西门子6GK7343-1CX10-0XE0型号规格

西门子6GK7343-1CX10-0XE0型号规格1．PLC程序的内容
PLC应用程序应较大限度地满足被控对象的控制要求，在构思程序主体的框架后，要以它为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序。经过不断他调整和完善。使程序能完成所要求的控制功能。另外，PLC应用程序通常还应包括以下几个方面的内容：
（1）初始化程序 在 PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作。其作用是为启动作必要的准备，并避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容为：将某些数据区、计数器进行清零；使某些数据区恢复所需数据；对某些输出量置位或复位；显示某些初始状态等等。
（2）检测、故障诊断、显示程序  应用程序一般都设有检测、故障诊断和显示程序等内容。这些内容可以在程序设计基本完成时再进行添加。它们也可以是相对独立的程序段。
（3）保护、连锁程序  各种应用程序中，保护和连锁是不可缺少的部分。它可以杜绝由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，保证系统的运行更安全、可靠。因此要认真考虑保护和连锁的问题。通常在PLC外部也要设置连锁和保护措施。
2．PLC程序的质量
对同一个控制要求，即使选用同一个机型的PLC，用不同设计方法所编写的程序，其结构也可能不同。尽管几种程序都可以实现同一控制功能，但是程序的质量却可能差别很大。程序的质量可以由以下几个方面来衡量：
（1）程序的正确性  应用程序的好坏，较根本的一条就是正确。所谓正确的程序必须能经得起系统运行实践的考验，离开这一条对程序所做的都是没有意义的。
（2）程序的可靠性好  好的应用程序可以保证系统在正常和非正常（短时掉电再复电、
某些被控量超标、某个环节有故障等）工作条件下都能地运行，也能保在出现非法操作（如按动或误触动了不该动作的按钮）等情况下不至于出现系统控制失误。
（3）参数的易调整性好  PLC控制的优越性之一就是灵活性好，容修改程序或参数而改变系统的某些功能。例如，有的系统在一定情况下需要变动某些控制量的参数（如定时器或计数器的设定值等），在设计程序时必须考虑怎样编写才能易于修改。
（4）程序要简练  编写的程序应尽可能简练，减少程序的语句，一般可以减少程序扫描时间，提高PLC对输入信号的响应速度。当然，如果过多地使用那些执行时间较长的指令，有时虽然程序的语句较少，但是其执行时间也不一定短。
（5）程序的可读性好  程序不仅仅给设计者自己看，系统的维护人员也要读。另外，为了有利于交流，也要求程序有一定的可读性

1 引言
近半个世纪以来，经典控制理论和现代控制理论、方法和技术(简称传统控制)，取得了令人瞩目的成就。但是，无论是现代控制理论还是大系统理论，其分析、综合和设计都是建立在严格和精确的数学模型基础之上的。而在科学技术和生产力高速发展的今天，人们对大规模、复杂、不确定性系统实行自动控制的要求不断提高。因此，传统的基于精确数学模型的控制理论的局限性日益明显。
(1) 传统控制所面临的难题
l 传统控制方法的设计和分析是建立在系统的精确模型基础上的，而实际系统由于存在复杂性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型;
l 采用传统控制理论进行系统设计时，必须提出并遵循一些苛刻的设，而这些设往往与实际情况不符，使得所设计的系统性能与实际情况相差很远;
l 对某些复杂的带有时变性与不确定性的系统，即使获得了良好的控制性能，当环境条件发生变化时，其性能也会显著变差;
l 为了提高控制性能，传统的控制理论可能变得相当复杂，从而增加了设备投资，降低了系统可靠性。
(2) 传统控制的缺陷与不足
l 对环境的干扰和不确定性缺乏足够的鲁棒性;
l 突发事件的处理需要人工的干预;
l 无法处理非数字和不精确的信息;
l 无法通过在线学习以提高自身性能。
以上因素正是传统控制技术需要突破的一些症结，于是，*控制的基本思想就应运而生了。

