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西門子S7-300/400PLC 功能塊的組成

    在功能塊中，當(dāng)訪問參數(shù)時使用背景數(shù)據(jù)塊中的實際參數(shù)的復(fù)制參數(shù)。當(dāng)調(diào)用FB時，如果沒有傳送輸入?yún)?shù)或沒有寫輸出參數(shù)，則背景數(shù)據(jù)塊中將始終使用以前的值。FC沒有存儲器，與FB對比，不可以選擇對FC的形參賦值。當(dāng)數(shù)據(jù)塊的一個地址或調(diào)用塊的局部變量作為實際參數(shù)時，則將一個復(fù)制的實際參數(shù)存儲到調(diào)用塊的局部數(shù)據(jù)區(qū)，用它來傳送數(shù)據(jù)。

    注意，在這種情況下，如果沒有向FC的輸出參數(shù)寫入一個數(shù)據(jù)，則將輸出一個隨機值。由于作為復(fù)制數(shù)據(jù)所保留的調(diào)用塊的局部數(shù)據(jù)區(qū)沒有賦值到輸出參數(shù)，所有該區(qū)沒有寫入任何數(shù)據(jù)。因此將輸出存儲在該區(qū)域的隨機值，因為局部數(shù)據(jù)不能自動地設(shè)置為0。

    功能塊(FB)為用戶程序塊，代表具有存儲器的邏輯塊?？梢杂?/span>OB，FB和FC調(diào)用。功能塊可以根據(jù)需要具有足夠多的輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)和I/O參數(shù)，以及靜態(tài)和臨時變量。與FC不同的是，FB是背景化了的塊，也就是說，FB可以由其私有數(shù)據(jù)區(qū)域的數(shù)據(jù)進行賦值，在其私有數(shù)據(jù)區(qū)域中，FB可以“記住”調(diào)用時的過程狀態(tài)。簡單的形式為：該數(shù)據(jù)區(qū)便是FB的自有DB，也就是所謂的背景DB。

    功能塊由兩個主要部分組成：一部分是每個功能塊的變量聲明表，該表聲明此塊的局部數(shù)據(jù)；另一部分是邏輯指令組成的程序，程序要用到變量聲明表中給出的局部數(shù)據(jù)。

    當(dāng)調(diào)用功能塊時，需要提供塊執(zhí)行時要用到的數(shù)據(jù)或變量，也就是將外部數(shù)據(jù)傳遞給功能塊，這稱為參數(shù)傳遞。參數(shù)傳遞的方式使得功能塊具有通用性，它可被其他的塊調(diào)用，以完成多個類似的控制任務(wù)。

一個程序由許多部分（子程序）組成，STEP 7將這些部分稱為邏輯塊，并允許塊間相互調(diào)用。調(diào)用過程如圖4-4所示。

圖4-4功能塊的調(diào)用過程

  堆棧是CPU中的一塊特殊存儲區(qū)，它采用“先入后出”的規(guī)則存入和取出數(shù)據(jù)。堆棧上面的存儲單元稱為棧頂，要保存的數(shù)據(jù)從棧頂壓入堆棧時，棧中原有的數(shù)據(jù)依次向下移動一個位置，下面一個存儲單元的數(shù)據(jù)丟失。同理，在取出棧頂?shù)囊粋€數(shù)據(jù)后，棧中所有的數(shù)據(jù)依次向上移動一個位置。堆棧的這種“先入后出”的存取規(guī)則剛好滿足塊的調(diào)用要求，因此在程序設(shè)計中得到了普遍的應(yīng)用。

    下面介紹STEP7中3種不同的堆棧。

    1．局域數(shù)據(jù)堆棧(L)

    局域數(shù)據(jù)堆棧用來存儲塊的局域數(shù)據(jù)區(qū)的臨時變量、組織塊的啟動信息、塊傳遞參數(shù)的信息和梯形圖程序的中間結(jié)果，局域數(shù)據(jù)可以按位、字節(jié)、字和雙字來存取，例如，LO.O、LB9、LW4和LD52。

