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为了结构化程序设计，STEP 7将用户程序分类归并为不同的块，根据程序要求，可选用组织块（OB）、功能块（FB）、或功能（FC)三种类型的逻辑块，而数据块（DB）或（DI）则用来存储执行用户程序时所需的数据。

三种编程方法：

（一）线性编程：将整个用户程序写在一个指令连续的块中，处理器线性地或顺序地扫描程序的每条指令。

（二）分部编程：将用户程序分成相对独立的指令块、每个块包含给定的部件组或作业组的控制逻辑。

（三）结构化编程：要求用户程序提供一些通用的指令块，以便控制一类相似或相同的部件，给通用指令提供的参数进一步说明各部件的控制差异。

一、数据块及其数据结构

用户程序运行所需的大量数据或变量存储在数据块中，数据块也是实现各逻辑块之间交换、传递和共享数据的重要途径。 对于CPU 314，用作数据块的存储器最多8KB，用户定义的数据总量不能超过这个限制。对于数据块必须遵循先定义后使用的原则。

1、定义数据块

定义内容包括数据块号及块中的变量（包括：变量符号名，数据类型以及初始值等）。数据块在使用前，必须作为用户程序的一部分下载到CPU 中。

2、访问数据块

访问时需要明确数据块号和数据块中的数据类型与位置。根据明确数据块号的不同方法，可以用以多种方法访问数据块中的数据。

由于有两个数据块寄存器（DB和DI寄存器），所以，最多可以同时打开两个数据块。一个作为背景数据块，数据块的起始地址存储在DI寄存 器中；另一个作为共享数据块，数据块的起始地址存储在DB寄存器中。 打开背景数据块，在调用FB时可以自动实现，由于调用FB时使用DI 寄存器，所以，一般不在FB程序中用OPN DI n指令打开数据块。

3、背景数据块和共享数据块 任何FB、FC或OB均可读写存放在共享数据块中的数据。背景数据块是FB运行时的工作存储区，它存放FB的部分运行变量。调用FB时， 必须一个相关的背景数据块。作为规则，只有FB块才能访问存放 在背景数据块中的数据。一般情况下，每个FB都有一个对应的背景数 据块，一个FB也可以使用不同的背景数据块。如果几个FB需要的背景数据*相同，为节省存储器，则可以定义成一个背景数据块，供它们分别使用。

二、数据结构

1、用户数据类型

STEP 7允许将基本或复式组合成“用户"自已定义的数据类型，这种类型称为用户数据类型（UDT）。用户数据类型必须首先单独建立，并存放 在称为UDT的特殊数据块中。

建立用户数据类型的目的，是为了将UDT作为一种数据类型使用，以方便定义多个结构相同的构造变量。

2、功能块编程及调用

一个程序由许多部分（子程序）组成，STEP 7将这些部分称为逻辑块，并允许块间相互调用。

功能块由两个主要部分组成：一部分是每个功能块的变量声明表，变量声表声明此块的局部数据；另一部分是逻辑指令组成的程序，程序要用到变量声明表中给出的局部数据。

当调用功能块时，需要提供块执行时要用到的数据或变量，也就是将外部数据传递给功能块，这称为参数传递。

3、变量声明表（局部数据）

局部数据分为参数和局部变量两大类，局部变量又包括静态变量和临时变量（暂态变量）两种。参数是在调用块和被调用块间传递的数据。静态变量和临时变量是仅供逻辑块本身使用的数据。

4、逻辑块局部数据的数据类型

在变量声明表中，要明确局部数据的数据类型，这样操作系统才能给变量分配确定的存储空间。局部数据可以是基本数据类型或是复式数据类型， 也可以是专门用于参数传递的所谓“参数类型"。

