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第5章S7程序结构和程序设计夏日杂诗【清】陈文述水窗低傍画栏开，枕簟萧疏玉漏催。一夜雨声凉到梦，万荷叶上送秋来。讲解人：feilt第5章S7程序结构与程序设计§5.1S7CPU中的程序§5.2数据块中的数据存储§5.3逻辑块（FC和FB）的结构及编程§5.4编辑并调用无参功能（FC）——分部程序设计§5.5编辑并调用有参功能（FC）——结构化程序设计§5.6编辑并调用无静态参数的功能块（FB）§5.7编辑并调用有静态参数的功能块（FB）§5.8使用多重背景——结构化程序设计§5.1S7CPU中的程序§5.1.1用户程序中的块结构§5.1.2用户程序结构§5.1.3I/O过程映像§5.1.4程序循环执行§5.1.1用户程序中的块结构FCFBFCSFBFBSFCDBDB操作系统OB组织块循环定时过程故障FB图例：OB--组织块FB--功能块FC--功能SFC--系统功能SFB--系统功能块FB带背景数据块最大嵌套深度：S7-300：816（CPU318）S7-400：242至4个附加级给故障OB§5.1.2用户程序结构线性程序（线性编程）分部式程序（分部编程、分块编程）结构化程序（结构化编程或模块化编程）1.线性程序（线性编程）所谓线性程序结构，就是将整个用户程序连续放置在一个循环程序块（OB1）中，块中的程序按顺序执行，CPU通过反复执行OB1来实现自动化控制任务。这种结构和PLC所代替的硬接线继电器控制类似，CPU逐条地处理指令。事实上所有的程序都可以用线性结构实现，不过，线性结构一般适用于相对简单的程序编写。2.分部式程序（分部编程、分块编程）所谓分部程序，就是将整个程序按任务分成若干个部分，并分别放置在不同的功能（FC）、功能块（FB）及组织块中，在一个块中可以进一步分解成段。在组织块OB1中包含按顺序调用其他块的指令，并控制程序执行。在分部程序中，既无数据交换，也不存在重复利用的程序代码。功能（FC）和功能块（FB）不传递也不接收参数，分部程序结构的编程效率比线性程序有所提高，程序测试也较方便，对程序员的要求也不太高。对不太复杂的控制程序可考虑采用这种程序结构。3.结构化程序（结构化编程或模块化编程）所谓结构化程序，就是处理复杂自动化控制任务的过程中，为了使任务更易于控制，常把过程要求类似或相关的功能进行分类，分割为可用于几个任务的通用解决方案的小任务，这些小任务以相应的程序段表示，称为块（FC或FB）。OB1通过调用这些程序块来完成整个自动化控制任务。结构化程序的特点是每个块（FC或FB）在OB1中可能会被多次调用，以完成具有相同过程工艺要求的不同控制对象。这种结构可简化程序设计过程、减小代码长度、提高编程效率，比较适合于较复杂自动化控制任务的设计。§5.1.3I/O过程映像§5.1.4程序循环执行§5.2数据块中的数据存储§5.2.1数据存储区§5.2.2数据块§5.2.3数据块的数据结构§5.2.4建立数据块§5.2.5访问数据块§5.2.1数据存储区数据以用户程序变量的形式存储，且具有唯一性。数据可以存储在输入过程映像存储器（PII）、输出过程映像存储器（PIQ）、位存储器（M）、局部数据堆栈（L堆栈）及数据块（DB）中。可以采用基本数据类型、复杂数据类型或参数类型。根据访问方式的不同，这些数据可以在全局符号表或共享数据块中声明，称为全局变量；也可以在OB、FC和FB的变量声明表中声明，称为局部变量。当块被执行时，变量将固定地存储在过程映像区（PII或PIQ）、位存储器区（M）、数据块（DB）或局部堆栈（L）中。§5.2.2数据块数据块定义在S7CPU的存储器中，用户可在存储器中建立一个或多个数据块。每个数据块可大可小，但CPU对数据块数量及数据总量有限制。数据块（DB）可用来存储用户程序中逻辑块的变量数据（如：数值）。与临时数据不同，当逻辑块执行结束或数据块关闭时，数据块中的数据保持不变。