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S7-300系列PLC的編程語言是STEP 7。STEP 7繼承了STEP 5語言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，用文件塊的形式管理用戶編寫的程序及程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)。如果這些文件塊是子程序，則可以通過調(diào)用語句，將它們組成結(jié)構(gòu)化的用戶程序。這樣，PLC的程序組織明確，結(jié)構(gòu)清晰，易于修改。

為支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，STEP 7用戶程序通常由組織塊(OB)、功能塊(FB)或功能塊(FC)等三種類型的邏輯塊和數(shù)據(jù)塊(DB)組成。

組織塊(OB)是系統(tǒng)操作程序與用戶應(yīng)用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運(yùn)行。OB塊根據(jù)操作系統(tǒng)調(diào)用的條件(如時(shí)間中斷、報(bào)警中斷等)可分成幾種類型，這些類型有不同的優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)的OB可以中斷低優(yōu)先級(jí)的OB。每個(gè)S7 CPU包含一套可編程的OB塊(隨CPU而不同)，不同的OB塊執(zhí)行特定的功能。

OB1是主程序循環(huán)塊，在任何情況下，它都是需要的。根據(jù)過程控制的復(fù)雜程度，可將所有程序放入OB1中進(jìn)行線性編程，或?qū)⒊绦蛴貌煌倪壿媺K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。塊的調(diào)用指令中止當(dāng)前塊(調(diào)用塊)的運(yùn)行調(diào)用，然后執(zhí)行被調(diào)用塊的所有指令。一旦被調(diào)用的塊被完成，執(zhí)行調(diào)用指令的塊繼續(xù)執(zhí)行調(diào)用指令后的指令。調(diào)用塊可以是任何邏輯塊，被調(diào)用塊只能是功能塊(除OB外的邏輯塊)。圖5.1所示是一個(gè)STEP 7調(diào)用實(shí)例。除了OB1，操作系統(tǒng)可以調(diào)用其它的OB塊以響應(yīng)確定事件。其它可用的OB塊隨所用的CPU性能和控制過程的要求而定。

功能塊(FB、FC)實(shí)際上是用戶子程序，分為帶“記憶"的功能塊FB和不帶“記憶"的功能塊FC。前者有一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與該功能塊的參數(shù)表*相同的數(shù)據(jù)塊(DB)附屬于該功能塊，并隨功能塊的調(diào)用而打開，隨功能塊的結(jié)束而關(guān)閉。該附屬數(shù)據(jù)塊叫做背景數(shù)據(jù)塊(Instance Data Block)，存放在背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)在FB塊結(jié)束時(shí)繼續(xù)保持，即被“記憶"。功能塊FC沒有背景數(shù)據(jù)塊，當(dāng)FC完成操作后數(shù)據(jù)不能保持。

數(shù)據(jù)塊(DB)是用戶定義的用于存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)，可以被打開或關(guān)閉。DB可以是屬于某個(gè)FB的情景數(shù)據(jù)塊，也可以是通用的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊，用于FB或FC。S7 CPU還提供標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)功能塊(SFB、SFC)，它們是預(yù)先編好的，經(jīng)過測(cè)試后集成在S7 CPU中的功能程序庫。用戶可以直接調(diào)用它們，高效地編制自己的程序。由于它們是操作系統(tǒng)的一部分，因此不需將其作為用戶程序下載到PLC。與FB塊相似，SFB需要一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊，并需將此DB塊作為程序的一部分安裝到CPU中。不同的CPU提供不同的SFB、SFC功能。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊(SDB)是為存放PLC參數(shù)所建立的系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。用STEP 7的S7組態(tài)軟件可以將PLC組態(tài)數(shù)據(jù)和其它操作參數(shù)存放于SDB中。

功能塊編程及調(diào)用

功能塊由兩個(gè)主要部分組成：一部分是每個(gè)功能塊的變量聲明表，變量聲明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(shí)，需提供塊執(zhí)行時(shí)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，這被稱為參數(shù)傳遞。參數(shù)傳遞的方式使得功能塊具有通用性，它可被其它的塊調(diào)用，以完成多個(gè)類似的控制任務(wù)。

