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西门子S7-200子程序，多次调用的“怪”现象

在S7-200编程中，子程序想必大家都用过，使用子程序可以更好地组织程序结构，便于阅读和调试，也可以缩短程序代码。但是使用子程序也有一些需要注意的地方，除了子程序在同一周期内被多次调用时，不能使用上升沿、下降沿、定时器和计数器之外，还有子程序中局部变量的特点，在编程多次调用带参数子程序时要特别注意。下面就是前些天热线上遇到的一个Case，非常有代表性，在这里跟大家分享。
E：您好，西门子技术支持。
C：您好，我想问下，200子程序是不是多次调用时会不好使？
E：不会啊，您是不是在子程序里使用了沿指令或者定时器？
C：没有啊，我就编了一句很简单的开关程序，开关闭合，线圈导通，然后主程序里调用了两次这个子程序，结果第一个I点闭合了，两个Q点都导通了。
E：（心里活动：看来是和子程序的局部变量有关了，估计客户程序逻辑有问题）那请您描述一下您的子程序吧，我帮您看看。
于是客户描述了一下自己的程序，大致了解了之后告知客户我这边测试下，稍后回复。
客户的程序是这样的：
子程序：是个常见的自保持逻辑，接口参数如红框所示。

图. 01
主程序：调用了两次上面的子程序，实现I0.0和I0.1控制Q0.0的闭合和断开，I0.2和I0.3控制Q0.1的闭合和断开。

图. 02
那么在线测试下程序执行情况，发现果然如客户所描述的，I0.0为1后，Q0.0和Q0.1都为1了。见下图.03所示。而如果闭合I0.2，则Q0.0和Q0.1都断开。

图. 03
为什么会这样呢？首先我们先明确子程序局部变量的特点。局部变量的变量类型分为四种：IN，IN_OUT，OUT和TEMP，局部变量存储区是在子程序调用时开辟的，子程序调用完成，局部变量占用的存储空间释放。
我们来分析下客户的子程序。
在主程序第一次调用子程序时，如果I0.0为1，I0.1为0，它们将自身值分别传给输入局部变量#AA和#BB，子程序中程序逻辑执行如下图.04所示。此时局部变量#CC值为1，子程序完成，#CC将值传送到输出参数Q0.0上，使其置1。根据局部变量的特点，子程序第一次调用完成后，局部变量存储区释放。

图.04

那么当主程序第二次调用该子程序时，开辟临时存储空间，但是此时的存储空间与第一次调用时开辟的不一定一致。可是，也有可能由于程序简单，仍然使用第一次调用时占用的存储空间。如果这种情况发生了，那么第一次调用时已经将#CC的L0.2置了1，而此值依旧存在，那么第二次调用时虽然输入参数I0.2和I0.3为0 ，但是#CC（L0.2）为1，由于客户的子程序逻辑有自保持部分，所以最后L0.2的逻辑结果仍然是1。子程序完成后，#CC将值传送到输出参数Q0.1上，使其置1。所以就会出现客户反映的那种问题。
那么该如何避免这种情况呢？
大家是否还记得刚刚介绍局部变量参数类型时除了IN, OUT类型外，还有一种类型叫IN_OUT，这种类型的参数是先读入，然后再写出，这里我们就可以利用它的特点解决上面的问题。
下面对子程序的参数进行修改，将原先的#CC变量类型改为IN_OUT。如下图所示：

图.05
主程序结构不变，如下所示，可以看到由于#CC的类型是IN-OUT，它在子程序块的接口位置也转到了左侧输入侧。

图.06
下面再次将I0.0置1，其他输入都为0，监控程序状态，如图.07所示，可以看到只有Q0.0为1，Q0.1状态为0。而如果将I0.1置1， Q0.0被复位，Q0.1还是0，这样就符合客户的控制要求了。

图.07
同样，如果只给I0.2置1，那么也只有Q0.1会亮，不会再影响Q0.0。
了解了IN_OUT类型变量的特点，就不难分析以上的结果。因为每次调用子程序时，局部变量#CC都会先去读取输入参数Q0.0或Q0.1的状态，所以即使两次调用子程序时，#CC变量使用的同一区域，该区域的值也会在开始被Q点的状态所修改，就不存在两次调用相互影响的情况了。
另外，如果在子程序一开始就添加一条指令，对局部变量#CC进行赋初值（如图.08），也可以避免临时变量区数值不定的问题，您可以尝试测试下。

