第5章S7系列程序结构与程序设计

第5章S7系列程序结构与程序设计5.1编程方式与程序块5.2数据块与数据结构5.3S7系列PLC程序设计思考与练习题5.1编程方式与程序块5.1.1S7-300编程方式简介S7-300系列PLC的编程语言是STEP7。STEP7继承了STEP5语言结构化程序设计的优点，用文件块的形式管理用户编写的程序及程序运行所需的数据。如果这些文件块是子程序，则可以通过调用语句，将它们组成结构化的用户程序。这样，PLC的程序组织明确，结构清晰，易于修改。5-1各块的简要说明见表5-1为支持结构化程序设计，STEP7用户程序通常由组织块(OB)、功能块(FB)或功能块(FC)等三种类型的逻辑块和数据块(DB)组成。组织块(OB)是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。OB块根据操作系统调用的条件(如时间中断、报警中断等)可分成几种类型，这些类型有不同的优先级，高优先级的OB可以中断低优先级的OB。每个S7CPU包含一套可编程的OB块(随CPU而不同)，不同的OB块执行特定的功能。OB1是主程序循环块，在任何情况下，它都是需要的。根据过程控制的复杂程度，可将所有程序放入OB1中进行线性编程，或将程序用不同的逻辑块加以结构化，通过OB1调用这些逻辑块，并允许块间的相互调用。块的调用指令中止当前块(调用块)的运行调用，然后执行被调用块的所有指令。一旦被调用的块被完成，执行调用指令的块继续执行调用指令后的指令。调用块可以是任何逻辑块，被调用块只能是功能块(除OB外的逻辑块)。图5.1所示是一个STEP7调用实例。除了OB1，操作系统可以调用其它的OB块以响应确定事件。其它可用的OB块随所用的CPU性能和控制过程的要求而定。图5.1STEP7调用过程示意图

功能块(FB、FC)实际上是用户子程序，分为带“记忆”的功能块FB和不带“记忆”的功能块FC。前者有一个数据结构与该功能块的参数表完全相同的数据块(DB)附属于该功能块，并随功能块的调用而打开，随功能块的结束而关闭。该附属数据块叫做背景数据块(InstanceDataBlock)，存放在背景数据块中的数据在FB块结束时继续保持，即被“记忆”。功能块FC没有背景数据块，当FC完成操作后数据不能保持。在调用功能块时使用不同的背景数据块，可以控制多个同类的对象。DB201:电动机1电动机1的背景数据块DB202:电动机2DB203:电动机3电动机2的背景数据块电动机3的背景数据块FB22:电动机图不同对象的背景数据块数据块(DB)是用户定义的用于存取数据的存储区，可以被打开或关闭。DB可以是属于某个FB的情景数据块，也可以是通用的全局数据块，用于FB或FC。S7CPU还提供标准系统功能块(SFB、SFC)，它们是预先编好的，经过测试后集成在S7CPU中的功能程序库。用户可以直接调用它们，高效地编制自己的程序。由于它们是操作系统的一部分，因此不需将其作为用户程序下载到PLC。与FB块相似，SFB需要一个背景数据块，并需将此DB块作为程序的一部分安装到CPU中。不同的CPU提供不同的SFB、SFC功能。系统数据块(SDB)是为存放PLC参数所建立的系统数据存储区。用STEP7的S7组态软件可以将PLC组态数据和其它操作参数存放于SDB中。

