间在 PLC 的属性中定义。 OB 80 是唯一支持时间错误事件的 OB 。可以组态没有OB 80 时的动作：忽略错误或切换到 STOP 模式。

（ 7 ）诊断错误中断

诊断错误中断在检测到和报告诊断错误时执行。如果具有诊断功能的模块发现错误（如果模块已启

用诊断错误中断），则诊断 OB 将中断正常的循环程序执行。 OB 82 是唯一支持诊断错误事件的 OB 。如果程序中没有诊断OB ，则可以组态 CPU 使其忽略错误或切换到 STOP 模式。