2 *控制的基本思想[5][6]
*控制是智能控制的一个重要分支，它是把*系统的思想和方法引入控制系统及其工程应用。就其实质而言，*控制是基于控制对象和控制规律的各种知识的总和，而且要以智能的方式使用这些知识，求得受控系统更可能地优化和实用化，它反映出智能控制的许多重要特征和功能。

2.1 *控制的基本思想
*控制=自动控制理论和方法+人工智能*系统技术
实际系统中存在的启发式逻辑本质上是实现控制目标的各种规律性的经验知识，这些经验知识难以用一般性的数值形式表达，而适合用符号形式加以描述;再者，这些经验知识既不能简单的罗列，有难以用用解析的方法综合，因而必须给予恰当的组织，并能自动地进行推理，人工智能中的*技术恰恰为这种经验知识的表示和处理提供了有效办法。
人工智能领域中发展起来的*系统是一种基于知识的、智能的计算机程序系统。
(1) *系统的两个要素
l 知识库:存储有某个专门领域中事先总结的按某种格式表示的*水平的知识条目。
l 推理机制:按照类似*水平的问题求解方法，调用知识库中的条目进行推理、判断和决策。
*系统的知识库和推理机制在组织结构离建造，而在运行过程中又相互作用，这使得系统具有较大的灵活性:知识的增删、修正和更新独立于推理机制，具有很好的透明性—推理的结论和根据可以与系统外部交互。
总之，*系统将专门领域的问题求解思路、经验、方式组织成一个实际运行的形式系统，表现出一种拟人的智能性，它与传统的自动控制理论和方法的结合，形成了*控制的基本思想。
将*系统技术引入控制领域，首先必须把控制系统看成一个基于知识的系统，而作为系统的核心部件的控制器则要体现知识推理的机制和结构。
知识库内部的组织结构可采用人工智能中知识表示的合适方法，其中，一部分知识可称为数据，例如事实(先验知识)、据(动态信息)、设(由事实、证据推得的中间状态)和目标(离线设定的或在线建立的性能指标)、数据组织在一起，形成数据库。另一部分知识可称为规则，即定性的推理知识，它们往往表示为产生式规则，组成知识库，在*控制中，定量知识，即各种有关的解析算法，一般都独立编码，按常规的程序设计方法组织。
推理机制的基本功能在于按某种策略选用推理规则，对于*控制，同样可采用人工智能中的前向推理或后向推理策略。

我把PLC程序规范为以下几个组成部分：

一、系统初始化，

二、过程或状态的描述(相当于继电、接触控制中的中间继电器)，

三、人机操作控制(手动操作，参数修改等)，

四、设备控制输出(电机、阀等)，

五、通信(各控制设备间的互锁和数据交换)、

六、过程或状态的故障描述，

七、报警输出和故障位置等信息显示，

八、生产过程报表(产、质量等)。

下面主要谈谈过程或状态的描述和设备控制输出，因为这基本上是程序的主要部分。

程序好坏的标准：稳定、易调试、易修改、易扩展、易读、实时性(快)。在这么多年的实践中，我感到先由过程或状态的描述得到各种状态变量，再对设备输出进行编程能比较好的达到上述目标，可能它在快的方面有所欠缺(因为程序长一些)但这完全可以从其它方面得到解决(例如中断)。这种想法主要源自数学上的状态方程：Q=f(S1，S2，S3……..,Sn)其中Q为设备输出,S1、S2、S3…….Sn为状态变量(包括输入输出)。f是由指令系统组成的算法。

一般地，在一个系统中状态变量是确定不变的(这取决于你的状态描述)，就象组成世界的元素是是基本不变一样，所以只要改变算法就可以得到不同的控制输出，因此扩展和修改都非常方便。在调试和排除故障时，根据状态进程，可以很快找到故障原因。因为控制输出一般都是几种状态的函数(算法)，它们是有冗余关系的，因此稳定可靠性、抗干扰性得到大大增强