5.1.2功能块编程及调用功能块由两个主要部分组成：一部分是每个功能块的变量声明表，变量声明表声明此块的局部数据；另一部分是逻辑指令组成的程序，程序要用到变量声明表中给出的局部数据。当调用功能块时，需提供块执行时要用到的数据或变量，也就是将外部数据传递给功能块，这被称为参数传递。参数传递的方式使得功能块具有通用性，它可被其它的块调用，以完成多个类似的控制任务。1.变量声明表(局部数据)每个逻辑块前部都有一个变量声明表，在变量声明表中定义逻辑块用到的局部数据。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。参数是在调用块和被调用块间传递的数据。静态变量和临时变量是仅供逻辑块本身使用的数据。表5.1给出了局部数据声明类型，表中内容的排列顺序也是在变量声明表中声明变量的顺序和变量在内存中的存储顺序。在逻辑块中不需使用的局部数据类型，可以不必在变量声明表中声明。表5.1局部数据类型对于功能块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。对于功能块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。1)形参为保证功能块对同一类设备控制的通用性，用户在编程时就不能使用具体设备对应的存储区地址参数(如不能使用I1.0等)，而是使用这类设备的抽象地址参数。这些抽象参数称为形式参数，简称形参。将该设备的相应实际存储区地址参数(简称实参)传递给功能块，功能块在运行时以实参替代形参，从而可通过调用功能块实现对具体设备的控制。当对另一设备控制时，同样也可通过调用实参将其传递给功能块。形参需在功能块的变量声明表中定义，实参在调用功能块时给出。在功能块的不同调用处，可为形参提供不同的实参，但实参的数据类型必须与形参一致。用户程序可定义功能块的输入值参数或输出值参数，也可定义一参数作为输入/输出值。参数传递可将调用块的信息传递给被调用块，也能把被调用块的运行结果返回给调用块。2)静态变量静态变量在PLC运行期间始终被存储。S7将静态变量定义在背景数据块中，当被调用块运行时，能读出或修改静态变量；被调用块运行结束后，静态变量保留在数据块中。由于只有功能块FB有关联的背景数据块，因此只能为FB定义静态变量。功能块FC不能有静态变量。3)临时变量临时变量仅在逻辑块运行时有效，逻辑块结束时存储临时变量的内存被操作系统另行分配。S7将临时变量定义在L堆栈中，L堆栈是为存储逻辑块的临时变量而专设的。当块程序运行时，在L堆栈中建立该块的临时变量，一旦块执行结束，堆栈重新分配，因而信息丢失。

2.逻辑块局部数据的数据类型在变量声明表中，要明确局部数据的数据类型，这样操作系统才能给变量分配确定的存储空间。局部数据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，见表5.2。表5.2参数类型变量

1)定时器或计数器参数类型在功能块中定义一个定时器或计数器类型的形参，功能块就能使用一个定时器或计数器，而不需明确具体的定时器或计数器，等到调用该功能块时再确定定时器或计数器号。这使用户程序能灵活性地分配和使用定时器或计数器。当给定时器或计数器参数类型形参分配实参时，在“T”或“C”后跟一个有效整数，如T100。2)块参数类型当定义一个作为输入/输出的块时，参数声明决定了块的类型(FB、FC、DB等)。当为块参数类型形参分配实参时，可以使用物理地址，如FC101，也可使用符号地址，如“valve”。3)指针参数类型一个指针给出的是变量的地址，而不是变量的数值大小。在有些功能块中，可能使用指针编程更为方便。用定义指针类型的形参，就能在功能块中先使用一个虚设的指针，待调用功能块时再为其赋予确定的地址。当为指针参数类型形参分配实参时，需要指明内存地址，例如P#M50.0。4)ANY参数类型当实参的数据类型不能确定或在功能块中需要使用变化的数据类型时，可以把形参定义为ANY参数类型。这样就可以将任何数据类型的实参赋给ANY类形参，而不必像其它类型那样保证实参、形参类型一致。STEP7自动为ANY类型分配80bit的内存，STEP7用这80bit存储实参的起始地址、数据类型和长度编码。例如，功能块FC100有三个参数(in_par1、in_par2和in_par3)，它们都被定义为ANY类型。当功能块FB10调用功能块FC100时，FBl0传递的可以是一个整数(静态变量Speed)、一个字(MW100)或数据块DB10中的双字(DB10.DBD40)。而当功能块FB11调用功能块FC100时，FB11传递的可以是一个实数数组(临时变量Thermo)、一个布尔值(M1.3)或一个定时器(T2)。FB10和FB11分别调用FC100时，传递的实参类型完全不同。

