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PLC程序家族的故事2

 

西门子S7-300/400的子程序分为功能(Function)和功能块(Function Block)。
    1.功能(FC)
    功能是用户编写的没有固定的存储区的程序块,其临时变量存储在局部数据堆栈中,功能执行结束后,不再保存这些数据。可以用共享数据区来存储那些在功能执行结束后需要保存的数据。
    功能与S7-200的子程序的局部变量基本上相同(见下图)。与S7-200的子程序相比,其局部变量多了个返回值(RET_VAL)。返回值实际上属于输出参数。

 

    2.参数类型
    用于块之间传送数据的形式参数可以定义为12种基本数据类型、5种复杂数据类型(见上图),也可以为块之间传送数据的形式参数定义下列的参数类型:
    1)Timer或Counter:指定执行块时要使用的定时器或计数器。例如定义功能中的输入变量TON1的数据类型为Timer,两次调用功能时分别设置TON1的实参为T5和T6。
    2)块:指定用作输入或输出的特定块。例如定义某个输入变量的数据类型为Block_FB,在调用块时指定块地址(例如FB 3)作为实参。
    3)POINTER:指针是变量的地址而不是变量的值。POINTER参数类型的形参应为地址,例如P#M50.0。在STEP 7中,指针也可以用地址作实参 (例如M 50.0)。
    4)ANY:用于将任意的数据类型传递给声明的形参。ANY可用于实参的数据类型未知,或实参可以使用任意数据类型的情况。例如P#DB2.DBX50.0 BYTE 10表示DB 2中的DBB50~DBB59。ANY也可以用地址作实参,例如DB2.DBW30和Q12.5,但是只能指向一个变量。
    5)UDT:用户自定义的数据类型。
    3.功能块(FB)
    功能块是用户编写的有自己的存储区(背景数据块)的程序块,功能块的输入、输出变量和静态变量(STAT)存放在指定的背景数据块 (DI) 中,临时变量存储在局部数据堆栈中。功能块执行完后,背景数据块中的数据不会丢失,但是不会保存局部数据堆栈中的数据。
    4.背景数据块
背景数据块是专门指定给某个功能块(FB)使用的数据块,它是FB专用的工作存储区。
    背景数据块用来保存FB的实参和静态数据,背景数据块中的数据是自动生成的。它们是功能块的变量声明表中的数据(不包括临时变量)。调用功能块时应指定对应的背景数据块。
    5.功能与功能块的区别
    FB和FC均为用户编写的子程序,局部变量表中均有IN、OUT、IN_OUT和TEMP变量。FC的返回值Ret_Val实际上属于输出参数。下面是FC和FB的区别:
    1) 功能块有背景数据块,功能没有背景数据块。
    2)只能在功能内部访问它的局部变量。其他逻辑块可以访问功能块的背景数据块中的变量。
    3)功能没有静态变量(STAT),功能块有保存在背景数据块中的静态变量。
    功能如果有执行完后需要保存的数据,只能存放在全局变量(例如共享数据块和M区)中,但是这样会影响功能的可移植性。如果功能或功能块的内部不使用全局变量,只使用局部变量,不需要作任何修改,就可以将它们移植到其他项目。如果块的内部使用了全局变量,在移植时需要考虑每个块使用的全局变量是否会与别的块产生地址冲突。
    4)功能块的局部变量(不包括TEMP)有初始值,功能的局部变量没有初始值。调用功能时应给所有的形参指定实参。
    调用功能块时可以不设置某些输入、输出参数的实参,此时这些参数将使用背景数据块中的初始值。

    1.中断与中断程序
    有很多PLC内部或外部的事件是随机发生的,例如外部开关量输入信号的上升沿或下降沿、通信事件、高速计数器的当前值等于设定值和定时中断等,事先并不知道这些事件何时发生,但是它们出现时需要尽快地处理它们,PLC用中断来快速处理上述事件。
    例如电力系统出现故障时,可能引发多个断路器相继跳闸。为了分析故障的起因,需要及时准确记录事故发生的时间。可以用硬件中断来完成这一任务。
    由于PLC的扫描工作方式,普通定时器的定时误差很大,定时时间到了也不能马上去处理要作的事情。可以用定时中断来实现高精度定时,在定时时间到时CPU自动调用定时中断程序。
    在出现一个中断事件时,当前正在执行的程序在当前指令执行完后被停止执行(被中断),操作系统将会调用一个用户编写的分配给该事件的中断程序(S7-300/400称为组织块)。中断程序被执行完后,被暂停执行的程序将从被中断的地方开始继续执行。这一过程不受PLC扫描工作方式的影响,因此使PLC能迅速响应中断事件。换句话说,中断程序不是在每次扫描循环中处理,而是在需要时才被及时地处理。
    2.中断的优先级
    中断事件有不同的优先级,高优先级的中断程序可以中断低优先级的中断程序。
    如果在执行中断程序时,又检测到一个中断请求,CPU将比较两个中断源的中断优先级。如果优先级相同,按照产生中断请求的先后次序进行处理。如果后者的优先级比正在执行的中断源的优先级高,将中止当前正在处理的中断程序,改为调用较高优先级的中断源的中断程序,这种处理方式称为中断程序的嵌套调用。
    3.中断的控制
    不是所有的用户都需要PLC的中断功能,用户一般也不需要处理所有的中断事件,因此允许用户用指令来控制是否需要中断和需要哪些中断。
    S7-200的中断允许指令EI允许处理中断事件。至于需要处理哪些中断事件,需要单独设置。禁止中断指令DI禁止处理所有的中断事件。
    S7-200进入RUN模式时自动禁止中断,在RUN模式执行中断允许指令后,各中断事件发生时是否会执行中断程序,取决于是否执行了该中断事件的中断连接指令ATCH。
    中断分离指令DTCH用来断开某个中断事件与中断程序之间的联系,从而禁止单个中断事件。
    4.编写中断程序应注意的问题
    因为不能预知系统何时调用中断程序,为了避免在中断程序中改写其他程序使用的存储器,在中断程序中应尽量使用局部变量。
    应优化中断程序,使中断程序尽量短小,以减少中断程序的执行时间,减少对其他处理的延迟,否则可能引起主程序控制的设备操作异常。设计中断程序时应遵循“越短越好”的格言。为了减少中断程序的执行时间,可以在中断程序设置一个软件标志,在主程序中根据标志处理对于快速性要求不是很高、执行时间很长的任务。
    5.中断程序为什么没有输入、输出变量?
    中断程序不像子程序那样,被用户程序调用,而是在中断事件发生时,由操作系统调用,因此S7系列PLC的中断程序不需要输入参数和输出参数,它的局部变量表中只有临时变量。S7-300/400的中断程序称为组织块,它有自动生成的20字节的临时局部变量,包含了与触发组织块的事件有关的信息,它们由操作系统提供。

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