说起PLC的程序结构，大家都知道PLC有主程序、子程序（S7-300/400称为功能和功能块）和中断程序，好像没有什么好讨论的。实际上不同的PLC的程序结构有很大的区别，程序结构体现了编程思想是否先进，决定了程序是否有很好的可重用性（可移植性）。可以说程序结构是设计一个理想的自动化PLC产品首先应解决的较重要的问题。不少国产PLC在程序结构方面存在较大的问题，采用理想的程序结构的国产PLC不多。例如有一家国产PLC自称与三菱的FX2N兼容，但是居然没有中断功能！

一、几种典型的PLC程序结构

下面介绍几种常见的PLC的程序结构及其特点：

1．某些国外的小型PLC的程序结构

这些PLC的用户程序由主程序、子程序和中断程序组成。在每一个扫描循环周期，CPU都要调用一次主程序。主程序可以调用子程序，小型控制系统可以只有主程序。中断程序用于快速响应中断事件。在中断事件发生时，CPU将停止执行当时正在处理的程序或任务，去执行用户编写的中断程序。执行完中断程序后，继续执行被暂停执行的程序或任务。它们的子程序和中断程序没有局部变量，子程序没有输入、输出参数。

2．西门子的S7-200的程序结构

过程映像输入/输出（I/Q）、变量存储器V、内部存储器位M、定时器T、计数器C等属于全局变量。S7-200的程序组织单元(ProgramOrganizationalUnit，简称为POU)包括主程序、子程序和中断程序。每个POU均有自己的64字节局部变量，局部变量只能在它所在的POU中使用。与此相反，全局变量可以在各POU中使用。

下面是子程序可以使用的局部变量：

1)TEMP(临时变量)是暂时保存在局部数据区中的变量。只有在执行该POU时，定义的临时变量才被使用，POU执行完后，不再保存临时变量的数值。

2)IN是由调用它的POU提供的输入参数。

3)OUT是返回给调用它的POU的输出参数(子程序的执行结果)。

4)IN_OUT是输入_输出参数，其初始值由调用它的POU传送给子程序，并用同一变量将子程序的执行结果返回给调用它的POU。

主程序和中断程序的局部变量中只有临时变量TEMP。

具有输入、输出参数和局部变量的子程序易于实现结构化编程，对于长期生产同类设备或生产线的厂家尤为有用。这些厂家的编程人员为设备的各组件或工艺功能编写了大量的通用的子程序。即使不知道子程序的内部代码，只要知道子程序的功能和输入、输出参数的意义，就可以通过程序之间的调用快速“组装”出满足不同用户要求的控制程序。就好像用数字集成电路芯片组成复杂的数字电路一样。

子程序如果没有输入、输出参数，它和调用它的程序之间没有清晰的接口，很难实现结构化编程。

子程序如果没有局部变量，它和调用它的程序之间只能通过全局变量来交换数据，子程序内部也只能使用全局变量。将子程序和中断程序移植到别的项目时，需要重新统一安排它们使用的全局变量，以保不会出现冲突。当程序很复杂，子程序和中断程序很多时，这种重新分配地址的工作量非常大。

如果子程序和中断程序有局部变量，并且它们内部只使用局部变量，不使用全局变量，因为与其他POU没有冲突，不需作任何改动，就可以将子程序移植到别的项目中去。

3．西门子的S7-300/400的程序结构

S7-300/400将子程序分为功能（Function，或称为函数）和功能块（FunctionBlock）。

S7-300/400的功能与S7-200的子程序基本上相同。它们均有输入、输出参数和临时变量，功能的局部数据中的返回值实际上属于输出参数。它们没有**的存储区，功能执行结束后，不再保存临时变量中的数据。

