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上海朕鋅電氣設(shè)備有限公司是專業(yè)從事西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品銷售和系統(tǒng)集成的高新 技術(shù)企業(yè)。在西門子工控領(lǐng)域，公司以精益求精的經(jīng)營理念，從產(chǎn)品、方案到服務(wù)，致 力于塑造一個“行業(yè)專家”品牌，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。 “信譽(yù)第一，客戶至上”是公司成立之初所確立的宗旨，在公司領(lǐng)導(dǎo)的嚴(yán)格要求和員工們不折不扣地貫徹執(zhí)行下發(fā)展延續(xù)至今?！凹僖涣P十”一直是我公司的主動承諾。 面對紛繁變化的市場和日益嚴(yán)峻的競爭，客戶的需求和利益始終被我們放在工作的首位。我們想客戶之所想，急客戶之所急。針對各行業(yè)客戶的不同需求，我們盡心盡力地為客戶需要解決的難題提供精準(zhǔn)的解決方案，竭盡全力將服務(wù)落到實(shí)處、做到最好。在協(xié)助客戶解決難題、實(shí)現(xiàn)突破的基礎(chǔ)上，獲得雙贏！ 我公司一直致力于推廣西門子高性能自動化系統(tǒng)和驅(qū)動產(chǎn)品，所經(jīng)營產(chǎn)品范圍：LOGO!通用模塊、SIMATIC S7全系列可編程控制器、PCS7 控制系統(tǒng)、WINCC組態(tài)軟件、STEP 7編程軟件和博圖軟件； 觸摸屏、工控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、開關(guān)電源；6RA70/80系列直流調(diào)速裝置，MM4、V20、G120、G130、G150、S120等全系列變頻器；V90伺服產(chǎn)品，數(shù)控系統(tǒng)等工業(yè)自動化與驅(qū)動技術(shù)全系列產(chǎn)品。公司所備各類產(chǎn)品齊全，貨量充足，常年備貨量在1億元以上，能夠滿足客戶對現(xiàn)貨的需求，保證工程進(jìn)度。 公司自成立以來，始終堅(jiān)持以人才為本、誠信立業(yè)的經(jīng)營原則，堅(jiān)持“質(zhì)量到位、服務(wù)一流”的經(jīng)營理念,在電工電氣－工控系統(tǒng)及裝備行業(yè)獲得了客戶的一致認(rèn)可和高度評價(jià),公司以為客戶創(chuàng)造價(jià)值為己任，期待為您服務(wù)！ 請相信上海朕鋅電氣設(shè)備有限公司是您忠誠的長久的合作伙伴，我們愿與廣大客戶攜手向前，共同進(jìn)步！

0．前言
西門子SIMATIC S7家族中的控制器按照應(yīng)用場合、性能等分為S7-1200、S7-200、S7-300、S7-400等各種不同的系列。而每一系列中又細(xì)分不同的型號，例如，S7-400系列中有S7-412、S7-414、S7-416、S7-417等型號。不同系列、不同型號的控制器對應(yīng)不同的控制性能（運(yùn)算速度、內(nèi)存容量等）。本文基于S7-400系列控制器，詳細(xì)介紹內(nèi)存的類型、分配情況及實(shí)際使用過程中可能的內(nèi)存優(yōu)化方法。

1．內(nèi)存類型

S7-400型控制器的內(nèi)存按照功能的不同，可以分為：
√ 系統(tǒng)內(nèi)存（System Memory）--- 控制器的自身功能（M、T、C等）
√ 工作內(nèi)存（work Memory）--- 用于運(yùn)行程序；
√ 裝載內(nèi)存（Load Memory）--- 用于裝載程序；
其中，工作內(nèi)存部分又可以細(xì)分為：
√ 代碼工作內(nèi)存（Code Memory）--- 用于運(yùn)行程序的代碼部分；
√ 數(shù)據(jù)工作內(nèi)存（Data Memory）--- 用于運(yùn)行程序的數(shù)據(jù)部分；
S7-400型控制器的內(nèi)存按照集成方式的不同，可以分為：
√ 集成內(nèi)存（Integrated）--- 直接集成在控制器內(nèi)部隨控制器一起提供，無需額外訂購；
√ 擴(kuò)展內(nèi)存（Expanded）--- 通過擴(kuò)展存儲卡的方式擴(kuò)展提供，需要額外訂購；
一般情況下，控制器的工作內(nèi)存不可擴(kuò)展，而裝載內(nèi)存則可以通過FEPROM或RAM的方式進(jìn)行擴(kuò)展。如果希望和集成的RAM裝載內(nèi)存無縫擴(kuò)展使用，則擴(kuò)展的裝載內(nèi)存必須選用RAM類型。下圖為CPU 412的性能參數(shù)示例。