3.块调用过程及内存分配CPU提供块堆栈(B堆栈)来存储与处理被中断块的有关信息。当发生块调用或有来自更高优先级的中断时，就有相关的块信息存储在B堆栈里，并影响部分内存和寄存器。图5.2显示了调用块时B堆栈与L堆栈的变化。图5.3提供了关于STEP7的块调用情况。图5.2堆栈与L堆栈图5.3调用指令对CPU内存的影响a)b)c)1)B堆栈与L堆栈B堆栈是CPU系统内存中的一部分，它存储以下被中断块的数据：(1)块号、块类型、优先级、被中断块的返回地址；(2)块寄存器DB、DI被中断前的内容；(3)临时变量的指针(被中断块的L堆栈地址)。STEP7中可使用的B堆栈大小是有限制的，对于S7-300CPU，则可在B堆栈中存储8个块的信息。因此，块调用嵌套深度也是有限制的，最多可同时激活8个块。L堆栈是CPU内存中的一部分，它在块调用时被重新分配。L堆栈用来存储逻辑块中定义的临时变量，也分配给临时本地数据使用。梯形图的方块指令与标准功能块也可能使用L堆栈存储运算的中间结果。2)调用功能块FB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；(6)DB和DI寄存器内容交换。当调用功能块FB时，STEP7并不一定要求给FB形参赋予实参，除非参数是复式数据类型的I/O形参或参数类型形参。如果没有给FB形参赋予实参，则功能块FB就调用背景数据块内的数值。该数值是在功能块的变量声明表内或背景数据块内设置的形参初始数值。3)调用功能块FC当调用功能块FC时会有以下事件发生：(1)功能块FC实参的指针存到调用块的L堆栈；(2)调用块的地址和返回位置存储在块堆栈，调用块的局部数据压入L堆栈；(3)功能块存储临时变量的L堆栈区被推入L堆栈上部；(4)当被调用功能块FC结束时，先前块的信息存储在块堆栈中，临时变量弹出L堆栈。因为功能块FC不用背景数据块，不能分配初始数值给功能块FC的局部数据，所以必须给功能块FC提供实参。STEP7为功能块FC提供了一个特殊的返回值输出参数(关键字：RET_VAL)。当在文本文件中创建功能块FC时，你可以在定义功能块FC命令后输入数据类型(如BOOL或INT)。对文本文件进行编译时，STEP7会自动生成RET_VAL输出参数。当用STEP7的程序编辑器(ProgramEditor)以增量模式创建功能块FC时，可在FC的变量声明表中声明一个输出参数RET_VAL，并指明其数据类型。5.1.3功能块编程与调用举例对功能块编程分两步进行：第一步是定义局部变量(填写局部变量表)；第二步是编写要执行的程序，可以用梯形图或语句表两种形式编程，并在编程过程中使用定义了的局部变量(数据)。定义局部变量的工作内容包括：(1)分别定义形参、静态变量和临时变量(FC块中不包括静态变量)；(2)确定各变量的声明类型(Decl.)、变量名(Name)和数据类型(DataType)，还要为变量设置初始值(InitialValue)(尽管对有些变量初始值不一定有意义)。如果需要还可为变量注释(Comment)。在增量编程模式下，STEP7将自动产生局部变量地址(Address)。写功能块程序时，可以用以下两种方式使用局部变量：(1)使用变量名，此时变量名前加前缀“#”，以区别于在符号表中定义的符号地址(全局符号则显示为全局符号加引号的形势）。增量方式下，前缀会自动产生。(2)直接使用局部变量的地址，这种方式只对背景数据块和L堆栈有效。在调用FB块时，要说明其背景数据块。背景数据块应在调用前生成，其顺序格式与变量声明表必须保持一致。在增量方式下，调用FB块时，STEP7会自动提醒并生成背景数据块。此时也为背景数据块设置了初始值，该初始值与变量声明表中的相同。当然也可以为背景数据块设置当前值(CurrentValue)，即存储在CPU中的数值。1.发动机控制系统的用户程序结构在右图中组织块OB1是主程序，用一个名为：“发动机控制”的功能块FB1来分别控制汽油机和柴油机，控制的参数在背景数据块DB1和DB2中。风扇控制使用功能FC1。（1）符号表为了使程序易于理解，可以给变量制定符号。（2）变量声明表（3）局域变量的类型柴油机达到设定转速 Q5.5 BOOL柴油机风扇运行 Q5.6 BOOL柴油机风扇运行延时 T2 TIMER柴油机故障 I1.6 BOOL柴油机数据 DB2 FB1柴油机运行 Q5.4 BOOL柴油机转速 MW4 INT发动机控制 FB1 FB1风扇控制 FC1 FC1共享数据 DB3 DB3关闭柴油机 I1.5 BOOL关闭汽油机 I1.1 BOOL启动柴油机 I1.4 BOOL启动汽油机 I1.0 BOOL汽油机达到设定转速 Q5.1 BOOL汽油机风扇延时 T1 TIMER汽油机风扇运行 Q5.2 BOOL汽油机故障 I1.2 BOOL汽油机数据 DB1 FB1汽油机运行 Q5.0 BOOL汽油机转速 MW2 INT手动按钮 I0.6 BOOL主程序 OB1 OB1自动按钮 I0.5 BOOL自动模式 Q4.2 BOOL符号地址类型FB1:控制发动机的功能块FC1