1. 變量聲明表(局部數(shù)據(jù))

每個(gè)邏輯塊前部都有一個(gè)變量聲明表，在變量聲明表中定義邏輯塊用到的局部數(shù)據(jù)。局部數(shù)據(jù)分為參數(shù)和局部變量?jī)纱箢?，局部變量又包括靜態(tài)變量和臨時(shí)變量(暫態(tài)變量)兩種。參數(shù)是在調(diào)用塊和被調(diào)用塊間傳遞的數(shù)據(jù)。靜態(tài)變量和臨時(shí)變量是僅供邏輯塊本身使用的數(shù)據(jù)。表5.1給出了局部數(shù)據(jù)聲明類型，表中內(nèi)容的排列順序也是在變量聲明

表中聲明變量的順序和變量在內(nèi)存中的存儲(chǔ)順序。在邏輯塊中不需使用的局部數(shù)據(jù)類型，可以不必在變量聲明表中聲明。

表5.1 局部數(shù)據(jù)類型

變 量 名 類 型 說 明

輸入?yún)?shù) In 由調(diào)用邏輯塊的塊提供數(shù)據(jù)，輸入給邏輯塊的指令

輸出參數(shù) Out 向調(diào)用邏輯塊的塊返回參數(shù)，即從邏輯塊輸出結(jié)果數(shù)據(jù)

IO參數(shù) In_Out 參數(shù)的值由調(diào)用塊的塊提供，由邏輯塊處理修改，然后返回

靜態(tài)變量 Stat 靜態(tài)變量存儲(chǔ)在背景數(shù)據(jù)塊中，塊調(diào)用結(jié)束后，其內(nèi)容被保留

臨時(shí)變量 Temp 臨時(shí)變量存儲(chǔ)在L堆棧中，塊執(zhí)行結(jié)束變量的值因被其它內(nèi)容覆蓋而丟掉

對(duì)于功能塊FB，操作系統(tǒng)為參數(shù)及靜態(tài)變量分配的存儲(chǔ)空間是背景數(shù)據(jù)塊。這樣參數(shù)變量在背景數(shù)據(jù)塊中留有運(yùn)行結(jié)果備份。在調(diào)用FB時(shí)，若沒有提供實(shí)參，則功能塊使用背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)值。操作系統(tǒng)在L堆棧中給FB的臨時(shí)變量分配存儲(chǔ)空間。

對(duì)于功能塊FC，操作系統(tǒng)在L堆棧中給FC的臨時(shí)變量分配存儲(chǔ)空間。由于沒有背景數(shù)據(jù)塊，因而FC不能使用靜態(tài)變量。輸入、輸出、IO參數(shù)以指向?qū)崊⒌闹羔樞问酱鎯?chǔ)在操作系統(tǒng)為參數(shù)傳遞而保留的額外空間中。

對(duì)于組織塊OB來說，其調(diào)用是由操作系統(tǒng)管理的，用戶不能參與。因此，OB只有定義在L堆棧中的臨時(shí)變量。

1) 形參

為保證功能塊對(duì)同一類設(shè)備控制的通用性，用戶在編程時(shí)就不能使用具體設(shè)備對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)地址參數(shù)(如不能使用I1.0等)，而是使用這類設(shè)備的抽象地址參數(shù)。這些抽象參數(shù)稱為形式參數(shù)，簡(jiǎn)稱形參。將該設(shè)備的相應(yīng)實(shí)際存儲(chǔ)區(qū)地址參數(shù)(簡(jiǎn)稱實(shí)參)傳遞給功能塊，功能塊在運(yùn)行時(shí)以實(shí)參替代形參，從而可通過調(diào)用功能塊實(shí)現(xiàn)對(duì)具體設(shè)備的控制。當(dāng)對(duì)另一設(shè)備控制時(shí)，同樣也可通過調(diào)用實(shí)參將其傳遞給功能塊。