STEP 7对分配给块局部数据（在变量声明表中）的数据类型（基本、复式、参数）是有一定限制的。

STEP 7允许用物理地址（绝对地址）或符号地址或常数等形式作为实参给形参赋值，但对于不同的形参类型，STEP 7限制了赋值形式。

5、功能块编程与调用举例对功能块编程分两步进行:第一步工作是定义局部变量（填写局部变量表）；第二步是编写要执行的程序。写功能块程序时，可以两种方式使用局部变量：

①使用变量名，此时变量名前缀“＃"，以区别于在符号表中定义的符号地址，增量方式下，前缀 会自动产生；

②直接使用局部变量的地址，这种方式只对背景数据块和L堆 栈有效。

例一：二分频器

二分频器是一种具有一个输入端和一个输出端的功能单元,输出频率为输入频率的一半。

（1）FC1的变量声明表

（2）FC1梯形图程序

（3）OB1调用梯形图程序

例二：时钟脉冲发生器

使用定时器实现自由设定时钟脉冲发生器功能脉冲占空系数1:1。

（1）FC1变量声明表

（2）FC1梯形图程序

（3）OB1调用梯形图程序

三、可编程序控制器应用设计

PLC系统设计步骤：

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技术规范

1、引言

近年来，计算机控制已被迅速地推广和普及，工业控制计算机、plc、变频器、触摸屏、机器人、柔性制造系统广泛地应用于工业生产中。将不同的生产设备连在一个网络中，相互之间进行数据通信，实现分散控制和集中管理，是计算机控制系统发展的大趋势，所以，工厂自动化网络和plc的通信是工业控制中的重要研究课题。通信的方式包括并行通信和串行通信。并行数据通信方式是以字节为单位的数据传输方式，除了8根或16根数据线、一根公共线外，还需要通信双方联络用的控制线。并行通信的传输速度快，但是传输线的根数多，成本高，一般用于近距离的传输，例如计算机于**机之间的通信。串行数据通信方式是以二进制的位(bit)为单位的数据传输方式，每次只传送一位，除了公共线外，在一个数据传输方向上只需要一根数据线，这根线既作为数据线又作通信联络的控制线，数据信号和联络信号在这个线上按位进行传送。串行通信需要的信号线少，最少的只需要两根线(双绞线)，适用于距离较远的场合。计算机和plc都有通用的串行通信接口，工业控制中一般使用串行通信。

2 、西门子s7-200plc的rs-485通信

2.1 、串行通信的接口标准

串行通信有三种接口标准：rs-232c、rs-442a和rs-485。rs-485是rs-442a的变形，rs-442a是全双工，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收。rs-485只有一对平衡差分信号线，不能同时发送接收。

使用rs-485通信接口和双绞线可以组成串行通信网络，构成分布式系统，系统中最多可以有32个站，新的接口器件已允许链接128个站。

2.2 、s7-200的网络通信协议

s7-200的网络通信协议包括：点对点接口协议(ppi);多点接口协议(mpi);profibus协议;tcp/ip协议;用户定义的协议(自由端口模式)等多达5种类型。

2.3 、西门子s7-200plc的rs-485通信

串行通信是西门子工业网络通信中一种经济、有效的通信方式，rs-485是其最重要的组成部分。图中r1、r2是阻值为10欧的普通电阻，其作用是防止rs-485信号d+和d-短路时产生过电流烧坏芯片，z1、z2是钳制电压为6v，最大电流为10a的齐纳二极管，24v电源和5v电源共地未经隔离，当d+或d-线上有共模干扰电压灌入时，由桥式整流电路和z1、z2可将共模电压钳制在±6.7v，从而保护rs-485芯片sn75176(rs-485芯片的允许共模输入电压范围为：-7v～+12v)。该保护电路能承受共模干扰电压功率为60w，保护电路和芯片内部没有防静电措施。

2.4、rs-232与rs-485的转换

由于pc机的串口是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电缆，rs-232接口与rs-485接口的引针对应关系如表1、表2。

3 常发生的故障解析

3.1常见的故障现象

当plc的rs-485口经非隔离的pc/ppi电缆与电脑连接、plc与plc之间连接或plc与变频器、触摸屏等通信时时有通信口损坏现象发生，较常见的损坏情况如下：

(1)r1或r2被烧断，z1、z2和sn75176完好。这是由于有较大的瞬态干扰电流经r1或r2、桥式整流、z1或z1到地，z1、z2能承受最大10a电流的冲击，而该电流在r1或r2上产生的瞬态功率为：102×10=1000w，当然会将其烧断。

(2)sn75176损坏，r1、r2和z1、z2完好。这主要可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于z1、z2的动作速度造成的，静电无处不在，仅人体模式也会产生±15kv的静电。

(3)z1或z2、sn75176损坏，r1和r2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将z1或z2和sn75176击穿，由于电流较小和发生时间较短因而r1、r2不至于发热烧断。

