電氣控制與S7-300-PLC編程技術(shù)第7和8章-結(jié)構(gòu)化編程和組織塊課件

1、結(jié)構(gòu)化編程和組織塊（7.1-8.4）第七、八章本章內(nèi)容7.1 編程方式和程序結(jié)構(gòu) 7.2 結(jié)構(gòu)化編程的實現(xiàn) 7.3 功能與功能塊7.4 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計實例 8.1 數(shù)據(jù)塊 8.2 S7-300的組織塊與中斷8.3 定期執(zhí)行組織塊第7、8章 結(jié)構(gòu)化編程和組織塊 8.1 編程方式和程序結(jié)構(gòu)7.1.1 編程方式用戶的編程方式主要三種：（1）有線性化編程 線性化編程是將整個用戶程序放在組織塊OB1中，在CPU循環(huán)掃描時執(zhí)行OB1中的全部指令。 （2）分部式編程 分部編程是將整個程序按任務(wù)分成若干個部分，并分別放置在不同的功能（FC）、功能塊（FB）及組織塊中，在一個塊中可以進一步分解成段。 （3）結(jié)構(gòu)

2、化編程三種類型。 結(jié)構(gòu)化編程是將過程要求類似或相關(guān)的任務(wù)歸類，在功能或功能塊中編程，形成通用解決方案。通過不同的參數(shù)調(diào)用相同的功能或通過不同的背景數(shù)據(jù)塊調(diào)用相同的功能塊。 7.1 編程方式和程序結(jié)構(gòu)7.1.2 程序結(jié)構(gòu) 西門子公司S7-300/400系列PLC采用的是“塊式程序結(jié)構(gòu)”，用“塊”的形式來管理用戶編寫的程序及程序運行所需要的數(shù)據(jù)，組成完整的PLC應(yīng)用程序系統(tǒng)。 （1）用戶程序使用的塊（2）塊的調(diào)用（3）用戶程序使用的堆棧 局部數(shù)據(jù)堆棧（L堆棧） 塊堆棧（B堆棧） 中斷堆棧（I堆棧） 塊的調(diào)用關(guān)系 塊堆棧7.2 結(jié)構(gòu)化程序的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程就是把一些過程要求類似或相關(guān)的功能進行分類、歸

3、納、抽象化，然后編寫一個與之相關(guān)的通用程序，這個程序就是一個結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以多處、多次使用。利用各種結(jié)構(gòu)組合成程序的方法，就是結(jié)構(gòu)化編程的方法。7.2.1 結(jié)構(gòu)化編程結(jié)構(gòu)化編程是對應(yīng)于一些典型的控制要求編寫通用的程序塊，這些程序塊可以反復被調(diào)用以控制不同的目標。這些通用的程序塊就稱為結(jié)構(gòu)，利用各種結(jié)構(gòu)來組成程序就成為結(jié)構(gòu)化編程。要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程有兩個必要條件：一是程序能夠分割。二是能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)賦值。 結(jié)構(gòu)化編程 7.2 結(jié)構(gòu)化程序的實現(xiàn)7.2.2 實現(xiàn)形式 凡是通用的、典型的程序，都可以參數(shù)化、結(jié)構(gòu)化。在STEP7中工作的順序是：在FC、FB的變量聲明表中規(guī)范變量，也就是聲明變量的名稱、變量

4、的類型和變量的數(shù)據(jù)類型。在編寫程序的時候，不使用實際地址，而使用變量的名稱（形式參數(shù)），得到一個普通的程序。在調(diào)用這些通用程序（結(jié)構(gòu)）的時候，利用參數(shù)賦值的方法指定實際的控制條件和控制目標。以電機單向啟動/停止的程序為例，其中I0.0為啟動按鈕，I0.1為停止按鈕，Q4.0控制電機的接觸器。該程序只能完成針對某個電機特定的控制。電機單向啟動/停止程序 7.3 功能與功能塊 功能（FC）、功能塊（FB）和組織塊（OB）統(tǒng)稱為邏輯塊（或程序塊）。功能塊（FB）有一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與該功能塊的參數(shù)完全相同的數(shù)據(jù)塊，稱為背景數(shù)據(jù)塊。 7.3.1 功能塊（1）生成功能塊（2）局部變量（3）生成梯形圖程序（4）