形參需在功能塊的變量聲明表中定義，實(shí)參在調(diào)用功能塊時(shí)給出。在功能塊的不同調(diào)用處，可為形參提供不同的實(shí)參，但實(shí)參的數(shù)據(jù)類型必須與形參*。用戶程序可定義功能塊的輸入值參數(shù)或輸出值參數(shù)，也可定義一參數(shù)作為輸入輸出值。參數(shù)傳遞可將調(diào)用塊的信息傳遞給被調(diào)用塊，也能把被調(diào)用塊的運(yùn)行結(jié)果返回給調(diào)用塊。

2) 靜態(tài)變量

靜態(tài)變量在PLC運(yùn)行期間始終被存儲(chǔ)。S7將靜態(tài)變量定義在背景數(shù)據(jù)塊中，當(dāng)被調(diào)用塊運(yùn)行時(shí)，能讀出或修改靜態(tài)變量；被調(diào)用塊運(yùn)行結(jié)束后，靜態(tài)變量保留在數(shù)據(jù)塊中。由于只有功能塊FB有關(guān)聯(lián)的背景數(shù)據(jù)塊，因此只能為FB定義靜態(tài)變量。功能塊FC不能有靜態(tài)變量。

3) 臨時(shí)變量

臨時(shí)變量?jī)H在邏輯塊運(yùn)行時(shí)有效，邏輯塊結(jié)束時(shí)存儲(chǔ)臨時(shí)變量的內(nèi)存被操作系統(tǒng)另行 分配。S7將臨時(shí)變量定義在L堆棧中，L堆棧是為存儲(chǔ)邏輯塊的臨時(shí)變量而專設(shè)的。當(dāng)塊程序運(yùn)行時(shí)，在L堆棧中建立該塊的臨時(shí)變量，一旦塊執(zhí)行結(jié)束，堆棧重新分配，因而信息丟失。

邏輯塊局部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型

在變量聲明表中，要明確局部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型，這樣操作系統(tǒng)才能給變量分配確定的 存儲(chǔ)空間。局部數(shù)據(jù)可以是基本數(shù)據(jù)類型或復(fù)式數(shù)據(jù)類型，也可以是專門用于參數(shù)傳遞 的所謂的“參數(shù)類型"。參數(shù)類型包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、塊的地址或指針等，見表5.2。表5.2 參數(shù)類型變量

參數(shù)類型 大 小 說 明

定時(shí)器(Timer) 2 B 在功能塊中定義一個(gè)定時(shí)器形參，調(diào)用時(shí)賦予定時(shí)器實(shí)參

計(jì)數(shù)器(Counter) 2 B 在功能塊中定義一個(gè)計(jì)數(shù)器形參，調(diào)用時(shí)賦予計(jì)數(shù)器實(shí)參

塊：

Block_FB

Block_FC

Block_DB

Block_SDB 2 B 在功能塊中定義一個(gè)功能塊或數(shù)據(jù)塊形參變量，調(diào)用時(shí)給功能塊類或數(shù)據(jù)塊類形參賦予實(shí)際的功能塊或數(shù)據(jù)塊編號(hào)，如

FC 101、DB 42

指針(Pointer) 6 B 在功能塊中定義一個(gè)形參，該形參說明的是內(nèi)存的地址指針。例如，調(diào)用時(shí)可給形參賦予實(shí)參P#M50.0，以訪問內(nèi)存M50.0

ANY 10 B 當(dāng)實(shí)參的數(shù)據(jù)類型未知時(shí)，可以使用該類型

1) 定時(shí)器或計(jì)數(shù)器參數(shù)類型

在功能塊中定義一個(gè)定時(shí)器或計(jì)數(shù)器類型的形參，功能塊就能使用一個(gè)定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，而不需明確具體的定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，等到調(diào)用該功能塊時(shí)再確定定時(shí)器或計(jì)數(shù)器號(hào)。這使用戶程序能靈活性地分配和使用定時(shí)器或計(jì)數(shù)器。當(dāng)給定時(shí)器或計(jì)數(shù)器參數(shù)類型形參分配實(shí)參時(shí)，在“T"或“C"后跟一個(gè)有效整數(shù)，如T 100。