可以用全局变量来保存那些在功能执行结束后需要保存的数据，但是会影响到功能的可移植性。

功能块是用户编写的有自己**的存储区（即背景数据块）的程序块，功能块的输入、输出参数和静态变量存放在*的背景数据块中，临时变量存储在局部数据堆栈中。每次调用功能块时，都要*一个背景数据块。功能块执行完后，背景数据块中的数据不会丢失，但是不会保存局部数据堆栈中的数据。

功能块采用了类似于C++的封装的概念，将程序和数据封装在一起，具有很好的可移植性。

S7-300/400的共享数据块可供所有的逻辑块使用。

4．IEC61131-3的程序结构

IEC61131-3是PLC的编程语言标准。IEC61131-3是世界上**个，也是至今为止一的工业控制领域的编程语言标准。IEC

61131-3有三种POU：程序、功能块和功能。

功能是有多个输入参数和一个输出参数（返回值）的POU，返回值的名称与功能的名称相同，需要定义返回值的数据类型。调用具

有相同输入值的功能总是返回相同的结果。功能可以调用其他功能，但是不能调用功能块或程序。功能可定义的局部变量有VAR和VAR_bbbbb。

功能块是有多个输入/输出参数和内部存储单元的POU，功能块的输出参数值与其内部存储单元的值有关。功能块可以调用其他功能

块或功能，但是不能调用程序。

在调用功能块之前，必须在要调用功能块的POU中为每次调用声明功能块的实例，操作系统将为每次调用分配功能块**的存储区

（类似于S7-300/400的背景数据块）。

功能因为没有内部存储区，调用时不需要实例化。

程序的行为和用途类似于功能块，程序具有输入和输出参数，而且可以具有内部存储区。程序通常包含有对功能和功能块的调用。

IEC61131-3定义了若干标准的功能和功能块。

5．S7-300/400与IEC61131-3程序结构的区别

1）S7-300/400的功能可以有多个输出参数，返回值也属于输出参数。IEC61131-3的功能只有一个返回值。

2）IEC61131-3的功能块用于保存局部变量的**存储区是在声明功能块的实例时分配的，它对用户是不透明的，其他POU不能直接访问该存储区。

S7-300/400的功能块的局部变量（不包括临时变量）保存在它的背景数据块中。其他POU可以访问背景数据块中的变量。如果需要多次调用同一个功能块来控制同一类型的被控对象，每次调用都需要*一个背景数据块，但是这些背景数据块中的变量又很少，这样在项目中就出现了大量的背景数据块。可以使用多重背景数据块来减少背景数据块的数量。但是需要增加一个用来管理多重背景的功能块。

3）S7-300/400的功能块的局部变量有临时变量和静态变量，IEC61131-3的功能块的内部变量Var相当于S7-300/400的静态变量。

4）S7-300/400将数据区划分为数据块来使用，数据块的大小与数据块中定义的变量的数据类型和变量的个数有关。IEC61131-3没有数据块的概念。

二、对国产PLC程序结构的建议

1．小型PLC至少采用类似于S7-200的程序结构

鉴于局部变量和子程序的输入、输出参数的重要作用，建议小型PLC至少采用类似于S7-200的程序结构，子程序有输入、输出变量，子程序和中断程序有局部变量。

其缺点是子程序没有**的存储区，如果在执行完子程序后有需要保存的数据，不能使用子程序的临时局部变量，只能使用全局变量来保存它们。这样的子程序没有完全解决可移植性问题。

2．建议采用IEC61131-3的程序结构

S7-300/400或IEC61131-3的程序结构比较理想，其功能块内部可以全部使用局部变量，不使用全局变量，彻底解决了程序块的可移植性问题。相对而言，IEC61131-3的程序结构比较简单。

有的国产PLC自称符合IEC61131-3标准，我认为该标准的核心和精髓是程序结构，是检验真IEC61131-3的试金石。为了产品的长远发展，建议国产PLC采用IEC61131-3的程序结构。