图.08
所以，在编写200子程序时要特别注意局部变量的特点，一旦出现多次调用不正常的情况，就可以从局部变量的特点出发分析，看看是不是存在隐患。善加利用IN_OUT变量也许可以解决许多问题。

西门子PLC有源导轨

一.SIEMENS   PLC控制系统关于热插拔功能的定义：
    1．带电插拔模块时，确保不造成模块的硬件损坏；
    2．带电插拔模块时，CPU不停机，并产生报警；
    3．带电插拔模块时，该模块I/O通道的数值保持不变，而其他模块的运行不受影响；
    4．带电插拔模块时，CPU中触发中断组织块或通过DP诊断程序块，得到模块拔出或插入的事件信息，在用户程序或中断组织块OB**中进行相应控制逻辑和I/O通道的处理；
二.SIEMENS的PLC控制系统中：
   1. S7-200系列PLC不支持热插拔功能；
   2. S7-300 CPU直接带I/O模块的方式不支持热插拔；
   3. S7-300作为PROFIBUS DP主站下挂DP从站ET200M、ET200S、ET200iS，支持热插拔功能；（ET200M作从站时需要使用有源总线底板，如下说明）
   注：采用S7-300作为主站的软冗余系统无法实现热插拔全部功能，不具备以上所列第3，4条目中的功能。当您将ET200M从站上的模块拔出时，CPU 不停机，主CPU、备用CPU上的SF灯亮，BUSF灯闪烁，ET200M从站上的2块IM153-2模块的SF灯亮，BF灯闪烁，该ET200M从站上所有模块的I/O值被清0，S7-300主站失去对该ET200M从站的控制能力。当您再次将模块插入到ET200M站上时，系统从主CPU切换到备用 CPU，SF、BUSF、BF灯熄灭，软冗余系统重新回到正常运行状态。
   若要在软冗余系统中实现热插拔的4项功能，必须使用S7-400作为软冗余系统的主站。
   4. S7-400作为PROFIBUS DP主站下挂DP从站ET200M、ET200S、ET200iS，支持热插拔功能；（ET200M作从站时需要使用有源总线底板，如下说明）
   5.S7-400 CPU直接带I/O模块的方式支持热插拔。
    S7-400系统由于很好的电磁兼容性和抗冲击、耐震动性能，因而能最大限度的满足各种工业标准，模板能够带电插、拔，当S7-400机架上插入或取出模板时，都会在CPU中产生一个中断信息，供客户在用户程序中对模板更换的动作进行相应的处理。
三. ET200M的有源总线底板配置与说明：
    ET200M是在工业现场经常使用的PROFIBUS DP分布式从站，一个ET200M从站一般由导轨（S7-300系列通用导轨）、IM153接口模块、若干块S7-300系列的模块（PS电源模块、I/O模块、CP通讯模块、FM功能模块）组成：

    这样的ET200M从站是不支持热插拔功能的。为了实现ET200M从站的热插拔功能，我们需要对ET200M的硬件配置进行一些调整，通用导轨更换成带有有源总线模板的导轨，下图向您展示了1个有源总线导轨和5个有源总线模板组装后的情形：
 