5、背景數(shù)據(jù)塊 功能塊FB1 背景數(shù)據(jù)塊7.3 功能與功能塊7.3.2 功能（1）生成功能（2）功能的局部變量（3）功能與功能塊的區(qū)別 FC的返回值RET_VAL實際上是輸出參數(shù)，因此，有無靜態(tài)變量是兩者的局部變量的本質(zhì)區(qū)別 。 功能塊的輸出參數(shù)不僅與來自外部的輸入?yún)?shù)有關(guān)，還與用靜態(tài)變量保存的內(nèi)部狀態(tài)數(shù)據(jù)有關(guān)。功能因為沒有靜態(tài)變量 。 功能塊有背景數(shù)據(jù)塊，功能沒有背景數(shù)據(jù)塊。 不能給功能的局部變量設(shè)置初始值，可以給功能塊的局部變量設(shè)置初始值。 功能FC17.3 功能與功能塊7.3.3 功能的調(diào)用功能和功能塊的調(diào)用必須用實參代替形參，因為形參是在功能或功能塊的變量聲明表中定義的。為保證功能或功能塊

6、對同一類設(shè)備的通用性，在編程中不能使用實際對應(yīng)的存儲區(qū)地址參數(shù)，而是使用抽象參數(shù)，這就是形參。而塊在調(diào)用時，必須將實際參數(shù)（實參）替代形參，從而可以通過功能或功能塊實現(xiàn)對具體設(shè)備的控制。OB1通過兩次調(diào)用FB1和FC1，實現(xiàn)對汽油機和柴油機的控制。 塊調(diào)用分為條件調(diào)用和無條件調(diào)用。用梯形圖調(diào)用塊時，塊的EN（Enable，使能）輸入端有能流流入時執(zhí)行塊中的程序，反之則不執(zhí)行。條件調(diào)用時使能輸入端EN受到觸點電路的控制。塊被正確執(zhí)行時ENO（Enable Output，使能輸出端）為1，反之為0。汽油機風扇控制 7.3 功能與功能塊7.3.4 功能塊的調(diào)用將OB1左邊窗口中的“FB塊”文件夾中的

7、FB1圖標拖放到程序2的水平導線上，如圖所示。FB1的符號名為“發(fā)動機控制”。方框內(nèi)的Start等是FB1的變量聲明表中定義的輸入、輸出參數(shù)（形參）。方框外的符號地址“啟動汽油機”等是方框內(nèi)的形參對應(yīng)的實參。實參“共享”.PE_Speed”是符號名為“共享”的數(shù)據(jù)塊DB3中的變量PE_Speed（汽油機的實際轉(zhuǎn)速）。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)用時沒有給形參指定實參，功能塊使用背景數(shù)據(jù)塊中形參的數(shù)值。該數(shù)值可能是在功能塊的變量聲明表中設(shè)置的形參（例如靜態(tài)變量Preset_Speed）的初始值，也可能是上一次調(diào)用時存數(shù)在背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)值。 汽油機數(shù)據(jù) 7.3

8、 功能與功能塊功能以及功能塊的調(diào)用總結(jié)如圖 ：塊調(diào)用指令的各種表達方式7.4 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計實例7.4.1 編輯并調(diào)用有參功能（FC）有參功能（FC）是指編輯功能（FC）時，在局部變量聲明表內(nèi)定義了形式參數(shù)，在功能（FC）中使用了虛擬的符號地址完成控制程序的編程，以便在其他塊中能重復調(diào)用有參功能（FC）。這種方式一般應(yīng)用于結(jié)構(gòu)化程序編寫?！纠慷嗉壏诸l器控制程序設(shè)計。 本例擬在功能FC1中編寫二分頻器控制程序，然后在OB1中通過調(diào)用FC1實現(xiàn)多級分頻器的功能。多級分頻器的時序關(guān)系如圖8-21所示。其中I0.0為多級分頻器的脈沖輸入端；Q4.0Q4.3分別為2、4、8、16分頻的脈沖輸出端；Q4

9、.4Q4.7分別為2、4、8、16分頻指示燈驅(qū)動輸出端。多級分頻器控制時序圖 7.4 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計實例7.4.2 多重背景使用舉例使用多重背景可以有效地減少數(shù)據(jù)塊的數(shù)量，其編程思想是創(chuàng)建一個比FB1級別更高的功能塊，如FB10，將未作任何修改的FB1作為一個“局部背景”，在FB10中調(diào)用。對于FB1的每一個調(diào)用，都將數(shù)據(jù)存儲在FB10的背景數(shù)據(jù)塊DB10中?！纠堪l(fā)動機組控制系統(tǒng)設(shè)計使用多重背景。（1）創(chuàng)建多重背景的S7項目（2）編輯功能（FC） （3）編輯共享數(shù)據(jù)塊 （4）編輯功能塊（FB） （5）生成多重背景數(shù)據(jù)塊DB10 （6）在OB1中調(diào)用功能（FC）及上層功能塊（FB） 8.1 數(shù)