    各邏輯塊均有自己的局域變量表，局域變量僅在它被創(chuàng)建的邏輯塊中有效。對組織塊編程時，可以聲明臨時變量( TEMP)。臨時變量僅在塊被執(zhí)行的時候使用，塊執(zhí)行完后將被別的數(shù)據(jù)覆蓋。

    在*訪問局域數(shù)據(jù)堆棧時，應(yīng)對局域數(shù)據(jù)初始化。每個組織塊需要局域數(shù)據(jù)來存儲它的啟動信息。

    CPU分配給當(dāng)前正在處理的塊的臨時變量（即局域數(shù)據(jù)）的存儲器容量是有限的，這一存儲區(qū)（即局域堆棧）的大小與CPU的型號有關(guān)。CPU給每一優(yōu)先級分配了相同數(shù)量的局域數(shù)據(jù)區(qū)，這樣可以保證不同優(yōu)先級的組織塊都有它們可以使用的局域數(shù)據(jù)空間。

圖4-3中的FB1調(diào)用功能FC2，FC2的執(zhí)行被組織塊OB81中斷，圖中給出了局域數(shù)據(jù)堆棧中局域數(shù)據(jù)的存放情況。

    在局域數(shù)據(jù)堆棧中，并非所有的優(yōu)先級都需要相同數(shù)量的存儲區(qū)。通過在STEP 7設(shè)置參數(shù)，可以給S7-400 CPU和CPU318的每一優(yōu)先級不同大小的局域數(shù)據(jù)區(qū)，其余的S7-300 CPU每一優(yōu)先級的局域數(shù)據(jù)區(qū)的大小是固定的。

    2．塊堆棧（B堆棧）

如果一個塊的處理因為調(diào)用另外一個塊而中止，或者被更高優(yōu)先級的塊中止，或者被錯誤的服務(wù)中止，CPU將在塊堆棧中存儲以下信息。

    ①被中斷的塊的類型(OB、FB、FC、SFB、SFC)，編號，優(yōu)先級和返回地址。

    ②從共享數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊寄存器中獲得的塊被中斷時，打開的共享數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊的編號（即塊存儲器共享數(shù)據(jù)塊、背景數(shù)據(jù)塊被中斷前的內(nèi)容）。

    ③局域數(shù)據(jù)堆棧的指針（被中斷塊的L堆棧地址）。

    利用這些數(shù)據(jù)，可以在中斷它的任務(wù)處理完后恢復(fù)被中斷的塊的處理。在多重調(diào)用時，堆?？梢员４鎱⑴c嵌套調(diào)用的幾個塊的信息。

    CPU處于STOP模式時，可以在STEP 7中顯示塊堆棧中保存的在進入STOP模式時沒有處理完的所有的塊，在塊堆棧中，塊按照它們被處理的順序排列，如圖4-3所示。

    STEP7中可使用的塊堆棧大小是有限的，這與CPU的型號有關(guān)。

    3．中斷堆棧（I堆棧）

    如果程序的執(zhí)行被優(yōu)先級更高的組織塊中斷，操作系統(tǒng)將保存下述寄存器的內(nèi)容：當(dāng)前累加器和地址寄存器的內(nèi)容、數(shù)據(jù)塊寄存器共享數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容、局域數(shù)據(jù)的指針、狀態(tài)字、MCR（主控繼電器）寄存器和B塊堆棧的指針。

    新的組織塊執(zhí)行完后，操作系統(tǒng)從中斷堆棧中讀取信息，從被中斷塊的被中斷的地方開始繼續(xù)執(zhí)行程序。

    CPU在STOP模式時，可以在STEP 7中顯示中斷堆棧中保存的數(shù)據(jù)，用戶可以由此找出使CPU進入STOP模式的原因。

    STEP7編程軟件允許用戶將編寫的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，使用戶程序結(jié)構(gòu)化，易于程序的修改、查錯和調(diào)試。塊結(jié)構(gòu)顯著地增加了PLC程序的組織透明性、可理解性和易維護性。各種塊的簡要介紹如表4-1所示。