下图比对了有源总线导轨与S7-300通用导轨的区别
 

下图展示有源总线导轨、有源总线模板和2个IM153-2接口模块组装后的情形：
 

关于ET200M站 target=_blank>

关于ET200M站"Module change during operation"（运行中更换模块）功能实现的说明： 
 

STEP1：在STEP7的硬件组态窗口的PROFIBUS DP目录中选择相应IM153模块，可以看出该模块支持“module exchange in opration”（热插拔）；
STEP2：将IM153模块拖到PROFIBUS总线上；
STEP3：选择I/O模块，插入到ET200M站的各个槽位中；
STEP4：双击ET200M站，打开属性窗口，选中“Replace modules during operation“(热插拔)选项；
STEP5：属性窗口中提供了ET200M站热插拔功能所需的有源总线导轨的订货号；
STEP6：属性窗口中提供了该型号IM153，插入的I/O模块对应使用的有源总线底板的订货号；
除了以上的硬件组态之外，还要向S7-400中下载OB82、OB83、OB84、OB85、OB86、OB87、OB121、OB122等组织块。当ET200M从站上进行模块的热插拔时，中断组织块OB83 ，OB85，OB122被调用。
    如果你采用S7-300 CPU 或 CP 342-5作为DP主站，那么您只能够通过安装GSD文件的方式将IM153模块组态成DP从站，并双击IM153，打开它的属性窗口，进行设置。否则您在STEP7的硬件组态窗口中直接将PROFIBUS DP目录ET200M文件夹下IM153模块挂在PROFIBUS总线上，如下图：
 

     从上图可以看出，当你从右侧的PROFIBUS DP树型目录中将IM153-2模块拖到PROFIBUS总线上后，双击点开IM153的属性，“Repalce modules during operation”(热插拔功能)选项为灰色，所以在这种方式下，无法实现热插拔的全部功能，只能实现第1、2两条，不能实现第3、4条功能。
 

添加IM153-2模块到PROFIBUS总线上，设置热插拔选项
 

设置IM153-1模块的热插拔功能选项
除了以上的硬件配置之外，还要向S7-300的CPU中下载OB82、OB86、OB121、OB122等组织块,才能保证当您在ET200M站上进行模块热插拔时，S7-300的CPU保持运行，而ET200M站上其他模块的工作不受影响。同时，当您进行ET200M站上模块的拔出或插入，系统都会调用 OB82、OB86，您可以获取OB86和OB82中的参数返回值，得知什么时间是哪一个主站下的哪一个从站上的模块被插拔, 您可以根据系统控制逻辑的需要，在组织块OB82，OB86中编写用户程序，调整I、O的数值，确保进行模块热插拔时，生产机构处于安全运行状态。
您可以在S7-300的用户程序中循环调用SFC13（DP总线诊断功能块），不断获取DP网络的诊断信息，当ET200M从站上进行模块的热插拔时，可以从SFC13的返回数据（在DB块中）获取插拔模块的信息，在用户程序中对返回的诊断信息进行判断、评估后，进行相应的逻辑控制和I/O处理，使生产机构处于安全运行状态；
如果您在ET200M站中使用了参数化的模块（如FM354，CP340等非输入输出的模块），在DP主站通电初始化过程中会对这些模板进行参数化和配置。当您带电拔掉可参数化的模块，再插入后，模块原有的参数就会丢失。除非重新启动DP主站，在主站进行初始化过程中，对这些模块在进行一次参数化和配置，否则这类模块在被拔掉，再插入后，只能够以它的默认参数运行。

             PLC系统的基本构成

1.   PLC的硬件结构

可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几组成。PLC硬件结构如图1所示：

图1 PLC硬件结构

2.   中央控制处理单元(CPU)

可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。

通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。

3.   存储器

可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。

系统存储器：存放系统管理程序。

用户存储器：存放用户编制的控制程序。

4.   输入接口电路

PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。

接到PLC输入接口的输入器件是：各种开关、按钮、传感器等。各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。PLC输入电路通常有三种类型：直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入

图2  直流输入模块

图3  交、直流输入模块

图4  交流输入模块

5.   输出接口电路

PLC的输出有三种形式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。如图所示：

图5  场效应晶体管输出方式（直流输出）

图6  可控硅输出方式（交流输出）

图7  继电器输出方式（交直流输出）

输出端子有两种接法：

一种是输出各自独立，无公共点：各输出端子各自形成独立回路。

一种为每4∽8个输出点构成一组，共有一个公共点：在输出共用一个公共端子时，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共点组可使用不同电压类型和等级的负载，且各输出公共点之间是相互隔离的。

输入输出端子处理的过程如下：

6.   电源

PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。

7.   编程器

利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视PLC的工作状态。编程器一般分简易型 和智能型。

8.   PLC的软件结构

在可编程控制器中，PLC的软件分为两大部分：

1.      系统监控程序：用于控制可编程控制器本身的运行。主要由管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用。

2.      用户程序：它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。

西门子触摸屏 TP 177 micro