圖 1 CPU 412的性能參數(shù)示例

控制器內(nèi)存信息也可參考如下鏈接內(nèi)容：
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2．內(nèi)存分配
控制器內(nèi)存詳細(xì)分配情況如下表所示。#

內(nèi)存類型	內(nèi)容	注釋信息
裝載內(nèi)存	系統(tǒng)數(shù)據(jù)/System Data	硬件組態(tài)數(shù)據(jù)
	程序塊/Program Blocks	程序塊
		(FBs,FCs,OBs,Symbols1),Comments1))
工作內(nèi)存	數(shù)據(jù)塊/Data Blocks	數(shù)據(jù)塊 (DBs)
（數(shù)據(jù)部分）	系統(tǒng)數(shù)據(jù)/System Data	硬件組態(tài)信息，非裝載內(nèi)存中的全部硬件組態(tài)數(shù)據(jù)
	SFC動態(tài)創(chuàng)建的DB塊/DBs Created by SFC	通過SFC21/22等動態(tài)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)塊
	本地?cái)?shù)據(jù)/Local Data	各優(yōu)先級中斷所需的臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲區(qū)
工作內(nèi)存	邏輯功能塊/Logic Blocks	邏輯功能塊 (FBs,FCs)
（代碼部分）	通信數(shù)據(jù)緩沖/Communication Data Buffer2)	通信功能所需的臨時(shí)緩沖區(qū)（動態(tài)分配）
	通信作業(yè)數(shù)據(jù)/Communication jobs Data ( 72字節(jié)/每作業(yè))	通信功能塊占用的通信作業(yè)數(shù)據(jù)區(qū)
	輸入輸出映像區(qū)/PII/PIQ (12字節(jié)/每映像區(qū)字節(jié))	輸入/輸出過程映像區(qū)所占用的數(shù)據(jù)空間
	診斷緩沖區(qū)/Diagnostic Buffer ( 32 字節(jié)/每記錄)	CPU診斷消息
系統(tǒng)內(nèi)存	M區(qū)間、定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C	M存儲區(qū)間、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器存儲區(qū)間
	功能塊/中斷堆棧	堆棧區(qū)級通信/診斷/本地?cái)?shù)據(jù)緩沖區(qū)

表格 1 控制器內(nèi)存分配祥表

1).通過 PLC?Save to Memory Card (EPROM)菜單才會下載到裝載內(nèi)存中
2).運(yùn)行時(shí)動態(tài)分配

實(shí)際應(yīng)用過程中，當(dāng)前控制器的內(nèi)存占有率及分配情況可以通過控制器在線信息? Memory頁面查詢到，如下圖所示。

圖 2 控制器內(nèi)存在線分配情況

從該圖中可以看到內(nèi)存被劃分為四個部分：Load Memory RAM（裝載內(nèi)存RAM）、Load Memory EPROM（裝載內(nèi)存EPROM）、Work Memory Code（工作內(nèi)存Code）和Work Memory Data（工作內(nèi)存Data）。每個部分的實(shí)際占用狀況可以通過下側(cè)的Free（空閑內(nèi)存）、Assigned（已分配內(nèi)存）、Total（總內(nèi)存）、Largest Free Block（zui大連續(xù)空閑內(nèi)存空間）和Max. Pluggable（zui大可安插內(nèi)存量）看到。而每個部分詳細(xì)的內(nèi)部分配情況可以通過選擇相應(yīng)內(nèi)存列后，點(diǎn)擊右側(cè)的Details Memory Area按鈕查詢到，如下圖所示。