表4-1  用戶程序中的塊

    1．組織塊(OB)

OB1是主程序循環(huán)塊，用于循環(huán)處理，操作系統(tǒng)在每一次循環(huán)中調(diào)用一次組織塊OB1。一個循環(huán)周期分為輸入、程序的執(zhí)行、輸出和其他任務(wù)。例如下載、刪除塊、接收和發(fā)送全局數(shù)據(jù)等。根據(jù)過程控制的復(fù)雜程度，可將所有程序放入OB1中進行線性編程，或者將程序用不同的邏輯塊加以結(jié)構(gòu)化，通過OB1調(diào)用這些邏輯塊，并允許塊間的相互調(diào)用。這樣可以把一個復(fù)雜的自動化任務(wù)分解為能夠反映過程的工藝、功能或可以反復(fù)使用的小任務(wù)，使控制變得更加容易。S7-300 PLC的程序調(diào)用結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。

    從圖4-1中可以看出，操作系統(tǒng)自動循環(huán)掃描OB1，OB1安排其他程序塊的調(diào)用條件和調(diào)用順序。FC和FB可以相互調(diào)用。FB后面的陰影圖案表示伴隨FB的背景數(shù)據(jù)塊。

    塊的調(diào)用指令中止當(dāng)前塊的運行調(diào)用，然后執(zhí)行被調(diào)用塊的所有指令，當(dāng)前正在執(zhí)行的塊在當(dāng)前語句執(zhí)行完后被停止執(zhí)行（被中斷），操作系統(tǒng)將會調(diào)用一個分配給該事件的組織塊。該組織塊執(zhí)行完后，被中斷的塊將從斷點處繼續(xù)執(zhí)行。

生成邏輯塊(OB、FC、FB)時可以聲明臨時局域數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是臨時的，退出邏輯塊時不保留臨時局域數(shù)據(jù)。CPU按優(yōu)先級劃分局域數(shù)據(jù)區(qū)，同一優(yōu)先級的塊共用一片局域數(shù)據(jù)區(qū)?？梢杂?/span>STEP 7改變S7-400每個優(yōu)先級的局域數(shù)據(jù)的數(shù)量。

    2．功能(FC)與功能塊(FB)

    功能(FC)是用戶編寫的沒有固定存儲區(qū)的塊，其臨時變量存儲在局域數(shù)據(jù)堆棧中，功能執(zhí)行結(jié)束后，這些數(shù)據(jù)就丟失了。利用共享數(shù)據(jù)區(qū)可以存儲那些在功能執(zhí)行結(jié)束后需要保存的數(shù)據(jù)，由于FC沒有自己的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，所以不能為功能的局域數(shù)據(jù)分配初始值。

    調(diào)用功能和功能塊時用實參（實際參數(shù)）代替形參（形式參數(shù)）。形參是實參在邏輯塊中的名稱，功能不需要背景數(shù)據(jù)塊。功能和功能塊用輸入(IN)參數(shù)、輸出(OUT)參數(shù)和I/O (IN/OUT)參數(shù)做指針，指向調(diào)用它的邏輯塊提供的實參。另外，功能可以為調(diào)用它的塊提供數(shù)據(jù)類型為RETURN的返回值。

    功能塊(FB)是用戶編寫的具有自己存儲區(qū)域（背景數(shù)據(jù)塊）的塊，每次調(diào)用功能塊時需要提供各種類型的數(shù)據(jù)給功能塊，功能塊也要返回變量給調(diào)用它的塊。這些數(shù)據(jù)以靜態(tài)變量（STAT）的形式存放在的背景數(shù)據(jù)塊(DI)中，臨時變量(IEMP)存儲在局域數(shù)據(jù)堆棧中。

    調(diào)用功能塊或系統(tǒng)功能塊時，必須背景數(shù)據(jù)塊的編號，調(diào)用時背景數(shù)據(jù)塊被自動打開。在編譯功能塊系統(tǒng)或功能塊時，系統(tǒng)會自動生成背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)。用戶可以在用戶程序中或通過HMI（人機接口）來訪問這些背景數(shù)據(jù)。

