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IEC61131-3標準的基本概念和定義

   IEC61131-3對下述三個方面進行了描述和定義：1、塊的概念，2、PLC的配置，3、編程系統應具備的基本功能。
一、塊的概念
由POU（Program Organization Unit）構成的程序和項目稱之為塊(Blocks)，POU與傳統PLC世界中的程序塊、組織塊、順序快、功能塊相對應。
IEC61131-3標準的一個非常重要的目的就是限制塊的種類及其隱含的意義，以便統一和簡化它們的用法。為此，標準定義了三種類型的POU，分別如下：

POU類型 意義
程序（PROG） 主程序，包括指定的I/O、全局變量和存取路徑
功能塊（FB） 擁有輸入/輸出變量的塊，是最常用的POU類型
函數（FUN） 帶有函數值的塊，作為PLC基本操作集的擴展
三種POU的區別在于：
函數（FUN）  函數POU可以指定參數，但沒有靜態變量也就是沒有存儲空間，在用相同的輸入參數調用函數時總是返回相同的結果。
功能塊（FB） 功能塊POU即可以指定參數，也有靜態變量，在用相同的參數調用功能塊時，返回值取決于內部變量和外部變量，并能將內部變量保持到下一個執行周期。
程序（PROG） 此類POU代表“主程序”，整個程序的所有變量（包括指定的物理地址）都應該在此POU（或資源、配置）中聲明，其他方面與功能塊POU類似。
POU 是個封裝的單元，可以獨立地編譯，并作為其他程序的部件，經編譯的POU可以連接在一起組成完整的程序。
POU 的名字在整個項目中是唯一的、全局的。局部子程序在IEC61131-3中是禁止的，經編程之后的POU，其名字和調用接口對項目中其他所有的POU是已知的。
POU 的這種獨立性大大方便了自動化任務的模塊化以及可以重復使用已經獲得良好測試和執行的軟件單元。
編寫PLC程序實際上就是構造功能塊（FB）和程序塊。大多數情況，PLC已經預先構造和測試好了大量的功能塊（如：定時器和計數器），用戶只要將系統提供的功能塊按照邏輯要求組織成程序即可。
編寫POU的語言種類
   IEC61131-3推薦了五種語言來構造POU，分別是：IL(Instruction List)-指令表、FBD（Function Block Diagram）-功能塊圖（或方塊圖）、LD（Ladder Diagram）-梯形圖、SFC（Sequence Function Chart）-順序功能圖，ST（Structured Text）-結構化語言。
   每一種語言都有其優點和適用的人群，梯形圖直觀明了，為大多數的工程人員所喜用，是編寫PLC的首選語言。
POU之間的關系
 （1）， POU 可以互相調用；
 （2）， 禁止遞歸調用；
（3）， 梯形圖（LD）、方塊圖（FBD）、順序功能圖（SFC）通常是能相互轉換的；
（4）， 由梯形圖（LD）轉換成的指令表（IL）通常也可以由指令表（IL）轉回梯形圖（LD）；
（5），用指令表（IL）編寫的程序塊通常是不能轉換成梯形圖（LD）的，除非結構很簡單。
（6），用結構化語言（ST）編寫的程序塊不能轉換成其他四種的任何一種。
標準函數
IEC61131-3只定義了約46個函數，分別是：
數字運算 ABS、SQRT、LOG、LN、EXP、SIN、COS、TAN、ASIN、ACOS、ATAN；
算術運算 ADD、SUB、MUL、DIV、MOD、EXPT、MOVE；
位移與位運算 SHL、SHR、ROR、ROL、AND、OR、XOR、NOT；
選擇   SEL、MAX、MIN、LIMIT、MUX；
比較   GT、GE、LT、LE、EQ、NE；
字符串操作 LEN、LEFT、RIGHT、MID、CONTACT、INSERT、DELETE、RAPLACE、FIND；
標準功能塊
IEC61131-3只定義了5個功能塊，分別是：雙穩觸發器、邊沿觸發器、定時器、計數器、通訊功能塊；
實際的PLC中這些函數和功能塊是遠遠不夠用的。
 