圖 3 裝載內(nèi)存詳細(xì)分配情況

圖 4 工作內(nèi)存 Code部分詳細(xì)分配情況

圖 5 工作內(nèi)存Data部分詳細(xì)分配情況

3．內(nèi)存優(yōu)化
根據(jù)上述介紹的內(nèi)容可以查看到實(shí)際控制器內(nèi)存的分配和使用情況，同時(shí)在項(xiàng)目組態(tài)階段，也可以參考表格1中的內(nèi)容，按照如下方式計(jì)算、檢查各部分的內(nèi)存需求情況，并對其進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。

3.1 用戶程序內(nèi)存需求
在Simatic Manager中右鍵點(diǎn)擊Blocks文件夾? Object Properties可以打開如下對話框，切換到Blocks頁即可查詢當(dāng)前用戶程序的內(nèi)存需求情況。

圖 6 用戶程序內(nèi)存需求情況

從上圖中可以看到，用戶程序所需裝載內(nèi)存為5354 bytes，系統(tǒng)數(shù)據(jù)（硬件組態(tài)）所需裝載內(nèi)存為7616 bytes，總和為12970 bytes，和CPU在線內(nèi)存分配情況吻合（見上圖 3 裝載內(nèi)存詳細(xì)分配情況中l(wèi)oad objects所示）。用戶程序所需工作內(nèi)存代碼部分為2682 bytes，所需工作內(nèi)存數(shù)據(jù)部分為630 bytes，和CPU在線內(nèi)存分配情況吻合（見上圖 4 工作內(nèi)存 Code部分詳細(xì)分配情況中l(wèi)ogic blocks部分所示和上圖 5 工作內(nèi)存Data部分詳細(xì)分配情況中data blocks部分所示）。

3.2 工作內(nèi)存數(shù)據(jù)部分? 本地?cái)?shù)據(jù)內(nèi)存需求
控制器中的本地?cái)?shù)據(jù)區(qū)用于存儲各優(yōu)先級中斷運(yùn)行的程序所需的臨時(shí)數(shù)據(jù)，這部分存儲空間是在控制器啟動初始化時(shí)完成預(yù)留分配。各功能塊所需的臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲區(qū)大小可以通過功能塊屬性? General Part2中的Local data查詢到，如下圖所示。

圖 7 功能塊所需本地?cái)?shù)據(jù)大小

控制器中按照中斷的優(yōu)先級的方式分配本地?cái)?shù)據(jù)的大小，通過CPU的屬性對話框? Memory中設(shè)置，下圖所示本地?cái)?shù)據(jù)離線設(shè)置為8192 bytes，與上圖 5 工作內(nèi)存Data部分詳細(xì)分配情況中在線的Local data分配吻合。
離線程序中實(shí)際所需的本地?cái)?shù)據(jù)可以參考如下連接文檔進(jìn)行計(jì)算：
ment/80027837/%e5%a6%82%e4%bd%95%e8%ae%a1%e7%ae%97s7400-cpu%e6%89%80%e9%9c%80%e7%9a%84local-data%e5%a4%a7%e5%b0%8f?lc=zh-cn">80027837

按照實(shí)際程序所需的本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行下圖8所示的Local data的設(shè)置，可以優(yōu)化內(nèi)存的分配。

圖 8 CPU本地?cái)?shù)據(jù)分配

3.3 工作內(nèi)存代碼部分? 通信作業(yè)內(nèi)存需求
通信作業(yè)用于實(shí)現(xiàn)控制器和外圍設(shè)備的通信功能，每個通信作業(yè)在內(nèi)存中需要占用一定的存儲空間，這部分存儲空間是在控制器啟動初始化時(shí)完成預(yù)留分配。離線的通信作業(yè)數(shù)可以參考上圖 8 CPU本地?cái)?shù)據(jù)分配中的Communication resources進(jìn)行設(shè)置。此處為300個，參考表格1中的數(shù)據(jù)，每個通信作業(yè)需要分配72 bytes的空間，總共所需300*72 = 21600 bytes，與上圖 4 工作內(nèi)存 Code部分詳細(xì)分配情況中在線的Communication jobs內(nèi)存分配吻合。
PCS 7系統(tǒng)中可以通過Chart reference data的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢到離線程序所需的通信作業(yè)數(shù)，Step 7系統(tǒng)下則只有下載程序后通過上圖4查詢到。查詢到實(shí)際程序所需的通信作業(yè)數(shù)后，預(yù)留一定余量后對圖8進(jìn)行設(shè)置，可以優(yōu)化內(nèi)存的分配。

