4、控制器文件結構
控制器的文件結構是指控制器的程序文件結構和數據文件結構。在使用控制器前，應該學習和了解控制器的文件結構，這對于合理設計程序文件，規劃程序、設備階段和數據及數據庫結構，優化控制器內存和邏輯執行等都是十分有幫助的。
1)程序文件
程序文件是用戶編寫的針對控制應用的執行文件，一個ControlLogix項目的程序文件結構包括3層，即任務(Task)層、程序(Program) 層和例程(Routine)層，結構層次架構如圖所示。其中，一個項目最多可以定義32個任務，每個任務最多可以定義100個程序、設備階段或它們的組合。每個程序或設備階段擁有自己獨立的數據庫和例程，例程的個數由控制器的內存決定，只要內存足夠大，例程的數量沒有具體限制。
①任務
任務是一個項目所有與控制有關的數據和邏輯的總和，有連續型、周期型和事件觸發型3種執行類型。連續型任務是指周而復始執行的任務，周期型任務是指定時(中斷)執行的邏輯程序，事件觸發型任務是指事件觸發引起的調用任務。
一個項目只能定義一個連續型任務。連續型任務執行期間，可以被周期性任務和事件觸發型任務中斷(周期型任務和事件觸發型任務因此也稱為中斷型任務)。中斷型任務的中斷級別有15個，序號為1~15，序號越小，中斷級別就越高，任務的優先權也越高。高優先權任務可以中斷所有低優先權的任務，一個中斷任務完成后返回到斷點繼續執行。
②程序和設備階段
◆程序是任務的下一層結構，由獨立的數據庫和例程組成。在數據庫中建立的標簽只能被程序內的例程引用，屬于內部數據。每個程序中必須指定一個例程為主例程，作為程序運行的啟動程序，其余的例程由主例程中調用。程序中還可以指定一個故障處理例程，以解決程序中的例程在運行時引起的故障。
程序是一個完整的結構，可以理解為就是一個傳統的處理器。當把傳統的處理器移植到ContolLogix控制器時，它的結構就對應一個連續任務下的一個程序。當一個任務下有多個程序時，控制器將按程序的組態順序執行。這個順序可以根據需要在任務組態中進行調整。
◆設備階段是專門針對基于狀態轉換模型的控制場合而開發的程序設計方法，也稱為設備相位。Stuio5000(或RSLogix5000 V15版及以后的版本)支持設備階段的編程和管理功能。它把設備運行劃分為各個操作狀態循環操作，任何時候只有一個模塊處于激活處理中，每個狀態按照設定的時間或給定的條件，決定完成并進入下一個狀態。設備階段采用標準化的狀態編程模型，把編制的程序代碼寫入規定的狀態模塊，模塊之間只需通過轉換和命令調用來實現控制。
設備階段有自己獨立的數據庫和例程，要建立各種階段狀態例程，包括類似于主控例程的預設狀態例程或初始化狀態例程等。設備階段與程序處于同等位置，只是針對的應用對象不同而已。
③例程
例程是控制器執行的所有控制代碼的集合，也稱為子程序，是一個項目實現各種控制策略的執行邏輯代碼。例程可以用任一種編程語言進行編寫，每個例程只能引用控制器數據庫和所在程序的數據庫。
2)數據文件
ControlLogix系統的數據文件與傳統的PLC處理器不同，它采用數據標簽來表示程序處理的數據或對象。數據文件是用戶程序中使用的數據標簽的集合，也稱為數據庫。一個好的ControlLogix項目，不僅要建立數據文件，還要對數據進行合理的規劃，包括數據范圍、數據類型和結構等。
①數據標簽
數據標簽由字母開頭，包括大小寫字母、數字0~9和下劃線組成，如witch_1，Pump_5和Start等。在同一個數據范圍內，數據標簽不分大小寫，大小寫主要用于輔助記憶。由于數據標簽在數據庫中是按字母順序排列的，所以可用前綴、補齊標簽字符長度的方法進行命名。如A1_TK001，A2_TK151等，簡潔的數據標簽可以節省內存。
②數據范圍
ControlLogix系統建立的數據文件可分為全局數據范圍和程序數據范圍。全局數據范圍又稱為控制器數據范圍，對外數據和內部數據全部都可以被控制器中的所有程序或例程引用。程序數據范圍屬于各程序的內部數據，只能被所在程序中的例程引用。各程序數據范圍是相互隔離的，不同程序范圍中的標簽可以重名。
③數據類型
ControlLogix系統的數據類型有基本數據類型和結構數據類型2種。基本數據類型構成結構數據類型，結構數據類型和關系數據庫的記錄結構方式一致，有利于數據采集和管理系統的數據交換。
◆基本數據類型
基本數據類型包括布爾型(BOOL)、 短整數型(SINT)、 整數型(INT)、 雙整數型(DINT)和實數型(REAL)，是程序或人機界面引用地址的最小單位，通常稱為操作數。基本數據類型的名稱、符號、格式和數值范圍見表，實數型數據可以表示小數。
Controllogix系統數據處理的基本單位是32位共4字節(B)，數據標簽的類型為BOOL、SINT或INT時，數據位分別只有1位、8位和16位，控制器仍按一個完整的32位分配內存空間，空余的位被閑置。ControlLogix系統基本數據類型的內存空間占用如圖陰影部分所示。很顯然，這樣的內存分配其優點是簡單，缺點是占用內存較多。