二、PLC的配置
  用IEC61131-3推薦的語言（一種或多種）編寫的程序型POU（程序塊）通常是相互獨立的，如何將各個程序塊組成完整的程序就需要對程序塊進行配置，IEC61131-3中引入配置元素的概念，通過聲明和定義配置元素將程序塊緊密地聯系在一起。
  配置元素有四種，分別是：配置（Configuration）、資源（Resource）、任務（Task）和運行程序（Run-Time Program），它們之間是按層次劃分的。
  四種配置元素的作用如下：
配置元素               描述
Configuration (配置)     定義全局變量（在本配置內有效）
                        組合PLC系統內的所有資源
                        定義配置之間的存取路徑
                        聲明直接表示的變量
Resource （資源）    定義全局變量（在本資源內有效）
                        給任務和程序指定資源
                        用輸入/輸出參數調用程序
                        聲明直接表示的變量
Task （任務）    定義運行屬性
Run-Time Program (運行程序) 給程序塊或功能塊指定運行屬性

   直接表示的變量聲明將整個配置映射到PLC的硬件地址，這些聲明可以在配置級、資源級或程序級實現，POU通過外部變量聲明存取這些變量。
   當將為所有的POU聲明的直接表示的變量放在一起時就組成PLC應用的定位表。再重新布線時只要簡單地修改這個表，將符號地址重新指到PLC的絕對地址即可。

  配置元素通常是以文字形式聲明的。
配置元素之間的關系
   配置元素之間是按層次分級的，配置定義了資源和存取路徑，資源定義了任務并將任務分派到PLC的物理資源，任務定義了程序運行時的屬性，由此構成了完整的聲明鏈。
三、PLC編程系統應具備的基本功能
創新的PLC編程系統應具備下列模塊：
（1），語言編輯器；
（2），編譯器、連接器、系統配置器；
（3），測試與授權、通信管理；
（4），項目管理器；
（5），器件管理器；
1，語言編輯器
   IL、ST語言編輯器是文本的，LD、FBD、SFC是圖形的。
2，編譯器、連接器
   編譯器、連接器在結構化文本語言中是需要的，在LD、FBD、SFC并不時必需的。
3，系統配置器
系統配置器實現資源和任務的管理。
4，測試與授權、通信管理
  測試與授權、通信管理部分應具備的功能如下： 
（1），下載整個項目或個別POU到PLD；
（2），從PLC上傳項目到PC；
（3），修改PLC中的程序(在“運行”或“停止”模式)；
（4），啟動和停止PLC；
（5），顯示變量的值（狀態）；
（6），在測試期間，為防止現場不安全的條件，PLC的輸出應不會動作，只有在正常操作時，程序才能執行，其值才能賦給直接變量。附加的軟件和硬件能確保寫到輸出變量的值不影響物理輸出。
（7），從PLC中取回系統數據，通信和網絡信息；
（8），程序的執行控制（斷點、單步…）;
（9），在線修改程序；
（10），功率流顯示；
5，器件管理器
   器件管理器管理除CPU之外的所有擴展模塊和接口。
6，項目管理器
   項目管理器是功能強大的管理器，要求能對系統中的所有資源進行統一的管理，其應具備的功能如下：
（1），登記新創建的文件；
（2），從其他項目導入文件；
（3），顯示所有已經存在的POU；
（4），更名或刪除POU；
（5），整個項目的信息結構；

PLC StudioV1.10實現的功能

1，PLC StudioV1.10完全實現了IEC61131-3標準中的POU的概念，將程序型的POU稱為程序塊，函數和功能塊統稱為指令并用圖形塊的方式在梯形圖中直觀地顯示。將函數和功能塊統稱為指令是為了與指令表中的稱謂統一。
2，每個程序塊用一個“視”（View）來顯示和編輯；
3，在梯形圖中同時實現了“網絡”（Network）的概念；
4，擴充了標準中的函數和功能塊；
5，對標準中使用的文本配置方法進行了重大改進，用完全圖形化的界面代替了文本描述，減少了錯誤，提高了效率；
6，支持程序的下載和上傳，并增加了程序的比較功能；
7，在PLC的工作模式（“編程”、“監控”、“運行”）中增加了“調試”模式，確保在調試期間不會導致設備的誤動作；
8，支持在線修改、編輯程序；
9，支持在線修改變量值、強制變量狀態；
10，支持在線觀察變量值，并以可選擇的格式顯示；
11，支持符號變量的使用；
12，支持用戶自定義喜好的編輯環境；
13，強化的安全管理；
14，即時編譯技術、自驗證技術能及早發現錯誤；
15，高效、直觀的外部（擴展）資源管理；
16，層次分明的程序塊（POU）管理；
17，直觀的在線狀態、功率流顯示；
18，支持梯形圖（LD）、指令表（IL）、及改進的方塊圖（FBD）三種語言，并可以在同一界面中混合顯示和編輯；
19，支持多PLC項目的統一管理。