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

為支持結構化程序設計,，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)操作程序與用戶應用程序在各種條件下的接口界面,，用于控制程序的運行。OB塊根據(jù)操作系統(tǒng)調用的條件(如時間中斷,、報警中斷等)可分成幾種類型,，這些類型有不同的優(yōu)先級，高優(yōu)先級的OB可以中斷低優(yōu)先級的OB,。每個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)過程控制的復雜程度,，可將所有程序放入OB1中進行線性編程,，或將程序用不同的邏輯塊加以結構化，通過OB1調用這些邏輯塊,，并允許塊間的相互調用,。塊的調用指令中止當前塊(調用塊)的運行調用，然后執(zhí)行被調用塊的所有指令,。一旦被調用的塊被完成,，執(zhí)行調用指令的塊繼續(xù)執(zhí)行調用指令后的指令。調用塊可以是任何邏輯塊,，被調用塊只能是功能塊(除OB外的邏輯塊),。圖5.1所示是一個STEP 7調用實例。除了OB1,，操作系統(tǒng)可以調用其它的OB塊以響應確定事件,。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,。前者有一個數(shù)據(jù)結構與該功能塊的參數(shù)表*相同的數(shù)據(jù)塊(DB)附屬于該功能塊，并隨功能塊的調用而打開,，隨功能塊的結束而關閉,。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塊結束時繼續(xù)保持,，即被“記憶",。功能塊FC沒有背景數(shù)據(jù)塊，當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)的存儲區(qū),，可以被打開或關閉。DB可以是屬于某個FB的情景數(shù)據(jù)塊,，也可以是通用的全局數(shù)據(jù)塊，用于FB或FC,。S7 CPU還提供標準系統(tǒng)功能塊(SFB,、SFC)，它們是預先編好的,，經過測試后集成在S7 CPU中的功能程序庫,。用戶可以直接調用它們，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,。

功能塊編程及調用

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,，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),。

當調用功能塊時，需提供塊執(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，它可被其它的塊調用,，以完成多個類似的控制任務,。

1. 變量聲明表(局部數(shù)據(jù))

每個邏輯塊前部都有一個變量聲明表，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)和局部變量兩大類,，局部變量又包括靜態(tài)變量和臨時變量(暫態(tài)變量)兩種。參數(shù)是在調用塊和被調用塊間傳遞的數(shù)據(jù),。靜態(tài)變量和臨時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存中的存儲順序,。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 向調用邏輯塊的塊返回參數(shù),，即從邏輯塊輸出結果數(shù)據(jù)

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

靜態(tài)變量 Stat 靜態(tài)變量存儲在背景數(shù)據(jù)塊中,，塊調用結束后，其內容被保留

臨時變量 Temp 臨時變量存儲在L堆棧中,，塊執(zhí)行結束變量的值因被其它內容覆蓋而丟掉

對于功能塊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)塊中留有運行結果備份,。在調用FB時,，若沒有提供實參，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的臨時變量分配存儲空間,。

對于功能塊FC，操作系統(tǒng)在L堆棧中給FC的臨時變量分配存儲空間,。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)以指向實參的指針形式存儲在操作系統(tǒng)為參數(shù)傳遞而保留的額外空間中。

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

1) 形參

為保證功能塊對同一類設備控制的通用性,，用戶在編程時就不能使用具體設備對應的存儲區(qū)地址參數(shù)(如不能使用I1.0等)，而是使用這類設備的抽象地址參數(shù),。這些抽象參數(shù)稱為形式參數(shù),，簡稱形參。將該設備的相應實際存儲區(qū)地址參數(shù)(簡稱實參)傳遞給功能塊,，功能塊在運行時以實參替代形參,，從而可通過調用功能塊實現(xiàn)對具體設備的控制。當對另一設備控制時,，同樣也可通過調用實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，實參在調用功能塊時給出,。在功能塊的不同調用處,，可為形參提供不同的實參，但實參的數(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)傳遞可將調用塊的信息傳遞給被調用塊,，也能把被調用塊的運行結果返回給調用塊,。

