一文读懂PLC过程映像区和外设地址

（一）什么是过程映像区？当我们在用户程序中对输入 (I) 和输出 (Q) 地址区进行寻址时，CPU并不直接访问信号模块， 而是访问 CPU 系统存储器中的存储区。 该存储区就是过程映像区。该区域分为两部分： 输入过程映像区(PII)和输出过程映像区(PIQ)。有两种方式可以更新过程映像区：OB1更新过程映像区和PIP更新过程映像区。

使用过程映像区有什么好处？与直接访问输入/输出模块相比，访问过程映像区的优势在于在循环程序处理期间，可为CPU 提供一致的过程映像区数据，即在程序执行过程中，访问的过程映像区信号始终一致。 如果在程序执行期间输入模块的信号状态发生变化，过程映像区中的信号状态将保持不变，直到过程映像区在下一个周期中被更新。只有在过程映像区刷新时刻，I区和Q 区的内容才与输入/输出的实际值相同，所以它们并不能直接反映输入/输出的实际状态。

此外，由于过程映像存储在CPU的系统存储器中，访问过程映像区的速度明显快于直接访问信号模块。为了节省时间，通常程序中使用过程映像区的数据。

过程映像区的设置，对于S7-300/400的CPU而言，可以设置过程映像区的大小，具体设置方法如图1和图2所示，设置范围可以查看CPU的技术规范手册或者在组态界面查看。

对于S7-1200/1500CPU而言过程映像区不可更改。S7-1200 CPU输入过程映像区大小为1kbyte，输出过程映像区的大小为1kbyte。

S7-1500CPU输入过程映像区大小为32kbyte，输出过程映像区的大小为32kbyte。

图1 经典STEP7软件中设置CPU过程映像区

图2 博途STEP7软件中设置CPU过程映像区

对于S7-300/400的CPU来说，能否更改过程映像区的大小与CPU固件相关。

OB1更新过程映像区有什么特点。在地址的分配过程中，如果模块的地址位于过程映像区之内，则可以选择自动更新过程映像，自动更新即为按照CPU OB1的周期更新过程映像区，如图3所示。如果地址不在过程映像区，则该区域显示“无”。

图3 自动更新过程映像

对于S7-300/400的CPU而言，该区域默认显示设置为“OB1过程映像”。I/O模块会在此过程映像区中分配相应的地址，操作系统在其每个程序循环内自动更新此地址。PLC的循环程序处理过程如图4和表格1所示。

图4 PLC程序循环处理过程

表格1 PLC循环程序处理过程

PIP更新过程映像有什么特点。除 OB1 更新过程映像区之外，某些类型的 CPU 中还可以将输入/输出地址分配至过程映像分区 (PIP)中进行更新，比如一些I/O地址区域仅在相应的OB块，如循环中断OB被执行时才会被刷新，这种有条件的刷新方式也可以减轻CPU的负荷。

注意：只有具有输入或输出模块才能选择此选项，同时不能将同一输入/输出地址既分配至 OB1 过程映像区更新，又分配至过程映像分区 (PIP)做更新，只能二选一。

过程映像分区的更新有以下两种方式：

· 将 PIP 分配至 OB块更新

· 通过在用户程序中通过调用 SFC 26 (UPDAT_PI) 和 SFC 27 (UPDAT_PO)系统功能块做更新

在IO地址区中，可以将过程映像分区连接到一个OB，启动OB后，系统将自动更新所分配的输入过程映像分区，在OB结束时，系统将分配的过程映像分区输出写入到I/O输出中。图5为通过过程映像分区6和循环中断做更新的示例，此外CPU还必须支持过程映像分区，可用的过程映像分区数量取决于CPU类型。

· S7-300 CPU支持的过程映像分区的最大数量为1；

· S7-400 CPU支持的过程映像分区的最大数量为15；

· S7-1200 CPU支持的过程映像分区的最大数量为4；

· S7-1500 CPU支持的过程映像分区的最大数量为31。

图5 通过过程映像分区6和循环中断做更新

如果过程映像分区未分配给OB，则操作系统不会更新此PIP，此时可通过特殊指令更新过程映像分区

· 过程映像分区输入可使用SFC 26 (UPDAT_PI)指令

· 过程映像分区输出则使用SFC 27 (UPDAT_PO)指令

需要注意的是：S7-1200CPU 不支持SFC 26 (UPDAT_PI)、SFC 27 (UPDAT_PO)指令。S7-300 CPU不支持PIP分配至OB块更新。

