1.软件模型概述

IEC 61131-3标准的软件模型用分层结构表示。每一层隐含其下层的许多特性，从而构成优于传统PLC软件的理论基础。

软件模型描述基本的高级软件元素及其相互关系。这些元素包括：程序组织单元，即程序和功能块；组态元素，即配置、资源、任务、全局变量和存取路径。它是现代PLC的软件基础。图1-17所示是IEC 61131-3标准的软件模型。

IEC 61131-3软件模型从理论上描述了如何将一个复杂程序分解为若干小的可管理部分，并在各分解部分之间有清晰和规范的接口方法。软件模型描述一台PLC如何实现多个独立程序的同时装载和运行，如何实现对程序执行的完全控制等。

IEC 61131-3软件模型分为输入/输出界面、通信界面和系统界面三部分。

（1）输入/输出界面 每个PLC系统都需要读取来自实际过程的输入，例如来自微动开关、压力传感器、温度传感器等物理通道的信号。它也经物理通道输出信号到各种执行器，如电磁阀、继电器线圈、伺服与变频器等。

（2）通信界面 大多数PLC系统需要与其他设备进行信息交换，以提供显示画面和操作面板等。

（3）系统界面 在PLC的硬件和软件之间需要系统界面，系统服务器需要确保程序可初始化和正确运行，提供硬件与嵌入式系统的软件之间的组合。

图1-17 IEC 61131-3标准的软件模型

2.配置

配置（Configuration）是语言元素或结构元素，它位于软件模型的最上层，是大型的语言元素。

配置是PLC的整个软件，它用于定义特定应用的PLC系统特性，是一个特定类型的控制系统，它包括硬件装置、处理资源、I/O通道的存储地址和系统能力。

配置的定义用关键字CONFIGURATION开始，随后是配置名称和配置声明，最后用END_CONFIGURATION结束。配置声明包括定义该配置的有关类型和全局变量的声明、在配置内资源的声明、存取路径变量的声明和配置变量声明等。

以下是一个配置的案例：

在配置案例中，配置名CELL_1有一个全局变量，其变量名为w，数据类型为UINT。给配置有两个资源，同时也声明了配置中有关变量的存取路径变量。图1-18所示是本案例软件模型的图形表示。

图1-18 软件模型的图形表示

3.资源

资源在一个“配置”中可以定义一个或多个“资源”。可把“资源”看作能执行IEC程序的处理手段，它反映PLC的物理结构，在程序和PLC的物理I/O通道之间提供了一个接口。只有在装入“资源”后才能执行IEC程序。一般而言，通常资源放在PLC内，当然它也可以放在其他支持IEC程序执行的系统内。

在上述的配置案例中有两个资源。资源名STATION_1有一个全局变量，变量名是z1，其数据类型是字节。该资源的类型名是PROCESSOR_TYPE_1，它有两个任务，任务名为SLOW_1和FAST_1。还有两个程序，程序名是P1和P2。资源名STATION_2有两个全局变量，一个变量名是z2，其数据类型是布尔量；另一个是直接表示变量，其地址是%QW5，数据类型是整数。需指出，资源STATION_1中的全局变量z1的数据只能从资源STATION_1中存取，不能从资源STATION_2中存取，除非配置为全局变量；反之亦然。

4.任务(www.daowen.com)

任务（Task）位于软件模型分层结构的第三层，用于规定程序组织单元POU在运行期的特性。任务是一个执行控制元素，它具有调用能力。

任务在一个资源内可以定义一个或多个任务。任务被配置后可以控制一组程序或功能块。这些程序和功能块可以是周期地执行，也可以由一个事件驱动予以执行。

任务除了有任务名称外，还有3个输入参数，即SIGNAL、INTERVAL和PRIORITY属性。

1）SIGNAL。单任务输入端，在该事件触发信号的上升沿，触发与任务相结合的程序组织单元执行一次。例如，任务INT_2中z2是单任务输入端的触发信号。

2）INTERVAL。周期执行时的时间间隔。当其值不为零，且SIGNAL信号保持为零，则表示该任务的有关程序组织单元被周期执行，周期执行的时间间隔由该端输入的数据确定，如任务SLOW_1，其周期执行时间为20ms。当其值为零（不连接），表示该任务是由事件触发执行的，如任务INT_2。

周期执行时的时间间隔取决于任务执行完成需要多长时间。如果一个任务执行时间有时足够长，有时又比较短时，这类系统称为不确定系统。

3）PRIORITY。当多个任务同时运行时，对任务设置优先级。0表示最高优先级，优先级越低，数值越高。

5.全局变量

允许变量在不同的软件元素内被声明，变量的范围确定其在哪个程序组织单元中是可以用的。范围可能是局部的或全局的。全局变量被定义在配置、资源或程序层内部，它还提供了两个不同程序和功能块之间非常灵活的交换数据的方法。

6.存取路径

存取路径用于将全局变量、直接表示变量和功能块的输入、输出和内部变量联系起来，实现信息的存取。它提供在不同配置之间交换数据和信息的方法，每一配置内的许多指定名称的变量可以通过其他远程配置来存取。

7.IEC软件模型是面向未来的开放系统

IEC 61131-3提出的软件模型是整个标准的基础性的理论工具，帮助人们完整地理解除编程语言以外的全部内容。

配置本软件模型，在其最上层把解决一个具体控制问题的完整的软件概括为一个“配置”。它专指一个特定类型的控制系统，包括硬件装置、处理资源、I/O通道的存储地址和系统能力，等同于一个PLC的应用程序。在一个由多台PLC构成的控制系统中，每一台PLC的应用程序就是一个独立的“配置”。

典型的IEC程序由许多互连的功能块与函数组成，每个功能块之间可相互交换数据。函数与功能块是基本的组成单元，都可以包括一个数据结构和一种算法。

可以看出，IEC 61131-3软件模型是在传统PLC的软件模型的基础上增加了许多内容：

1）IEC 61131-3的软件模型是一种分层结构，每一层均隐含其下层的许多特征。

2）它奠定了将一个复杂的程序分解为若干个可以进行管理和控制的小单元，而这些被分解的小单元之间存在着清晰而规范的界面。

3）可满足由多个处理器构成的PLC系统的软件设计。

4）可方便地处理事件驱动的程序执行（传统的PLC的软件模型仅为按时间周期执行的程序结构）。

5）对以工业通信网络为基础的分散控制系统（例如由现场总线将分布于不同硬件内的功能块构成一个具体的控制任务）尤其是软逻辑/PLC控制这些正在发展中的新兴控制技术，该软件模型均可覆盖和适用。由此可见，该软件模型足以映像各类实际系统。

对于只有一个处理器的小型系统，其模型只有一个配置、一个资源和一个程序，与现在大多数PLC的情况完全相符。对于有多个处理器的中、大型系统，整个PLC被视作一个配置，每个处理器都用一个资源来描述，而一个资源则包括一个或多个程序。对于分散型系统，将包含多个配置，而一个配置又包含多个处理器，每个处理器用一个资源描述，每个资源则包括一个或多个程序。