2) 靜態(tài)變量

靜態(tài)變量在PLC運行期間始終被存儲。S7將靜態(tài)變量定義在背景數(shù)據(jù)塊中,，當被調用塊運行時，能讀出或修改靜態(tài)變量,；被調用塊運行結束后,，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) 臨時變量

臨時變量僅在邏輯塊運行時有效,，邏輯塊結束時存儲臨時變量的內存被操作系統(tǒng)另行 分配,。S7將臨時變量定義在L堆棧中，L堆棧是為存儲邏輯塊的臨時變量而專設的,。當塊程序運行時,，在L堆棧中建立該塊的臨時變量，一旦塊執(zhí)行結束,，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 存儲空間,。局部數(shù)據(jù)可以是基本數(shù)據(jù)類型或復式數(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)類型包括定時器,、計數(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

定時器(Timer) 2 B 在功能塊中定義一個定時器形參，調用時賦予定時器實參

計數(shù)器(Counter) 2 B 在功能塊中定義一個計數(shù)器形參,，調用時賦予計數(shù)器實參

塊：

Block_FB

Block_FC

Block_DB

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

FC 101,、DB 42

指針(Pointer) 6 B 在功能塊中定義一個形參,，該形參說明的是內存的地址指針。例如,，調用時可給形參賦予實參P#M50.0,，以訪問內存M50.0

ANY 10 B 當實參的數(shù)據(jù)類型未知時，可以使用該類型

1) 定時器或計數(shù)器參數(shù)類型

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

2) 塊參數(shù)類型

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

3) 指針參數(shù)類型

一個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虛設的指針,，待調用功能塊時再為其賦予確定的地址,。當為指針參數(shù)類型形參分配實參時,，需要指明內存地址，例如P#M50.0,。

3. 塊調用過程及內存分配

CPU提供塊堆棧(B堆棧)來存儲與處理被中斷塊的有關信息,。當發(fā)生塊調用或有來自更高優(yōu)先級的中斷時，就有相關的塊信息存儲在B堆棧里,，并影響部分內存和寄存器,。圖5.2顯示了調用塊時B堆棧與L堆棧的變化。圖5.3提供了關于STEP 7的塊調用情況,。

1) B堆棧與L堆棧

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

(1) 塊號、塊類型,、優(yōu)先級,、被中斷塊的返回地址；

(2) 塊寄存器DB,、DI被中斷前的內容,；

(3) 臨時變量的指針(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,，對于S7-300 CPU,，則可在B堆棧中存儲8個塊的信息。因此,，塊調用嵌套深度也是有限制的,，多可同時激活8個塊。

L堆棧是CPU內存中的一部分,，它在塊調用時被重新分配,。L堆棧用來存儲邏輯塊中定義的臨時變量，也分配給臨時本地數(shù)據(jù)使用,。梯形圖的方塊指令與標準功能塊也可能使用L堆棧存儲運算的中間結果。

2) 調用功能塊FB

當調用功能塊FB時,，會有以下事件發(fā)生：

(1) 調用塊的地址和返回位置存儲在塊堆棧中,，調用塊的臨時變量壓入L堆棧；

(2) 數(shù)據(jù)塊DB寄存器內容與DI寄存器內容交換,；

(3) 新的數(shù)據(jù)塊地址裝入DI寄存器,；

(4) 被調用塊的實參裝入DB和L堆棧上部；

(5) 當功能塊FB結束時,，先前塊的現(xiàn)場信息從塊堆棧中彈出,，臨時變量彈出L堆棧；

(6) DB和DI寄存器內容交換,。

當調用功能塊FB時,，STEP 7并不一定要求給FB形參賦予實參,，除非參數(shù)是復式數(shù)據(jù)類型的IO形參或參數(shù)類型形參。如果沒有給FB形參賦予實參,，則功能塊FB就調用背景數(shù)據(jù)塊內的數(shù)值,。該數(shù)值是在功能塊的變量聲明表內或背景數(shù)據(jù)塊內設置的形參初始數(shù)值。

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