2) 塊參數(shù)類型

當(dāng)定義一個(gè)作為輸入輸出的塊時(shí)，參數(shù)聲明決定了塊的類型(FB、FC、DB等)。當(dāng)為塊參數(shù)類型形參分配實(shí)參時(shí)，可以使用物理地址，如FC 101，也可使用符號(hào)地址，如“valve

3) 指針參數(shù)類型

一個(gè)指針給出的是變量的地址，而不是變量的數(shù)值大小。在有些功能塊中，可能使用指針編程更為方便。用定義指針類型的形參，就能在功能塊中先使用一個(gè)虛設(shè)的指針，待調(diào)用功能塊時(shí)再為其賦予確定的地址。當(dāng)為指針參數(shù)類型形參分配實(shí)參時(shí)，需要指明內(nèi)存地址，例如P#M50.0。

3. 塊調(diào)用過程及內(nèi)存分配

CPU提供塊堆棧(B堆棧)來存儲(chǔ)與處理被中斷塊的有關(guān)信息。當(dāng)發(fā)生塊調(diào)用或有來自更高優(yōu)先級(jí)的中斷時(shí)，就有相關(guān)的塊信息存儲(chǔ)在B堆棧里，并影響部分內(nèi)存和寄存器。圖5.2顯示了調(diào)用塊時(shí)B堆棧與L堆棧的變化。圖5.3提供了關(guān)于STEP 7的塊調(diào)用情況。

1) B堆棧與L堆棧

B堆棧是CPU系統(tǒng)內(nèi)存中的一部分，它存儲(chǔ)以下被中斷塊的數(shù)據(jù)：

(1) 塊號(hào)、塊類型、優(yōu)先級(jí)、被中斷塊的返回地址；

(2) 塊寄存器DB、DI被中斷前的內(nèi)容；

(3) 臨時(shí)變量的指針(被中斷塊的L堆棧地址)。

STEP 7中可使用的B堆棧大小是有限制的，對(duì)于S7-300 CPU，則可在B堆棧中存儲(chǔ)8個(gè)塊的信息。因此，塊調(diào)用嵌套深度也是有限制的，多可同時(shí)激活8個(gè)塊。

L堆棧是CPU內(nèi)存中的一部分，它在塊調(diào)用時(shí)被重新分配。L堆棧用來存儲(chǔ)邏輯塊中定義的臨時(shí)變量，也分配給臨時(shí)本地?cái)?shù)據(jù)使用。梯形圖的方塊指令與標(biāo)準(zhǔn)功能塊也可能使用L堆棧存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果。

2) 調(diào)用功能塊FB

當(dāng)調(diào)用功能塊FB時(shí)，會(huì)有以下事件發(fā)生：

(1) 調(diào)用塊的地址和返回位置存儲(chǔ)在塊堆棧中，調(diào)用塊的臨時(shí)變量壓入L堆棧；

(2) 數(shù)據(jù)塊DB寄存器內(nèi)容與DI寄存器內(nèi)容交換；

(3) 新的數(shù)據(jù)塊地址裝入DI寄存器；

(4) 被調(diào)用塊的實(shí)參裝入DB和L堆棧上部；

(5) 當(dāng)功能塊FB結(jié)束時(shí)，先前塊的現(xiàn)場(chǎng)信息從塊堆棧中彈出，臨時(shí)變量彈出L堆棧；

(6) DB和DI寄存器內(nèi)容交換。

當(dāng)調(diào)用功能塊FB時(shí)，STEP 7并不一定要求給FB形參賦予實(shí)參，除非參數(shù)是復(fù)式數(shù)據(jù)類型的IO形參或參數(shù)類型形參。如果沒有給FB形參賦予實(shí)參，則功能塊FB就調(diào)用背景數(shù)據(jù)塊內(nèi)的數(shù)值。該數(shù)值是在功能塊的變量聲明表內(nèi)或背景數(shù)據(jù)塊內(nèi)設(shè)置的形參初始數(shù)值。

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