10、據(jù)塊在西門子的可編程控制器中，數(shù)據(jù)是以變量的形式來存儲的。有一些數(shù)據(jù)，如I、Q、M、T、C等等，存在系統(tǒng)存數(shù)區(qū)內(nèi)，而大量的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)塊。STEP7按照數(shù)據(jù)塊的使用方法把數(shù)據(jù)分為三類： （1）共享數(shù)據(jù)塊 （2）背景數(shù)據(jù)塊 （3）用戶定義的數(shù)據(jù)塊8.1.1 數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)類型在STEP 7中數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)類型可以 分為三種：（1）基本數(shù)據(jù)類型 （2）復雜數(shù)據(jù)類型 （3）用戶定義數(shù)據(jù)類型 8.1 數(shù)據(jù)塊8.1.2 建立數(shù)據(jù)塊建立數(shù)據(jù)塊的方法和建立程序塊的方法一樣。在SIMATIC Manager窗口下，用鼠標右鍵點擊Blocks，然后選中Insert New Object-Data Block，就

11、會彈出Properties-Data Block對話框，在對話框中的Name and Type欄中做出正確選擇后，點擊OK按鈕，就建立了一個新的數(shù)據(jù)塊。和打開程序塊進行編輯一樣，雙擊數(shù)據(jù)塊圖標，就把這數(shù)據(jù)塊打開了，如圖 。剛打開的數(shù)據(jù)塊是空的，用戶必須自己編輯這個數(shù)據(jù)塊。在Name欄目中填上變量名稱，在Type欄目中填上數(shù)據(jù)類型。在Type欄目中可以用鼠標右鍵列出數(shù)據(jù)類型清單，然后選擇合適的數(shù)據(jù)類型。Name和Type是必須填寫的。 數(shù)據(jù)塊編輯好后，一定要存盤、下載，方法同前。 8.1 數(shù)據(jù)塊8.1.3 訪問數(shù)據(jù)塊在用戶程序中可能存在多個數(shù)據(jù)塊，而每個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不完全相同，因此在訪問數(shù)

12、據(jù)塊時，必須指明數(shù)據(jù)塊的編號、數(shù)據(jù)類型與位置。 訪問數(shù)據(jù)塊 數(shù)據(jù)塊的打開和關(guān)閉 8.2 S7-300的組織塊與中斷8.2.1 組織塊介紹組織塊（OB）是操作系統(tǒng)與用戶程序之間的接口，組織塊由操作系統(tǒng)調(diào)用。組織塊中的程序是由用戶編寫的。SIMATIC S7 CPU提供了大量的OB（組織塊），組織塊采用中斷的方式在特定的時間或特定的情況下執(zhí)行相應(yīng)的程序和響應(yīng)特定事件的程序。組織塊可以分為以下幾類：（1）循環(huán)執(zhí)行的組織塊（2）啟動組織塊（3）定期執(zhí)行的組織塊 （4）事件驅(qū)動的組織塊 （5）背景組織塊 OB的變量聲明表 8.6 S7-300的組織塊與中斷8.2.2 中斷過程 啟動事件觸發(fā)OB調(diào)用稱為中

13、斷，中斷處理用來實現(xiàn)對特殊內(nèi)部事件或外部事件的快速響應(yīng)。在SIMATIC S7中，對這些特殊事件的處理，安排了大量的組織塊，可在這些組織塊中編寫相應(yīng)的中斷處理程序。沒有中斷時，CPU循環(huán)執(zhí)行組織塊OB1，因為除背景組織塊OB90以外，OB1的中斷優(yōu)先級最低。當CPU檢測到中斷源的中斷請求時，操作系統(tǒng)在執(zhí)行完當前程序的當前指令（即斷點處）以后，就會根據(jù)中斷優(yōu)先級的高低立即響應(yīng)中斷。CPU暫停正在執(zhí)行的程序，調(diào)用中斷源對應(yīng)的用于中斷的組織塊來處理。執(zhí)行完中斷組織塊以后，則返回中斷程序的斷點處繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。有中斷發(fā)生時，如果沒有下載對應(yīng)的組織塊，CPU將會進入STOP模式。 一個組織塊的執(zhí)行被

14、另一個組織塊中斷時，操作系統(tǒng)會對現(xiàn)場進行保護。 中斷發(fā)生時，中斷程序是由操作系統(tǒng)自動調(diào)用的，而不是由程序塊調(diào)用的。 8.2 S7-300的組織塊與中斷8.2.2 中斷的優(yōu)先級組織塊的默認優(yōu)先級 8.6 S7-300的組織塊與中斷8.2.3 啟動組織塊發(fā)生下列事件時，CPU執(zhí)行啟動功能：1PLC電源上電后；2CPU的模式選擇開關(guān)從STOP位置撥到RUN或RUN-P位置時；3接收到通過通信功能發(fā)送來的啟動請求；4多CPU方式同步之后和H系統(tǒng)連接好后（只適用于備用CPU）。啟動用戶程序之前，先執(zhí)行啟動組織塊OB。在暖啟動、熱啟動和冷啟動時，操作系統(tǒng)分別調(diào)用OB100、OB101、OB102組織塊。用