（二）什么是外设地址？对于无法更改过程映像区的CPU来说，一旦所要使用的模板I/O地址超出了过程映像区范围，就必须使用外设寻址。

外设寻址就是指不经过过程映像区直接去访问I/O模板，使用时通过在地址前加上字母‘P’来表示。

外设地址如何标识，通过外设寻址同样可以访问已被分配过程映像区的 I/O 地址。

· PIB --> Peripheral Input Byte 外设输入字节

· PQB --> Peripheral output Byte 外设输出字节

· PIW --> Peripheral Input Word 外设输入字

· PQW --> Peripheral output Word 外设输出字

· PID --> Peripheral Input Double-word 外设输入双字

· PQD --> Peripheral Output Double-word 外设输出双字

外设地址的最小地址为字节，即PIB、PQB。

以模拟量输入为例理解IW与PIW：

· PIW：直接读取外设地址，即直接采集模板信号。 外设地址是实时更新数据，可能同一个扫描周期内有不同的实时数值。在某些需要对输入/输出进行较为实时处理的场合，需要选择使用直接外设寻址。

· IW：每个扫描周期将模板数据读取至过程映像区，程序访问过程映象区数值。

什么情况下必须使用外设地址，下列情况需要使用外设地址：

· 模板地址超出过程映像区范围

· 用户程序需要直接从输入模板读取实时值

· 输出值需要直接输出至模板 (至少一个字节)

（三）常见问题

• 如何访问外设地址的Bool地址?

由于外设地址的最小地址为字节，因此无法直接读取Bool地址。以输入为例，需要先用PIB/PIW/PID将数值MOVE到其他的存储区（如M,DB区），再访问M或DB的Bool地址。 输出也是一样，需要对M或者DB的Bool地址写入，然后将M或者DB的字节/字/双字MOVE到PQB/PQW/PQD。

• PQW能否使用状态图表监控？

PQW为只写操作，无法监看。通常设置一个中间地址，写入数值先赋值给M区或DB区地址，再由M区或DB区地址，MOVE给PQW，监看这个中间地址即可。
同理，PIW为只读操作，无法写入。

• DP或PN通讯正常为何从站数据为零？

S7-300挂分布式IO，通讯指示灯正常，但是读不到/写不进从站数据；读取的数值一直为0，写入的数值能看到，但从站无变化？

访问外设地址或者更改CPU的过程映像区，将输入或者输出地址放在过程映像区之内。

• 模块地址能否跨过程映像区？

使用S7-300系列的控制器CPU313C-2DP（6ES7 313-6BG04-0AB0）实现控制要求，组态一个32点的DI模块，自定义地址，“Start”设置为126，此时会提示地址无效，推荐的New Address为128，这是为什么？

这是因为当前CPU的输入/输出IO映像区范围默认是128个字节，32点的DI模块需要占用4个字节，本体的DI输入地址是124-125，如果保持地址连续的话，DI模块的地址应为126-129，此时已经超过默认的过程映像区128。对于一个数字量模块而言，其输出地址不能“跨越”过程映像，即一部分地址位于过程映像区内而一部分地址在过程映像区外。如果要保持数字量输出地址连续，可将过程映像区范围改大。也可以选择建议的起始地址128。

• CP343-1或者CP342-5的IO地址与过程映像区有什么关系？

CP343-1或者CP342-5的IO地址需要在CPU的过程映像区之外，不能在CPU过程映像区之内，否则编译会报错。

更多参考信息请参考下面的手册：SIMATIC S7-1500, ET 200MP 自动化系统、SIMATIC S7 S7-1200 可编程控制器、S7-400CPU技术规范手册、S7-300CPU技术规范手册，欢迎关注西门子支持中心平台-下载中心，多多挖掘更多宝藏资料吧！