說起PLC的程序結構，大家都知道PLC有主程序、子程序（S7-300/400稱為功能和功能塊）和中斷程序，好像沒有什么好討論的。實
際上不同的PLC的程序結構有很大的區別，程序結構體現了編程思想是否先進，決定了程序是否有很好的可重用性（可移植性）。可以
說程序結構是設計一個理想的自動化PLC產品首先應解決的最重要的問題。不少國產PLC在程序結構方面存在較大的問題，采用理想的程序結構
的國產PLC不多。例如有一家國產PLC自稱與三菱的FX2N兼容，但是居然沒有中斷功能！
1 幾種典型的PLC程序結構
下面介紹幾種常見的PLC的程序結構及其特點：
1．某些國外的小型PLC的程序結構
這些PLC的用戶程序由主程序、子程序和中斷程序組成。在每一個掃描循環周期，CPU都要調用一次主程序。主程序可以調用子程序
，小型控制系統可以只有主程序。
中斷程序用于快速響應中斷事件。在中斷事件發生時，CPU將停止執行當時正在處理的程序或任務，去執行用戶編寫的中斷程序。
執行完中斷程序后，繼續執行被暫停執行的程序或任務。
它們的子程序和中斷程序沒有局部變量，子程序沒有輸入、輸出參數。
2．西門子的S7-200的程序結構
過程映像輸入/輸出（I/Q）、變量存儲器V、內部存儲器位M、定時器T、計數器C等屬于全局變量。S7-200的程序組織單元(Program
Organizational Unit，簡稱為POU)包括主程序、子程序和中斷程序。每個POU均有自己的64字節局部變量，局部變量只能在它所在的
POU中使用。與此相反，全局變量可以在各POU中使用。
下面是子程序可以使用的局部變量：
1) TEMP (臨時變量)是暫時保存在局部數據區中的變量。只有在執行該POU時，定義的臨時變量才被使用，POU執行完后，不再保存
臨時變量的數值。
2) IN是由調用它的POU提供的輸入參數。
3) OUT是返回給調用它的POU的輸出參數(子程序的執行結果)。
4) IN_OUT是輸入_輸出參數，其初始值由調用它的POU傳送給子程序，并用同一變量將子程序的執行結果返回給調用它的POU。
主程序和中斷程序的局部變量中只有臨時變量TEMP。
具有輸入、輸出參數和局部變量的子程序易于實現結構化編程，對于長期生產同類設備或生產線的廠家尤為有用。這些廠家的編程
人員為設備的各組件或工藝功能編寫了大量的通用的子程序。即使不知道子程序的內部代碼，只要知道子程序的功能和輸入、輸出參數
的意義，就可以通過程序之間的調用快速“組裝”出滿足不同用戶要求的控制程序。就好像用數字集成電路芯片組成復雜的數字電路一
樣。
子程序如果沒有輸入、輸出參數，它和調用它的程序之間沒有清晰的接口，很難實現結構化編程。
子程序如果沒有局部變量，它和調用它的程序之間只能通過全局變量來交換數據，子程序內部也只能使用全局變量。將子程序和中
斷程序移植到別的項目時，需要重新統一安排它們使用的全局變量，以保證不會出現地址沖突。當程序很復雜，子程序和中斷程序很多
時，這種重新分配地址的工作量非常大。
如果子程序和中斷程序有局部變量，并且它們內部只使用局部變量，不使用全局變量，因為與其他POU沒有地址沖突，不需作任何
改動，就可以將子程序移植到別的項目中去。
3．西門子的S7-300/400的程序結構
S7-300/400將子程序分為功能（Function，或稱為函數）和功能塊（Function Block）。
S7-300/400的功能與S7-200的子程序基本上相同。它們均有輸入、輸出參數和臨時變量，功能的局部數據中的返回值實際上屬于輸
出參數。它們沒有專用的存儲區，功能執行結束后，不再保存臨時變量中的數據。
可以用全局變量來保存那些在功能執行結束后需要保存的數據，但是會影響到功能的可移植性。
功能塊是用戶編寫的有自己專用的存儲區（即背景數據塊）的程序塊，功能塊的輸入、輸出參數和靜態變量存放在指定的背景數據