15、戶可以通過在啟動組織塊OB100OB102中編寫程序來設(shè)置CPU的初始化操作。例如設(shè)置開始運行時某些變量的初始值，以及輸出模塊的初始值等。 OB100聲明表中變量的含義8.2 S7-300的組織塊與中斷8.2.4 時間延時中斷組織塊（1）概述在延時中斷組織塊中，用戶可以編寫將要延時的程序。PLC中定時器的定時時間與掃描方式有關(guān)，其精度受不斷變化的循環(huán)周期的影響，而使用延時中斷組織塊則可以提高延時的精度。延時中斷組織塊的延時時間為160000ms，其延時精度為1ms，優(yōu)于定時器的精度。 （2）應(yīng)用方法首先可以在STEP7中查看可以支持的延時中斷OB。具體方法如下：在STEP7的硬件組態(tài)窗口中，雙

16、擊項目機架上的CPU所在的行，打開CPU屬性對話框，點擊“中斷”選項頁，設(shè)置框中顯示出當前CPU支持的延時中斷組織塊 。SFC32SFC34的參數(shù)說明 （3）應(yīng)用實例8.2 S7-300的組織塊與中斷8.2.5 硬件中斷組織塊（1）概述 硬件中斷組織塊（OB40OB47）用于快速響應(yīng)信號模塊SM、通信處理模塊CP和功能模塊FM的信號變化。例如：當一個數(shù)字量輸入模塊的一個通道有上升沿信號來時，若這個模塊有中斷能力，則觸發(fā)一個硬件中斷，中斷服務(wù)程序就置于硬件中斷組織塊中。（2）應(yīng)用方法 首先可以在STEP7中查看支持的硬件中斷組織塊。具體方法是：在STEP7的硬件組態(tài)窗口中，雙擊項目中機架上的CP

17、U所在的行，打開CPU屬性對話框，點擊“中斷”選項頁，可以看到CPU支持的硬件中斷模塊，如圖8-41所示。在此也可以為硬件中斷OB選擇優(yōu)先級。 （3）應(yīng)用實例CPU支持的硬件中斷塊 8.3 定期執(zhí)行組織塊8.3.1 日期時間中斷組織塊 日期時間中斷可以在某一特定的日期和時間執(zhí)行一次，也可以從設(shè)定的日期時間開始，周期性地重復執(zhí)行，例如，每分鐘、每小時、每天甚至每年執(zhí)行一次?？梢杂肧FC28SFC30設(shè)置、取消或激活日期時間中斷。 為了啟動時間中斷，用戶首先必須設(shè)置時間中斷的參數(shù)，然后再激活它。用戶可以用組態(tài)或編程的方法來啟動時間中斷。（1）設(shè)置和啟動日期時間中斷 基于硬件組態(tài)的自動啟動時間中斷，

18、在硬件組態(tài)工具中設(shè)置和激活。 用上述方法設(shè)置日期時間中斷的參數(shù)，但不選擇“激活”而是在用戶程序中用SFC30“ACT_TINT”激活日期時間中斷。 可以在程序中通過調(diào)用SFC28 “SET_TINT”來設(shè)置時間中斷，然后通過調(diào)用SFC30“ACT_TINT”來激活它。（2）查詢?nèi)掌跁r間中斷（3）禁止和激活日期時間中斷（4）應(yīng)用實例8.3 定期執(zhí)行組織塊8.3.2 循環(huán)中斷組織塊 （1）概述 STEP7提供了9個循環(huán)中斷組織塊（OB30OB38），它們經(jīng)過一段固定的時間間隔中斷用戶的程序。循環(huán)中斷用于按精確的時間間隔循環(huán)執(zhí)行中斷程序，例如周期性的執(zhí)行閉環(huán)控制系統(tǒng)的PID控制程序，間隔時間從STOP切換到RUN模式時開始計算。 循環(huán)中斷組織塊默認的時間間隔和優(yōu)先級 8.3 定期執(zhí)行組織塊8.3.2 循環(huán)中斷組織塊（2）應(yīng)用方法 首先可以在STEP7中查看可支持的循環(huán)中斷OB。具體方法：在STEP7的硬件的組態(tài)窗口中，雙擊項目機架上的CPU所在的行，打開CPU屬性對話框，點擊“循環(huán)中斷”選項頁，設(shè)置框就顯示當前CPU可以使用的循環(huán)中斷塊，可以設(shè)置循環(huán)中斷 。（3）應(yīng)用實例 【例】每三分鐘中斷一次，每次中斷使MW0自動加1。要求用I0.1的