0111 【万泉河】PLC编程给循环指令一个出口

0111 【万泉河】PLC编程给循环指令一个出口

我在很多年前，写过一篇文章：《PLC编程中的循环语法使用》，这篇文章被多次到处转载， 最新的转载是2023年11月公众号“工控帮”的转载，微信搜一搜就能搜到。

https://mp.weixin.qq.com/s/38HseYCWtVTC6zL9b3k4Zw

我发表这样文章的本意，就是建议PLC的初学者和刚入门的工程师，不要把过多精力放在研究循环上，也不要在程序中有意或者无意地使用过多的循环语句，以使程序变得难读和不容易调试。

比如在TIA PORTAL中，如果程序在线监控， 那么循环的这一段代码是无法实时看到数据运行值的。 所以要诊断代码逻辑是否有错误，是否在按照预想的轨道运行， 还需要另外额外的工作。

这些额外工作都是非常麻烦，且影响运行效果。 比如虽然现在PORTAL 中可以调试使用断点，可以单步调试，但这个时候OB1循环也被迫中断了，程序的基本控制功能也都停止了。所以PLC工程师通常是不做这种单步调试的。

然而我这样的宣扬并没有得到如期的效果。 很多工程师仍然执迷不悟沉迷于程序中用循环方法解决问题。甚至很多简单问题的解决都要不惜耗费些弯路，做各种前处理后处理，只为了循环这一下的爽5秒。

包括我也推出过80系列的程序例子，演示了如何不使用循环的实现效果，还做了比较。见文章 <0822 【万泉河】解读一个用循环法PK万泉河80模拟量例子的例子程序>

https://mp.weixin.qq.com/s/a6a1HG6DmuasLRnXwbWMaQ

但也仍然没用。很多同行可能摸到编程的机会太少， 太多的绘图，选型，设计，甚至接线工作耗费了他们太多的体力，导致对编程机会异常珍惜，对少有的能大展技能的机会不愿意放过。所以还是普遍表现出对循环语法的热爱。

所以，我总结了一下在高级语言编程中需要用到循环的情形，请工控工程师们可以同比对照参考。

在高级语言中，编程需要用到循环的场景通常有2种。

其中第一种是数据量异常巨大，比如要从数据库中抓取4万条数据进行统计处理。 那么显然，写4万句指令是不可理喻的。 必须对数据的输入输出做出严谨的分析，找到数据的共同特征点和变化量，用循环语句来搞定。

甚至，如果索引数据复杂多样到连共同的特征值都找不到，就是一堆乱麻数据， 那也宁愿先把这些索引数据保存为文件或者数据库，然后通过数据库方法查询得到，然后再进行统计计算。总之，无论如何打破头我也要使用循环实现。

而第二种是在编程的时候逻辑处理的步数不确定。比如配方数量是在运行中才人工输入的。 就只能用循环了。 还有是挑选特定值，比如运行数组中挑选匹配值的算法，当条件匹配后，就可以跳出循环了，逻辑的处理步数也同样是在编程时不晓得的。那么这些都需要用到循环。

而除此之外，即便是在高级语言的编程中，都很少再有用到循环语法的情况了。

更可想而知，对于PLC系统这样的环境， 能有多少需要循环才能搞定的算法了。

然而我在群交流时提出这样的比较指标之后， 还有人表示不服，不能理解。 反问我，如果20套同样的设备，也不要做循环，也罗列调用执行吗？（言外之意，不用循环用罗列的方法是不是太愚蠢了）

答案是当然咯！我80例子中，80个工位都罗列出来的，区区20更何足挂齿呢！

看起来这不用循环把一大票人憋得那是相当难受啊！

这样吧，我来给个出路。

眼光放高一点， 你的工作任务不是一台设备，而是一系列参数不同的设备。 你需要做的不仅仅是这台设备的PLC程序，而是要做一台能生成一系列不同参数设备的PLC程序的电脑端的程序。

即， 你需要的是PLC程序+生成PLC程序的电脑上的程序，我们不妨叫它PLC++程序。 而且最好的目标是，这套电脑上的程序的使用者也不是你自己，而是你简单培训后输出的对象，比如设备车间的工人。

公司接到订单以后，根据合同设备配置不同，参数数值也当然不同。那么车间工人除了组装盘柜之外， 还把这些数值输入到你给他的电脑程序的界面，输入完成后，按下“生成PLC程序”按钮，则程序自动生成， 生成后再打开编程软件下载到PLC，或者更自动点，你的程序都可以驱动指挥TIA PORTAL自动将生成的PLC程序下载到PLC中，HMI画面程序下载到触摸屏中。

这样， 在你和工人都不需要见到程序代码的情况下，程序就已经成功下载到设备中，设备就已经有了灵魂，就已经具备开机运行的条件了。

所以，如果你有天高的技能这回就有了施展的平台了。 在这套生成程序的PLC++程序里， 你随便怎么折腾都可以，绝对不会有人指责你程序写的好坏。 当然我猜， 循环一定是少不了的。 因为比如上一个系统80个模拟量+20个伺服包含了自动逻辑， 而下一个系统要你做出79个模拟量+15台伺服的自动控制，这套PLC++程序一定相当复杂，没有循环语法是万万达不到的。