塊中，臨時變量存儲在局部數據堆棧中。每次調用功能塊時，都要指定一個背景數據塊。功能塊執行完后，背景數據塊中的數據不會丟
失，但是不會保存局部數據堆棧中的數據。
功能塊采用了類似于C++的封裝的概念，將程序和數據封裝在一起，具有很好的可移植性。
S7-300/400的共享數據塊可供所有的邏輯塊使用。
4．IEC 61131-3的程序結構
IEC 61131-3是PLC的編程語言標準。IEC 61131-3是世界上第一個，也是至今為止唯一的工業控制領域的編程語言標準。IEC
61131-3有三種POU：程序、功能塊和功能。
功能是有多個輸入參數和一個輸出參數（返回值）的POU，返回值的名稱與功能的名稱相同，需要定義返回值的數據類型。調用具
有相同輸入值的功能總是返回相同的結果。功能可以調用其他功能，但是不能調用功能塊或程序。功能可定義的局部變量有VAR和
VAR_INPUT。
功能塊是有多個輸入/輸出參數和內部存儲單元的POU，功能塊的輸出參數值與其內部存儲單元的值有關。功能塊可以調用其他功能
塊或功能，但是不能調用程序。
在調用功能塊之前，必須在要調用功能塊的POU中為每次調用聲明功能塊的實例，操作系統將為每次調用分配功能塊專用的存儲區
（類似于S7-300/400的背景數據塊）。
功能因為沒有內部存儲區，調用時不需要實例化。
程序的行為和用途類似于功能塊，程序具有輸入和輸出參數，而且可以具有內部存儲區。程序通常包含有對功能和功能塊的調用。
IEC 61131-3定義了若干標準的功能和功能塊。
5．S7-300/400與IEC 61131-3程序結構的區別
1）S7-300/400的功能可以有多個輸出參數，返回值也屬于輸出參數。IEC 61131-3的功能只有一個返回值。
2）IEC 61131-3的功能塊用于保存局部變量的專用存儲區是在聲明功能塊的實例時分配的，它對用戶是不透明的，其他POU不能直
接訪問該存儲區。
S7-300/400的功能塊的局部變量（不包括臨時變量）保存在它的背景數據塊中。其他POU可以訪問背景數據塊中的變量。如果需要
多次調用同一個功能塊來控制同一類型的被控對象，每次調用都需要指定一個背景數據塊，但是這些背景數據塊中的變量又很少，這樣
在項目中就出現了大量的背景數據塊。可以使用多重背景數據塊來減少背景數據塊的數量。但是需要增加一個用來管理多重背景的功能
塊。
3）S7-300/400的功能塊的局部變量有臨時變量和靜態變量，IEC 61131-3的功能塊的內部變量Var相當于S7-300/400的靜態變量。
4）S7-300/400將數據區劃分為數據塊來使用，數據塊的大小與數據塊中定義的變量的數據類型和變量的個數有關。IEC 61131-3沒
有數據塊的概念。
2 對國產PLC程序結構的建議
1．小型PLC至少采用類似于S7-200的程序結構
鑒于局部變量和子程序的輸入、輸出參數的重要作用，建議小型PLC至少采用類似于S7-200的程序結構，子程序有輸入、輸出變量
，子程序和中斷程序有局部變量。
其缺點是子程序沒有專用的存儲區，如果在執行完子程序后有需要保存的數據，不能使用子程序的臨時局部變量，只能使用全局變
量來保存它們。這樣的子程序沒有完全解決可移植性問題。
2．建議采用IEC 61131-3的程序結構
S7-300/400或IEC 61131-3的程序結構比較理想，其功能塊內部可以全部使用局部變量，不使用全局變量，徹底解決了程序塊的可
移植性問題。相對而言，IEC 61131-3的程序結構比較簡單。
有的國產PLC自稱符合IEC 61131-3標準，我認為該標準的核心和精髓是程序結構，是檢驗真假IEC 61131-3的試金石。為了產品的
長遠發展，建議國產PLC采用IEC 61131-3的程序結構
滬公網安備31010802001143號