用户程序可以位、字节、字或双字操作访问数据块中的数据，可以使用符号或绝对地址。1.数据块的分类共享数据块又称全局数据块。用于存储全局数据，所有逻辑块（OB、FC、FB）都可以访问共享数据块存储的信。背景数据块用作“私有存储器区”，即用作功能块（FB）的“存储器”。FB的参数和静态变量安排在它的背景数据块中。背景数据块不是由用户编辑的，而是由编辑器生成的。用户定义数据块（DBofType）是以UDT为模板所生成的数据块。创建用户定义数据块（DBofType）之前，必须先创建一个用户定义数据类型，如UDT1，并在LAD/STL/FBDS7程序编辑器内定义。2.数据块寄存器CPU有两个数据块寄存器：DB和DI寄存器。这样，可以同时打开两个数据块。§5.2.3数据块的数据结构在STEP7中数据块的数据类型可以采用基本数据类型、复杂数据类型或用户定义数据类型（UDT）。基本数据类型复杂数据类型用户定义数据类型基本数据类型根据IEC1131-3定义，长度不超过32位，可利用STEP7基本指令处理，能完全装入S7处理器的累加器中。基本数据类型包括：位数据类型：BOOL、BYTE、WORD、DWORD、CHAR数字数据类型：INT、DINT、REAL定时器类型：S5TIME、TIME、DATE、TIME_OF_DAY复杂数据类型复杂数据类型只能结合共享数据块的变量声明使用。复杂数据类型可大于32位，用装入指令不能把复杂数据类型完全装入累加器，一般利用库中的标准块（“IEC”S7程序）处理复杂数据类型。复杂数据类型包括：时间（DATE_AND_TIME）类型矩阵（ARRAY）类型结构（STRUCT）类型字符串（STRING）类型用户定义数据类型（UDT）STEP7允许利用数据块编辑器，将基本数据类型和复杂数据类型组合成长度大于32位用户定义数据类型（UDT：User-DefineddataType）。用户定义数据类型不能存储在PLC中，只能存放在硬盘上的UDT块中。可以用用户定义数据类型作“模板”建立数据块，以节省录入时间。可用于建立结构化数据块、建立包含几个相同单元的矩阵、在带有给定结构的FC和FB中建立局部变量。【5-2-1】创建用户定义数据类型：UDT1。创建一个名称为UDT1的用户定义数据类型，数据结构如下，则可按以下几个步骤完成。【5-2-1】数据类型属性对话框②选择插入“数据类型”①点击块文件夹③输入UDT的名称④确认创建用户定义数据类型【5-2-1】编辑UDT1§5.2.4建立数据块在STEP7中，为了避免出现系统错误，在使用数据块之前，必须先建立数据块，并在块中定义变量（包括变量符号名、数据类型以及初始值等）。数据块中变量的顺序及类型决定了数据块的数据结构，变量的数量决定了数据块的大小。数据块建立后，还必须同程序块一起下载到CPU中，才能被程序块访问。建立数据块定义变量并下载数据块数据块属性对话框④选择DB的类型③输入DB的名称②选择插入DB①点击块文件夹可选择输入数据块的符号名My_DB方法1：用SIMATICManager创建数据块。选择项目类型选择S7项目选择“数据块”类型输入数据块名称点击“新建”图标方法2：用LAD/STL/FBDS7程序编辑器创建数据块。创建共享数据块创建UDT数据块创建背景数据块指定相配套的UDT指定相配套的FB新DB类型选择窗口编辑数据块（变量定义）DB1原始窗口在DB1内声明5个变量变量定义完成后，应单击保存按钮保存并编译（测试）。如果没有错误则需要单击下载按钮，像逻辑块一样，将数据块下载到CPU。§5.2.5访问数据块在用户程序中可能存在多个数据块，而每个数据块的数据结构并不完全相同，因此在访问数据块时，必须指明数据块的编号、数据类型与位置。如果访问不存在的数据单元或数据块，而且没有编写错误处理OB块，CPU将进入STOP模式。寻址数据块访问数据块直接访问数据块寻址数据块访问数据块在STEP7中可以采用传统访问方式，即先打开后访问；也可以采用完全表示的直接访问方式。