第4章 S7-1200 用户程序结构

电气控制与PLC主讲教师：曾新红选用教材：《电气控制与PLC应用技术》曾新红

等主编广州航海学院教学目标知识目标：通过本章的学习，主要了解用户程序结构和使用结构化编程的理念，掌握在TIAPortal编程软件中添加变量表、添加新块和调用功能块，掌握全局数据块和数据类型。提高学生分析问题和PLC编程能力。能力目标：学生能正确运用模块化编程，熟练掌握编程技巧，能结合生产实际需求设计程序，独立撰写设计程序说明，准确分析和报告调试结果。并能自主学习，拓展知识，发掘想象力与创造力。第4章S7-1200PLC基本编程4.1概述

一、用户程序结构在使用S7-1200CPU编程的过程中，推荐用户使用结构化编程的理念。如下图中用户将不同的程序划分为FC1、FB1、FB2等，然后在OB1中单次／多次／嵌套调用这些程序块，从而实现高效、简洁、易读性强的程序编程。典型结构化程序结构如图4.1所示。图4-1典型结构化程序结构图4.1

典型结构化程序结构二、

结构化程序的设计流程用户在设计一个PLC系统时有多种多样的设计方法，推荐如下操作步骤：①分解控制过程或机械设备至多个子部分。②生成每个子部分的功能描述。③设计安全回路。④基于每个子部分的功能描述设计，为每个子部分设计电气及机械部分，分配开关、显示／指示设备，绘制图纸。⑤为每个子部分的电气设计分配模块，指定模块输入／输出地址。⑥生成程序／输入／输出中需要的地址的符号名。⑦为每个子部分编写相应的程序，单独调试这些子程序。⑧设计程序结构，联合调试子程序。⑤项目程序差错／改进。在S7-1200CPU编程理念中，特别强调符号寻址的使用。在开始编写程序之前，用户应当为输入/输出／中间变量定义在程序中使用的标签。用户需要为变量定义标签名称及数据类型。标签名称原则上以易于记忆，不易混淆为准。在默认情况下，用户程序中使用任意PLC地址都将被系统分配一个默认标签名称。但这些标签都以“Tag”+“_数字”的形式出现。例如“Tag_1”、“Tag_2”等，因为此格式不利于记忆与识别，所以不推荐用户使用系统默认标签格式。图4.2所示为添加用户变量表。图4.2添加用户变量表三、

编程准备与程序块添加1

添加用户变量表当用户希望生成用户程序时，可以在Projectview视图中的Programblocks目录下单击添加新块选项，此时将显示添加程序向导，添加用户程序如下图所示。

图4-3添加用户程序2添加用户程序图4.3添加用户程序在添加用户程序向导（如图4.4所示）中，用户首先要选择需要添加的程序类型，包括OB、FB、FC、DB。根据用户选择程序类型的不同，下一步的显示将有所不同。图4.4添加用户程序向导1）添加OB块当用户希望生成OB块时，可以在添加用户程序向导中单击OB按钮，此时将显示系统所有支持的事件类型，用户根据需要这样相应事件类型，可以手动／自动指定OB的编号。添加OB块的界面如图4.5所示。图4.5添加OB块2）添加FB块当用户希望生成FB块时，可以添加用户程序向导中单击FB按钮，相应操作与添加OB的类似。3）添加FC块当用户希望生成FC块时，可以添加用户程序向导中单击FC按钮，相应操作与添加OB的类似。4）添加DB块当用户希望生成DB块时，可以添加用户程序向导中单击DB按钮，相应操作与添加OB的类似。

S7-1200CPU的DB块按照变量使用范围可分为全局数据块(GlobalDB)和背景数据块(InstanceDB)。全局数据块一般用于存储在CPU中所有OB/FB/FC都需要访问的数据，背景数据块一般用于存储只在某个FB中需要存储的数据。

S7-1200CPU中的背景数据块又可分为一般背景数据块、定时器用背景数据块、计数器用数据块。当用户希望添加全局数据块时，可以在数据块类型中选择GlobalDB选项；如果用户希望为FB添加背景数据块，可以在数据块类型中选择具体FB编号；如果用户希望为定时器添加背景数据块，可以在数据块类型中选择“IEC定时器”(IEC_TIMER)选项；如果用户希望为计数器添加背景数据块，可以在数据块类型中选择“IEC计数器”(IEC_COUNTER)。如图所示为添加不同类型的DB块。图4.6添加不同类型的DB块四、数据块（DB）的分类4.2功能与功能块4.2.1生成与调用功能1、功能的特点