2．二分频器假设功能块FC1是二分频器产生程序，功能是对不同的输入位进行二分频处理。以下给出了FC1的变量声明表和程序。1)FC1的变量声明表(见表5.3)表5.3FC1的变量声明表FC1梯形图程序OB1调用梯形图程序

3．读模拟输入量程序一些S7-300的应用系统中，使用8通道模拟量模块采集信号，当模块数量较多时，读模拟输入量就很繁琐。下面给出一个通用程序FC100，利用它可以方便地把模拟量读回并顺序存入数据块，因为模入模块的起始地址、通道数、存储数据块号及数据在数据块中的存储起始位置均是可变的，所以可在调用FC100时灵活确定。1)FC100的变量声明表(见表5.4)表5.4FC100的变量声明表Network1L #DB_NoT LW0OPN DB[LW0] //打开存储数据块L #PIW_AddrSLD 3 //形成模入模块地址指针T LD4 //在临时本地数据双字LD4中存储模入模块地址指针L #DBW_AddrSLD 3 //形成数据块存储地址指针T LD8//在临时本地数据双字LD8中存入数据块存储地址指针L #CH_LEN//以要读入的通道数为循环次数，装入累加器1//将累加器1的值，装入循环次数计数器LW0(临时本地数据字)L LD4LARl //将模入模块地址指针装入地址寄存器1L PIW[ARl，P#0.0]//读模入模块装入累加器1T LW2 //将累加器1的内容暂存入缓冲器LW2L LD8LARl //将数据块存储地址指针装入地址寄存器1L LW2 //将数据缓冲器中的内容装入累加器1T DBW[ARl，P#0.0] //将累加器的内容存入数据块中L LD4 //AR1+P#2.0→AR1+ L#16//ACC1+(．．_0001_0000)T LD4//调整模入模块地址指针，指向下一通道Acc1+(bbbbbbbxxx)L LD8+ L#16T LD8 //调整数据块存储地址指针，指向下一存储地址L LW0//将循环次数计数器LW0的值装入累加器1LOOPNEXT//若累加器1的值不为0，将累加器减1继续循环；若累加//器为0，则结束NEXT：TLW0在FC100中，寄存器间接寻址指令OPNDB[LW0]使用了临时本地数据LW0，变量表中定义的临时变量虽然也在L堆栈中，但不能用于存储器间接寻址，从这里也可看出临时本地数据与临时变量的区别。程序中LW2、LD4和LD8起的作用也可用临时变量替代。下面举例说明如何使用FC100。在某应用中，机架0的4号槽位安装了一个8模入模块(地址256开始)，若要将前6个模入模块信号读回，存入DB50.DBW10开始的6个字单元中，可按下列形式调用FC100：CALLFC100PIW_Add：= 256CH_LEN：= 6DB_No：= 50DBW_Addr：= 104.时钟脉冲发生器使用定时器实现自由设定时钟脉冲发生器功能(脉冲占空系数1:1)。（1）FC1变量声明表

（2）FC1梯形图程序（3）OB1调用梯形图程序5.2数据块与数据结构5.2.1数据块数据块定义在S7CPU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，如对于CPU314，用作数据块的存储器最多为8KB(8192B)，用户定义的数据总量不能超出这个限制。对数据块必须遵循先定义后使用的原则，否则，将造成系统错误。

1.定义数据块在编程阶段和运行程序中都能定义数据块。大多数数据块是在编程阶段用STEP7开发软件包定义的，定义内容包括数据块号及块中的变量(包括变量符号名、数据类型以及初始值等)，定义完成后，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。数据块在使用前，必须作为用户程序的一部分下载到CPU中。如果确实需要，还可以在程序运行中动态定义一个数据块。动态定义时，数据块号是自动产生的，数据块在存储器中的位置是动态分配的。由于要定义的数据块有可能大于CPU存储器(用于数据块的部分)的剩余空间，因此动态定义过程有可能失败。