可以在功能塊的變量聲明表中給形參賦初值，它們被自動寫入相應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊中。在調(diào)用塊時，CPU將實參分配給形參的值存儲在背景數(shù)據(jù)塊中。如果調(diào)用塊時沒有提供實參，將使用上一次存儲在背景數(shù)據(jù)塊中的參數(shù)。

    3．?dāng)?shù)據(jù)塊

    數(shù)據(jù)塊(DB)是用于存放執(zhí)行用戶程序時所需的變量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)。與邏輯塊不同，在數(shù)據(jù)塊中沒有STEP 7的指令，STEP 7按數(shù)據(jù)生成的順序自動地為數(shù)據(jù)塊中的變量分配地址。數(shù)據(jù)塊分為共享數(shù)據(jù)塊和背景數(shù)據(jù)塊，其大容量與CPU型號有關(guān)。

    (1)共享數(shù)據(jù)塊

    共享數(shù)據(jù)塊存儲的是全局數(shù)據(jù)，所有的功能塊、功能或組織塊（統(tǒng)稱為邏輯塊）都可以從共享數(shù)據(jù)塊中讀取數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入共享數(shù)據(jù)塊。CPU可以同時打開一個共享數(shù)據(jù)塊和一個背景數(shù)據(jù)塊。如果某個邏輯塊被調(diào)用，可以使用它的臨時局域數(shù)據(jù)區(qū)（L堆棧）。邏輯塊執(zhí)行結(jié)束后，其局域數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)丟失，但是共享數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)不會被刪除。

    (2)背景數(shù)據(jù)塊

    背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)是自動生成的，它們是功能塊變量聲明表中的數(shù)據(jù)（不包括臨時變量TEMP）。背景數(shù)據(jù)塊用于傳遞參數(shù)，功能塊的實參和靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲在背景數(shù)據(jù)塊中，調(diào)用功能塊時，應(yīng)同時背景數(shù)據(jù)塊的編號和符號，背景數(shù)據(jù)塊只能被的功能塊訪問。

操作時應(yīng)首先生成功能塊，然后生成它的背景數(shù)據(jù)塊。在生成背景數(shù)據(jù)塊時指明它的類型為背景數(shù)據(jù)塊(Instance)，并指明功能塊的編號。在調(diào)用功能塊時使用不同的背景數(shù)據(jù)塊，可以控制多個同類的對象。例如，一個用于電動機控制的功能塊，可以通過對每個不同的電動機，使用不同的背景數(shù)據(jù)塊來控制多臺電動機，如圖4-2所示。

圖4-2用于不同對象的背景數(shù)據(jù)塊

    (3)系統(tǒng)功能塊(SFB)和系統(tǒng)功能(SFC)

    系統(tǒng)功能塊和系統(tǒng)功能是S7系列CPU提供的標準的已經(jīng)為用戶編制好程序的塊，用戶可以直接調(diào)用它們，以便高效地編制自己的程序，但用戶不能修改這些功能塊。它們是操作系統(tǒng)固有的一部分，不占用用戶的程序空間。其中系統(tǒng)功能塊有存儲功能，其變量保存在的背景數(shù)據(jù)塊中。

    (4)系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊(SDB)

    系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊是由STEP 7產(chǎn)生的程序存儲區(qū)，包含系統(tǒng)組態(tài)數(shù)據(jù)。例如，硬件模塊參數(shù)和通信連接參數(shù)等用于CPU操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

    (5)塊的調(diào)用

在程序編制過程中，可以用CALL、CU（無條件調(diào)用）和CC（RLO=1時調(diào)用）指令調(diào)用沒有參數(shù)的功能和功能塊。這里需要注意用CALL指令調(diào)用功能塊和系統(tǒng)功能塊時，必須背景數(shù)據(jù)塊，而且靜態(tài)變量和臨時變量不能出現(xiàn)在調(diào)用指令中。

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