CPU處理不同的數據類型時運算速度是不同的，如采用 SINT或INT類型運算時，CPU需要把SINT或INT轉換成DINT后進行運算，運算完成后還要將結果分別轉換為 SINT或INT型數據。這都需要占用CPU處理時間。混合運算時的轉換略有不同，如SINT與DINT運算，結果為DINT等。數據類型都是DINT時，數據處理時不需要轉換，運算速度較快。
這在具體應用編程時要注意，如果運算量不大，CPU運行速度足夠快，這點時間是可以忽略的。但如果程序較大，就需要做進一步優化。
◆結構數據類型
結構數據類型包括系統預定義結構數據類型、用戶自定義結構數據類型和數組等3種，每一種類型又包含幾種形式，見表。
◆系統預定義結構數據類型
指系統預先定義的結構數據，具有固定的形式，在組態編程定義時自動產生，它包括以下幾種形式：
◆I/O組態時產生的數據
ContolLogix系統在創建I/O模塊時，數據庫中自動生成相應的I/O結構數據。設在本地框架1號和2號槽位分別添加DI和DO模塊時，就有：
Local:1:C—本地框架1號槽位DI模塊組態數據
Local:1:I—本地框架1號槽位DI模塊輸入數據
Local:2:C—本地框架2號槽位DO模塊組態數據
Local:2:I—本地框架2號槽位DO模塊狀態數據
Local:2:0—本地框架2號槽位DO模塊輸出數據
每一種I/O模塊其結構數據是不一樣的，編程時可以直接采用相應的數據，或通過別名的方式讀寫I/O通道。I/O模塊的這種結構數據，大大簡化了 ControlLogix系統的I/O尋址方式。如 Local:1:I.Data.1表示1號槽位DI模塊的輸入通道1，Local:2:0.Data.7表示2號槽位的DO模塊的輸出通道7等。AI和AO模塊的定義和別名調用方法類似。
◆多字元素文件數據
ControlLogix 系統擴展了PLC-5增強型指令集，并繼續引用傳統PLC指令集中的多字元素文件，同時把指令中的16位整型數轉換為32位雙整型數。如定時器(Timer)指令、計數器(Counter)指令、比例積分微分(PID)指令、信息(MSG)指令和順序功能圖(SFC)操作指令等。
運動控制、功能塊圖、設備階段以及系統組態信息和狀態信息對應的數據結構，分別在運動控制編程、功能塊(過程控制)編程、設備階段編程以及使用設置控制器狀態值指令(SSV)和讀取控制器狀態值指令(GSV)時引用。
◆自定義結構數據類型，指用戶根據應用需要自行定義的結構數據。它包括以下幾種形式：
字符串自定義數據結構。用戶可以自行定義長度為1KB~64KB的字符串數據結構，用于ASCⅡI碼的數據(英 文字符和數字符號等)表述。數據結構中默認一個長度為82B的字符串，與傳統PLC-5/SLC-500系統中定義的字符串長度一致以保證能相互兼容。
用戶自定義數據結構。用戶自定義數據結構(UDF)是在編程時為了某一控制任務組織相關數據而建立的數據結構，以便于數據的查找、監視和傳輸等。在建立數據結構的過程中，數據元素的定義順序與存儲器空間的占用有關。BOOL類型占1位，每建立一個BOOL元素，都會存放在剩余的空間上。如果空間不夠，再劃出新的32位字的空間。同理，SINT類型占8位，每建立一個SINT元素，都會存放在剩余的空間上。如果空間不夠，再劃出新的32位字的空間。其他類型以此類推。一個完整的用戶自定義數據結構UDF的大小一定是32位的整數倍。
為電機控制而建立的UDF存儲空間如圖所示，各種數據類型占用的存儲空間與定義的順序(而不是按字母順序)和它們的類型有關，把相同類型的數據整理到一起，數據所占用的空間只需40B(10*4=40B)，比原來基本數據類型所占空間(14*4=56B )要小得多。
AOI自定義指令結構。 AOI自定義指令數據結構是建立AOI時需要分配的輸入/輸出參數和指令內部使用的參數構成的數據庫，類似于指令的數據結構。AOI建立后，就會在項目目錄的【用戶自定義】(Add-On-Defined) 文件夾中自動產生與AOI指令同名的自定義數據結構。AOI指令調用時，都要分配一個相應結構的數據標簽，作為指令執行時的輸入和輸出參數。
◆數組
數組是同一數據類型連續分布的集合，可由基本數據類型和結構數據類型構成。數組有一維、2維和3維等3種結構。數組中元素的個數沒有限制，大小取決于控制器內存。
一個數組元素具有相同的數據形式，而且可以用算術表達式來運算。
數組數據Array_1[2]表示一個一維數據，數組名為Array_1, [2]表示數組的第3個元素(0、1和2)。 Pump_2[1,3]表示一個2維數組中的第2行、第3列交叉的元素，同理，Motor_A[2,3,0]表 示一個3維數組，數組名為Motor_A, [2,3,0]表示其中3維中第3、 第4和第0行交叉點的因素，數組數據元素如圖所示，圖中陰影的位置就表示數組元素的位置。