3.4 工作內(nèi)存代碼部分? 輸入/輸出映像區(qū)內(nèi)存需求
輸入/輸出映像區(qū)為控制器預(yù)留的、用于存儲I/O的映像數(shù)據(jù)的區(qū)間，控制器按照一定的機(jī)制進(jìn)行I/O數(shù)據(jù)的動態(tài)更新，可以優(yōu)化程序讀取I/O的速度和性能。PCS 7中要求必須基于映像區(qū)的方式進(jìn)行I/O信號的讀取，冗余控制系統(tǒng)中也要求基于映像區(qū)的方式進(jìn)行I/O信號的讀取。這部分存儲空間是在控制器啟動初始化時(shí)完成預(yù)留分配。
通過CPU的屬性對話框? Cycle/Clock Memory頁面進(jìn)行設(shè)置，如下圖所示。

圖 9 CPU過程映像區(qū)分配

此處為1000 Process image input/1000 Process image output，參考表格1中的數(shù)據(jù)，每個映像區(qū)字節(jié)需要分配12 bytes的空間，總共所需1000*12 = 12000 bytes輸入/輸出，與上圖 4 工作內(nèi)存 Code部分詳細(xì)分配情況中Process-image inputs、Process-image outputs內(nèi)存分配吻合。

實(shí)際程序中所需的映像區(qū)范圍可以通過I/O卡件的地址范圍查詢到，查詢到實(shí)際程序所需的映像區(qū)范圍后，預(yù)留一定余量后對圖9進(jìn)行設(shè)置，可以優(yōu)化內(nèi)存的分配。

圖 10 查詢I/O地址范圍

如上圖紅色標(biāo)識所示，輸入地址為0~515，則輸入映像區(qū)范圍zui小設(shè)置為516字節(jié)，輸出地址為0~515，則輸出映像區(qū)范圍zui小設(shè)置為516字節(jié)。
注：地址范圍查詢時(shí)不用關(guān)心上圖10中Type列中帶*的輸入地址（卡件診斷地址）。此外圖9中的映像區(qū)范圍必須設(shè)置為偶數(shù)。

3.5 工作內(nèi)存代碼部分? 診斷緩沖區(qū)內(nèi)存需求
診斷緩沖區(qū)用于存儲CPU在線的診斷信息，以便用于診斷維護(hù)等。CPU在線信息中的Diagnose buffer即為此處所說的診斷緩沖區(qū)。這部分存儲空間是在控制器啟動初始化時(shí)完成預(yù)留分配。

圖 11 CPU在線診斷信息

通過CPU的屬性對話框? Diagnostics/Clock頁面進(jìn)行設(shè)置，如下圖所示。

圖 12 CPU 診斷緩沖區(qū)設(shè)置

此處為120條，參考表格1中的數(shù)據(jù)，每條消息需要分配32 bytes的空間，總共所需120*32 = 3840 bytes，與上圖 4 工作內(nèi)存 Code部分詳細(xì)分配情況中Diagnose buffer內(nèi)存分配吻合。該消息存儲區(qū)間為Ring型存儲區(qū)間，如果消息條數(shù)充滿，例如，此處120條，則系統(tǒng)將用新的消息覆蓋老的消息。根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置范圍：zui大3200條，zui小100條。越大存儲的消息越多、時(shí)間越長。

4．總結(jié)
參考上述內(nèi)容對CPU相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可以大大優(yōu)化控制的內(nèi)存分配。此處需要注意的是，上述大部分控制器參數(shù)設(shè)置均需要停機(jī)下載，因此建議在項(xiàng)目實(shí)施初期，控制器可以停機(jī)的情況下進(jìn)行。

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