　　
3.2 故障的原因分析

由3.1中的分析得知plc接口损坏的主要原因是由于瞬态过电压和静电造成，产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂，如由于plc内部24v电源和5v电源共地，24v电源的输出端子l+、m为其它设备混合供电可能导致地电位变化，从而造成共模电压超出允许范围。所以eia-485标准要求将各个rs485接口的信号地用一条低阻值导线连接在一起以保证各节点的地电位相等，消除地线环流。

(1)当带电插拔未隔离的连接电缆时，由于两端电位不相等电路中又存在诸多电感、电容之类的器件，插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。基于此考虑，在进行通信接头插拔的时候，尽量使设备处于断电状态。

(2)连接在rs-485总线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入到plc，总线上连接的设备站点数越多，产生瞬态过电压的因素也越多。

(3)当通信线路较长或有室外架空线时，雷电是必须考虑的干扰。雷电是主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形叠加成随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲，这个能量巨大的尖峰脉冲必然会在线路上造成过电压，造成plc等通信网中所连设备的损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。

4 解决方法

4.1 从plc内部考虑

(1)采用隔离的dc/dc将24v电源和5v电源隔离，我们分析了三菱、欧姆龙、施耐德plc以及西门子的profibus接口均是如此

(2)选用带静电保护、过热保护、输入失效保护等保护措施完善的高挡次rs-485芯片，如：sn65hvd1176d、max3468esa等，这些芯片价格一般在十几元至几十元，而sn75176的价格仅为1.5元。

(3)采用响应速度更快、承受瞬态功率更大的新型保护器件tvs或bl浪涌吸收器，如p6ke6.8ca的钳制电压为6.8v，承受瞬态功率为500w，bl器件则可抗击4000a以上大电流冲击。若使用不带故障保护的芯片，如sn75176，可在软件上作一些处理，从而避免通信异常。即在进入正常的数据通信之前，由主机预先将总线驱动为大于+200mv，并保持一段时间，使所有节点的接收器产生高电平输出。这样，在发出有效数据时，所有接收器能够正确地接收到起始位，进而接收到完整的数据。

(4)r1和r2采用正温度系数的自恢复保险ptc，如jk60-010，正常情况下的电阻值为5欧，并不影响正常通信，当受到浪涌冲击时，大电流流过ptc和保护器件tvs(或bl)，ptc的电阻值将骤然增大，使浪涌电流迅速减小。

4.2 从plc外部考虑

(1)使用隔离的pc/ppi电缆，尽量不用廉价的非隔离电缆(特别是在工业现场)。西门子公司早期出产的pc/ppi电缆(6es7901-3bf00-0xa0)是不隔离的，现在也改成隔离的电缆了。

(2)plc的rs-485口联网时采用隔离的总线连接器，如pfb-g，速率为0～1.5mbps自动适应，外形和使用方法与西门子非隔离的总线连接相同。

(3)与plc联网的第三方设备，如变频器、触摸屏等的rs-485口均使用rs-485隔离器bh-485g进行隔离，这样各rs-485节点之间就无“电"的联系，也无地线环流产生，即使某个节点损坏也不会连带其它节点损坏。

(4)良好的接地是工控系统安全可靠运行的重要条件，对于工业通信网络更是如此。在工业通信网络中，至少有三种分开的地线，通过一点接地。第一条是低电平电路地线(即信号地线)，包括数字地、模拟地、信号地和直流地等;第二条是噪声地线，即继电器、电动机、高功率电路的地线;第三条是机壳接地点，机械外壳、机身、机架、地盘使用，此地线应该和交流电源的地线相接。交流电源地线应和保护地线相连，以达到避免因公告地线各点点位不均所产生的干扰。rs-485通信线采用profibus总线专用屏蔽电缆，保证屏蔽层接到每台设备的外壳并最后接大地。

(5)对于有架空线的系统，总线上最好设置专门的防雷击设施。

5 结束语

rs-485通信是工业网络通信的重要组成部分，其网络、接口故障是广大工程技术人员经常遇到的问题，也是影响工控系统稳定运行的主要问题之一。处理好这一问题，保证通信系统的稳定、可靠运行，将打打提高工厂自动化的效率。本文的粗浅讨论希望能给工程技术人员在处理实际问题以一定的帮助。