功能（Function，FC）和功能块(Functionblock，FB)是用户编写的程序，它们包含完成特定任务的程序。FC和FB有与调用它的块共享的输入、输出参数，执行完FC和FB后，将执行结果返回给调用它的代码块。

功能没有固定的存储区，功能执行结束后，其局部变量中的临时数据就丢失了。可以用全局变量来存储那些在功能执行结束后需要保存的数据。设压力变送器量程的下限为0MPa，上限为HighMPa．经A/D转换后得到0～27648的整数。下式是转换后的数字N和压力P之间的计算公式：P=(High×N)/27648（MPa）(4-1)用功能FC1实现上述运算，在OB1中调用FC1。2、生成功能打开STEP7V15的项目视图，生成一个名为“FB_FC”的新项目。双击项目树中的“添加设备”，添加一个新设备。CPU的型号为CPU1214CDC/DC/DC如图4-7CPU选型。压力变送器0-100MPa0-10V温度变送器20MPa→2VPLCIW640~276482V→5530

3、生成功能的局部数据将鼠标的光标放在FCl的程序区最上面的分隔条上，按住鼠标的左键，往下拉动分隔条，分隔条上面是功能的界面（Interface）区，下面是程序区。由图4-8可知，功能有5种局部变量：1)Input（输入参数）：由调用它的块提供的输入数据。2)Output（输出参数）：返回给调用它的块的程序执行结果。3)InOut（输入输出参数）：初值由调用它的块提供，块执行后将它的值返回给调用它的块。4)Temp（临时数据）：暂时保存在局部数据堆栈中的数据。只是在执行块时使用临时数据，执行完后，不再保存临时数据的数值，它可能被别的块的临时数据覆盖。5)Returm中的Pressure（返回值），属于输出参数。图4.8FC1的局部变量4、FC1的程序设计首先用CONV指令将参数“输入数据”接收的A/D转换后的整数值(0～27648)转换为实数（Real），再用实数乘法指令和除法指令完成式(4-8)的运算（见图4.9）。运算的中间结果用临时局部变量“中间变量”保存。STEP7V15自动地在局部变量的前面添加#号，例如"#压力值"。图4-9FC1中的压力测量值计算程序图4.9FC1中的压力测量值计算程序5、在OB1中调用FC1在变量表中生成调用FC1时需要的3个变量（见图4-10），IW64是CPU集成的AI点的通道0的地址。将项目树中的FC1拖放到右边的程序区的水平“导线”上（见图4-11）。FC1的方框中左边的“输入数据”等是在FC1的界面区定义的输入参数，右边的“压力值”是输出参数。它们被称为FC的形式参数，简称为形参。形参在FC内部的程序中使用，在别的逻辑块调用FC时，需要为每个形参指定实际的参数，简称为实参。实参与它对应的形参应具有相同的数据类型。定实参时，可以使用变量表和全局数据块中定义的符号地址或绝对地址，也可以是调用FC1的块（例如OB1）的局部变量。STEP7Ｖ15自动地在全局变量的符号地址两边添加双引号。块的Output（输出）和InOut（输入／输出）参数不能用常数来作实参，因为它们用来保存变量值，例如计算结果，因此应设置为地址。只有Input（输入参数）的实参能设置为常数。

图4.10PLC变量表

图4.110B1调用FC1的程序选中项目树中的PLC_l，将组态数据和用户程序下载到CPU，将CPU切换到RUN模式。在CPU集成的模拟量输入的通道0的输入端输入一个DC0～10V的电压，用程序状态功能监视FC1或OB1中的程序。调节该通道的输入电压，观察MD18中的压力计算值是否与理论计算值相同。如果输入模拟量电压不太方便，可以将输入参数“输入数据”的实参“压力转换值”(IW64)临时改为一个其他存储区中的字，例如MW14。打开项目树中的“监视表格”文件夹，双击其中的“添加新监视表格"，生成一个新的监视表，并在工作区自动打开它。在监视表中生成需要监视的FC1的输入参数MW14和输出参数MDl8（见图4.12），点击工具栏上的按钮，启动监视功能，“监视值”列显示的是CPU中变量的实际值。在MW14的“修改值”列输入修改值后，点击工具栏上的按钮，将修改值送入CPU。接通I0.6对应的外接的小开关，使FC1的EN输入变为l状态，开始执行FC1。分别将27648和0写入MW14，MD18输出的压力计算值应为10.0MPa和0.0MPa，将某个中间值写入MW14，FC1通过MD18输出的压力计算值应与计算器计算出的值相同。6、调用功能的实验图4.12用监视表测试程序温度变送器0-100℃0-10V温度变送器50℃→5VPLCIW640~276485V→138244.2.2生成与调用功能块1、功能块功能块(FB)是用户编写的有自己的存储区（背景数据块）的块。FB的典型应用是执行不能在一个扫描周期结束的操作。每次调用功能块时，都需要指定一个背景数据块。后者随功能块的调用而打开，在调用结束时自动关闭。功能块的输入、输出参数和静态变量（Static）用指定的背景数据块保存，但是不会保存临时局部变量中的数据。功能块执行完后，背景数据块中的数据不会丢失。2、生成功能块打开项目树中的文件夹“\PLC_1\程序块”，双击其中的“添加新块”，点击打开的对话框中的“功能块”按钮，FB默认的编号为1，语言为LAD（梯形图）。设置功能的名称为“Motor”，功能和功能块的名称也可以使用汉字。点击“确认”按钮，自动生成FB1，可以在项目树的文件夹“\PLC_1\程序块”中看到新生成的FB1（见图4.8）。