当然，也仍然符合我对使用循环语法的场景的论断：循环次数不确定。

那些循环语法的信徒们终于有了释放的出口了。

然后， 你们自然也会比较得出生成PLC程序用罗列还是循环更方便的结论了。

S7-300400进阶笔记1：PLC程序的循环处理方式及其相关内容简介

前言

学习S7-300/400，不能仅仅局限于阅读或编写一段程序，更要从本质上认识PLC，方能更好的驾驭它。

一、PLC的循环处理过程

CPU中的程序分为操作系统 和用户程序 。

操作系统 用来处理PLC的起动、刷新输入/输出过程映像区、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和通信等任务。

用户程序 由用户根据需求自己编写，以完成特定的控制任务。STEP7将用户编写的程序和数据维护在"块"中，如功能块FB、功能FC和数据块DB等。

PLC采用循环扫描的方式执行用户程序，即扫描工作方式。

图1 PLC的扫描工作方式

1. PLC得电或由STOP模式切换到RUN模式时，CPU起动，同时清除没有保持功能的位存储器、定时器、计数器，清除中断堆栈和块堆栈的内容，复位保存的硬件中断等。

2. 执行"系统起动组织块"OB100，该组织块可以自定义编程，实现一些初始化的工作；

3. 系统进入周期扫描，并起动循环时间监控；

4. CPU将输出过程映像区的数据写入输出模块；

5. 读取输入模块的状态，并写入输入过程映像区；

6. CPU调用OB1，执行用户程序，期间，根据需要可调用其他逻辑块（FB、SFB、FC及SFC），来实现控制任务；

7. 在循环结束时，操作系统执行所有挂起的任务，例如下载和删除块、接收和发送全局数据等；

8. CPU返回"第3步"，重新启动循环时间监控。

9、在执行用户程序的过程中，如果有中断事件发生，当前执行的块将暂停执行，转而执行相应的组织块，来响应中断。该组织块执行完成后，之前被暂停的块将从中断的地方继续开始执行。OB1具有很低的优先级，除了OB90外，所有的组织块都能中断OB1。

二、过程映像区

PLC的存储器中，特别设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，分别称之为输入过程映像区和输出过程映像区。在循环程序处理过程中，CPU不会直接访问I/O模块，而是访问CPU内部的过程映像区。

如图1所示，在整个扫描周期内，CPU会分配一段时间集中将输出过程映像区的状态传送给输出模块。同样，输入模块的状态/数据也是集中、统一读入输入过程映像区。在程序的执行阶段，CPU只和输入/输出过程映像区做数据交互，这样做的好处是，即使外部输入信号的状态发生变化，输入过程映像区的状态也暂时不变，可防止程序执行时发生"紊乱"；而给到输出模块的数据是"同时"的，也可有效避免执行机构的动作序列的不同步。

对过程映像区的访问可以以位、字节、字 以及双字 的方式进行。

图2 过程映像区直接寻址

如图2所示，假设其为输入过程映像区的一部分：

· I1.3 即可访问到粉色部分的内容，即寻址一个位；· IB0 即可访问绿色部分的内容，即寻址一个字节；· IW2 :即可访问蓝色部分的内容，即寻址一个字；· ID4 即可访问橙色部分的内容，即寻址双字；

三、扫描循环时间

扫描循环时间是指图1中相邻两次"循环时间监控"之间的时间，它与用户程序的复杂程度及CPU执行指令的速度有关。如下为315和416两款CPU的指令执行速度，相比315,CPU416的执行速度快很多。

CPU 315-2DP：0.3ms/1000条指令；

CPU416-2DP：0.08ms/1000条指令

扫描循环时间不是一成不变的，以下事件都会延长循环时间：

· 中断 · 诊断和故障处理 · 测试和调试功能 · 通讯 · 传送和删除块 · 压缩用户程序存储器 · 读/写MMC卡

图3 最大循环时间与最小循环时间

如图3所示，在硬件组态中，可以修改最大循环时间，默认150ms。如果实际的循环时间超出设置的最大时间，CPU会调用组织块OB80，在其中响应这个故障。如果OB80中未编写程序，CPU将转入STOP模式。

400的CPU中还可以设置最小扫描周期，当用户程序较为简单，使得循环时间太短时，过程映像区会太过频繁的刷新，设置最小扫描周期可以避免这种情况。

四、系统的响应时间

PLC的外部输入信号发生变化的时刻到它所控制的外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，称之为系统的响应时间。它由以下三部分组成：

1、输入电路的滤波时间

输入模块通过RC滤波电路来过滤输入端引入的干扰，并消除因外接输入触点的动作时产生的抖动而引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，一般为10ms左右。

2、输出电路的滞后时间

输出模块的滞后时间与模块的类型有关，

· 继电器型输出电路的滞后时间一般在10ms左右；

· 双向晶闸管型输出电路在负载通电时的滞后时间约为1ms，负载由通电到断电时的最大滞后时间为10ms；

· 晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms以下。

3、CPU扫描循环工作方式带来的滞后时间

由扫描工作方式引起的滞后时间最坏的情况下，可达2-3个扫描周期。

PLC总的响应延迟时间一般只有几毫秒到几十毫秒，对于一般的系统是无关紧要的。在一些特殊应用场合，要求输入、输出信号之间的滞后时间尽可能短的时候，可以选用扫描速度更快的PLC或采取中断等措施。

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