探討如何應用數組嵌套結構實現PLC數據塊有序編址

楊擁軍

摘 要 文章提出了數據塊（DB）中數組（Array）和結構（Struct）等復雜數據類型的嵌套在物流輸送線自控西門子PLC程序中的應用方案，該方案在PLC數據塊中的用戶數據存儲地址與實際設備號之間建立了數學模型，實現有序編址。以卷煙物流高架倉庫PLC控制程序為實例介紹了具體的實現過程，并詳細介紹了西門子Step7中的實現數組與結構的嵌套、利用指針尋址以及數據傳遞的方法。

關鍵詞 數組;Struct;嵌套;物流;PLC

引言

在卷煙自動化物流控制系統中，信息流是不可或缺，需要同步傳遞的。PLC控制物流輸送時，運行參數、托盤條碼、物料品種等信息也同步傳遞。如何有序地存儲這些數據，方法有很多。巧用數組和結構這些復雜數據類型嵌套，是一個可行的方法[1]。

1 數組和結構的定義

數組（ Array）數據類型表示一個由固定數目的同一種數據類型元素組成的數據結構。Array有時也被譯為“矩陣”。數組中的元素允許使用除了Array之外的所有數據類型。

STEP7中復雜數據類型（Struct）表示一個由確定數目組件構成的數據結構，組件的數據類型可能各不相同。

嵌套的結構就是指一個結構作為另一個結構的組件，結構允許的嵌套深度可達6層。

2 問題提出

這幾百臺輸送機上需要傳遞的數據包含有多種基本數據類型，任務號、起始地址、目標地址、件煙數量等為整形（INT），托盤條碼為雙整形（DINT），超長、超寬、超高等外型數據為布爾形（BOOL）。這幾千組數據如果直接在數據塊中順序建立和聲明，那將是非常大的工作量，程序維護起來非常困難[2]。

3 解決思路

數組（ Array）和結構（Struct）的嵌套可以很好地解決這個問題。具體做法是：建立一個Struct數據類型，分配固定長度的存儲區域，把需要傳遞的信息按照一定規則放在這一區域，每臺輸送機對應一個Struct;

然后再建立一個數據塊，聲明一維數組Array，數組的上下邊界包含設備的所有平面，使數組順序與設備編號一一對應，可以一個建立數學模型。如設備編號從3001開始，就定義ARRAY[3001..3500]。在Array內嵌套剛建立的Struct數據類型，就能把存放地址排序分配了。需要傳遞信息時，利用POINTER型指針尋址，將上一個輸送機的Struct傳送到下一個的Struct，實現信息的批量傳遞。

4 物流信息有序存儲及傳遞的功能實現

4.1 搭建環境

西門子S7系列PLC都有很強的數據存儲能力，為物流控制系統的信息流傳遞提供了很好的支撐。以西門子S7-300為例，實例說明數組在物流控制程序的應用。

4.2 建立數據塊，聲明一維數組Array

插入一個數據塊，選擇復雜數據類型中的Array數組。數組以實際的設備平面號為邊界，比如生產線400多臺的輸送機平面號以3001為基準平面號，就定義數組Array[3001..3500]，抽象的數組更貼近實際生產現場，容易理解。

由于數組內的數據類型要求同一種數據類型元素，所以在數組內再嵌套聲明一個Struct數據類型。自定義的Struct長度為20個字。在這20個字里再定義任務號、起始地址、目標地址、品牌代碼、件煙數量（INT）、托盤條碼（DINT），超長、超寬、超高（BOOL）等外型數據。這樣就巧妙地將不同數據類型的幾千條信息都存放在一個數組Array里。

4.3 數學模型的建立與地址邊界計算

每臺設備的存放地址分配原則從建立數據塊的思路中可以得知，一個Struct表示存儲一臺設備的信息，每臺輸送機分配了20個字節。設備的平面號以3001起始，那么就以3001為基準平面號。計算某臺設備的存儲地址時，以當前設備平面號減去基準平面號3001的差值，再乘以20，就是這臺設備的存儲起始字節邊界。

當設備編號為N，基準平面號M，存儲起始字節邊界為S，那么

S=（N-M）*20

如設備3013，基準平面號3001，則設備3013的存儲起始地址為：

S=（3013-3001）*20=240，

它的物料信息在DB50數據塊中的存放地址為DB50.dbw240，以DB50.dbw240為起始字節，向后20個字。

4.4 編寫功能塊，利用指針POINTER信息傳遞

（1） 起始地址和目標地址的計算

建立一個FC塊，變量#EQU1_NO表示從哪臺設備傳遞;#EQU2_NO要傳遞給哪臺設備;#OFFSET表示基準平面號;

#EQU1_NO與基準平面號#OFFSET的差值再乘以20，再乘以8，就是傳遞起始設備的起始地址位，地址存放在地址寄存器AR1中。

#EQU2_NO與基準平面號#OFFSET的差值再乘以20，再乘以8，就是傳遞目標設備的起始地址位。地址存放在地址寄存器AR2中。

（2） 利用POINTER指針進行數據傳遞

如上圖2，變量#DB_INFO表示數據塊DB50;變量#INFO_LENGTH表示地址區域長度;地址寄存器AR1和AR2存放著剛才計算出的要傳遞的起始地址和目標地址的邊界。

當邏輯條件具備時，就會把前一臺設備存儲區域的第一位傳遞給當前設備的對應位。每傳遞一個字節，地址寄存器AR1、AR2的POINTER指針者向后偏移1個字節。如此循環20次，將20個字節的數據都傳遞到下一個Struct。如圖3。

（3） 功能的調用

當FC塊編寫完成后，在程序中可以調用FC塊，給變量賦值，當條件具備時，設備3013的信息就傳遞到設備3014中。

5 物流PLC編程中應用數組嵌套結構的優點

5.1 數據編址邏輯清晰，層次分明。

采用復雜數據類型來存儲、可以在存儲地址與實際設備之間建立數學關系，實現了物流信息的有序存儲。解決了輸送生產線大批量設備在PLC中的信息編址的問題，這在卷煙自動化物流倉儲控制程序中實用性很強。

5.2 程序結構簡單

通過Array與Struct的嵌套，解決了Array里只能有同一種數據類型元素的問題，使數據塊的聲明長度明顯減少。只需要聲明一次Struct數據類型就可以把所有設備的數據都涵蓋了。

5.3 程序通用性和可擴展性強

數組在建立時的數據終始邊界就大于現有的設備數量。當生產線增加或減少設備時，只需在主程序中插入調用語句即可，增強了程序的通用性和可擴展性。

6 結束語

對于自動化物流系統來說，物流與信息流的同步傳遞是非常重要的。在存儲地址與實際設備之間建立數學模型，對于編寫大規模生產線PLC程序時非常有用。巧用數組（Array）與結構（Struct）的嵌套，可能很好地解決大量數據信息的編址問題，實現了存儲地址與實際設備建立數學對應關系，數據可以有序存儲與傳遞，減少了程序體積，也使程序的通用性的可擴展性增強。

參考文獻

[1] 時文飛.數組式編程方法在PLC編程中的應用[J].電氣傳動，2014， 44（1）：85-87.

[2] 李琦.數據結構和指針在PLC編程中的靈活運用[C].中國儀器儀表學會第六次全國會員代表大會暨學術會議.中國儀器儀表學會第六次全國會員代表大會暨學術會議論文集.北京：中國儀器儀表學會，2003：124-126，130.