3、生成功能块的局部变量将鼠标的光标放在FB1的程序区最上面的分隔条上，按住鼠标的左键，往下拉动分隔条，分隔条上面是功能块的界面区（见图4-14）。与功能相同，功能块的局部变量中也有Input（输入）、Output（输出）、InOut（输入输出）参数和Temp（临时）数据。功能块执行完后，下一次重新调用它时，其Static（静态）变量的值保持不变。背景数据块中的变量就是其功能块的局部变量中的Input、Output、InOut参数和Static变量（见图4.13和图4.14）。功能块的数据永久性地保存在它的背景数据块中，在功能块执行完后也不会丢失，以供下次执行时使用。其他代码块可以访问背景数据块中的变量。不能直接删除和修改背景数据块中的变量，只能在它的功能块的界面区中删除和修改这些变量。图4.13FB1的界面区

图4-14FB1的背景数数据块生成功能块的输入、输出参数和静态变量时，它们被自动指定一个默认值，可以修改这些默认值。变量的默认值被传送给FB的背景数据块，作为同一个变量的初始值。可以在背景数据块中修改变量的初始值。调用FB时没有指定实参的形参使用背景数据块中的初始值。

4、编写FB1的程序FB1的控制要求如下：用输入参数“起动按钮”和“停止按钮”控制输出参数“电动机”。按下停止按钮，断电延时定时器（TOF）开始定时，输出参数“制动器”为1状态，经过输入参数“定时时间”设置的时间预置值后，停止制动。图4.15是FB1中的程序。TOF的参数用静态变量TimerDB来保存，其数据类型为IEC_Timer。图4.16是FB1的界面区中静态变量TimerDB内部的数据。

图4.15FBl中的程序图4.16定时器的数据结构

5、在OB1中调用FB1在PLC变量表中生成两次调用FB1使用的符号地址（见图4-17）。将项目树中的FB1拖放到程序区的水平“导线”上（见图4-18）。在出现的“调用选项”对话框中，输入背景数据块的名称。点击“确认”按钮，自动生成FB1的背景数据块。为各形参指定实参时，可以使用变量表中定义的符号地址。也可以使用绝对地址，然后在变量表中修改自动生成的符号的名称。图4.17PLC变量表图4.180B1调用FB1的程序

6、处理调用错误FB1最初没有输入参数“定时时间”。在OB1中调用符号名为“Motor”的FB1之后，在FB1的界面区增加了输入参数“定时时间”，OB1中被调用的FB1的方框和字符变为红色（见图4-19中的左图）。点击程序编辑器的工具栏上的按钮，出现图4-19所示的“界面更新”对话框，显示出原有的块的界面和新的界面。点击“确认”按钮，OB1中被调用的FB1被修改为新的界面（见图4.19中的右图），FB1中的红色错误标记消失。图4.19更新块的界面7、调用功能块的实验将程序块下载到CPU后，切换到RUN模式。拨动外接的小开关，模拟按钮的操作。分别用两台设备的起动按钮起动设备，然后用停止接钮使设备停车，可以看到两台设备的输出参数“电动机”和“制动器”按程序的要求变化，“制动器”为1的时间与输入参数“定时时间”设置的相同。可以令两台设备分时工作，也可以令它们同时工作。在运行时可以用OB1的程序状态功能监视被调用的FB1的输入、输出参数的状态，也可以在线监视FB1内部的程序的执行情况。

8、功能与功能块的区别FB和FC均为用户编写的子程序，界面区中均有Input、Output