【例5-2-2】打开并访问共享数据块。访问数据块用指令“OPNDB...”打开共享数据块（自动关闭之前打开的共享数据块），如果DB已经打开，则可用装入（L）或传送（T）指令访问数据块。【例5-2-3】打开并访问背景数据块。直接访问数据块所谓直接访问数据块，就是在指令中同时给出数据块的编号和数据在数据块中的地址。可以用绝对地址，也可以用符号地址直接访问数据块。用绝对地址直接访问数据块，如：用符号地址直接访问数据块，如：功能（FC）、功能块（FB）和组织块（OB）统称为逻辑块（或程序块）。功能块（FB）有一个数据结构与该功能块的参数完全相同的数据块，称为背景数据块，背景数据块依附于功能块，它随着功能块的调用而打开，随着功能块的结束而关闭。存放在背景数据块中的数据在功能块结束时继续保持。而功能（FC）则不需要背景数据块，功能调用结束后数据不能保持。组织块（OB）是由操作系统直接调用的逻辑块。§5.3.1逻辑块（FC和FB）的结构§5.3.1逻辑块（FC和FB）的编程§5.3逻辑块（FC和FB）的结构及编程逻辑块（OB、FB、FC）由变量声明表、代码段及其属性等几部分组成。局部变量声明表（局部数据）逻辑块局部变量的数据类型逻辑块的调用过程及内存分配§5.3.1逻辑块（FC和FB）的结构每个逻辑块前部都有一个变量声明表，称为局部变量声明表。1.局部变量声明表局部数据分为参数和局部变量两大类，局部变量又包括静态变量和临时变量（暂态变量）两种。对于功能块（FB），操作系统为参数及静态变量分配的存储空间是背景数据块。这样参数变量在背景数据块中留有运行结果备份。在调用FB时，若没有提供实参，则功能块使用背景数据块中的数值。操作系统在L堆栈中给FB的临时变量分配存储空间。对于功能（FC），操作系统在L堆栈中给FC的临时变量分配存储空间。由于没有背景数据块，因而FC不能使用静态变量。输入、输出、I/O参数以指向实参的指针形式存储在操作系统为参数传递而保留的额外空间中。对于组织块（OB）来说，其调用是由操作系统管理的，用户不能参与。因此，OB只有定义在L堆栈中的临时变量。局部变量可以是基本数据类型或复式数据类型，也可以是专门用于参数传递的所谓的“参数类型”。参数类型包括定时器、计数器、块的地址或指针等。2.逻辑块局部变量的数据类型CPU提供块堆栈（B堆栈）来存储与处理被中断块的有关信息。3.逻辑块的调用过程及内存分配先前块的数据(仍是激活的)·DB寄存器(DB和DI)·临时数据指针·块号·返回地址先前块的数据(仍是激活的)·DB寄存器(DB和DI)·临时数据指针·块号·返回地址块堆栈(B堆栈)可执行的用户程序·逻辑块·数据块工作内存仍是激活的先前块的临时数据L堆栈数据块寄存器打开的数据块号当前块的临时数据打开的背景数据块号被中断块的数据·DB寄存器(DB和DI)·临时数据指针·块号·返回地址局部数据堆栈简称L堆栈，是CPU中单独的存储器区，可用来存储逻辑块的局部变量（包括OB的起始信息）、调用功能（FC）时要传递的实际参数、梯形图程序中的中间逻辑结果等。可以按位、字节、字和双字来存取。块堆栈简称B堆栈，是CPU系统内存中的一部分，用来存储被中断的块的类型、编号、优先级和返回地址；中断时打开的共享数据块和背景数据块的编号；临时变量的指针（被中断块的L堆栈地址）。中断堆栈简称I堆栈，用来存储当前累加器和地址寄存器的内容、数据块寄存器DB和DI的内容、局域数据的指针、状态字、MCR（主控继电器）寄存器和B堆栈的指针。用户程序使用的堆栈当调用功能块（FB）时，会有以下事件发生：①调用块的地址和返回位置存储在块堆栈中，调用块的临时变量压入L堆栈；②数据块DB寄存器内容与DI寄存器内容交换；③新的数据块地址装入DI寄存器；④被调用块的实参装入DB和L堆栈上部；⑤当功能块FB结束时，先前块的现场信息从块堆栈中弹出，临时变量弹出L堆栈；⑥DB和DI寄存器内容交换。当调用功能块（FB）时，STEP