2．访问数据块在用户程序中可能定义了许多数据块，而每个数据块中又有许多不同类型的数据，因此，访问时需要明确数据块号和数据块中的数据类型与位置。根据明确数据块号的不同方法，可以用多种方法访问数据块中的数据。直接在访问指令中写明数据块号，如：LDB5.DBW10TDB10.DBW20LMotor_1.Speed//符号地址另一种方法是“先打开后访问”。在访问某数据块中的数据前，先“打开”这个数据块，也就是将数据块号(数据块的起始地址)装入数据块寄存器。这样，存放在数据块中的数据就可利用数据块起始地址加偏移量的方法来访问。如：OPN DB5L DBW10OPNDB10TDBW20在打开一个数据块时，先打开的数据块会自动关闭(没有专门的数据块关闭指令)。由于有两个数据块寄存器(DB和DI寄存器)，因此，最多可同时打开两个数据块。一个作为背景数据块，数据块的起始地址存储在DI寄存器中；另一个作为共享数据块，数据块的起始地址存储在DB寄存器中。打开背景数据块，在调用FB时可以自动实现。由于调用FB时使用DI寄存器，因此，一般不在FB程序中用OPNDIn指令打开数据块。

3.背景数据块和共享数据块背景数据块和共享数据块有不同的用途。任何FB、FC或OB均可读写存放在共享数据块中的数据。背景数据块是FB运行时的工作存储区，它存放FB的部分运行变量。调用FB时，必须指定一个相关的背景数据块。作为规则，只有FB块才能访问存放在背景数据块中的数据。一般情况下，每个FB都有一个对应的背景数据块，一个FB也可以使用不同的背景数据块。如果几个FB需要的背景数据完全相同，为节省存储器，则可以定义成一个背景数据块，供它们分别使用。通过多重背景数据，也可将几个FB需要的不同的背景数据定义在一个背景数据块中，以优化数据管理。各数据块在CPU的存储器中是没有区别的，只是由于打开方式不同，才在打开时有背景数据块和共享数据块之分。原则上，任何一个数据块都可以当作共享数据块或背景数据块使用，实际上，一个数据块由FB当作背景数据块使用时，必须与FB的要求格式相符。4.多重背景数据块在用户程序中使用多重背景可以减少背景数据块的数量。以发动机控制程序为例，原来FB1控制汽油机和柴油机时，分别使用了背景数据块DB1和DB2。使用多重背景时只需要一个背景数据块DB10，但是需要增加一个功能块F10来调用作为“局域背景”的FB1，FB1的数据存储在FB10的背景数据块DB10中，DB10是自动生成的。不需要给FB1分配背景数据块。但需要在FB10的变量生命表中声明静态局域数据（STAT）FB1。多重背景的程序结构如下：FB10变量声明表OB1中调用多重背景5.2.2数据结构STEP7数据块中的数据结构形式比较丰富，数据块中的数据既可以是基本数据类型，又可以是复式数据类型。所谓复式数据类型，是指位数超过32位的数据或由其它数据类型构成的数据组。基本数据类型在第4章中已有过介绍，本节专门说明复式数据类型。STEP7允许4种复式数据类型，如表5.5所示。表5.5复式数据类型另一种复式数据类型称为“用户数据类型(UDT)”，它是利用STEP7“程序编辑器”产生的，可命名构造。将大量数据组织到UDT中，在生成数据块或在变量声明表中声明变量时将变得更加方便。用户还可为UDT声明符号名。日期-时间数据类型的名称、位数及格式是由操作系统定义的，用户不可改变，并且该类型在S7-300中必须用标准功能块SFC才能访问。其它复式数据类型则由用户在逻辑块变量声明表或数据块中定义。

1.数组一个数组将同种数据类型组合成整体，但不能建立数组的数组。图5.4表示一个二维整数数组。数组的符号名是“Op_temps”，用符号名加下标可访问数组中的数据。以图5.4为例，第一个整数是Op_temps[1，1]，第三个为Op_temps[l，3]，第四个为Op_temps[2，1]，第六个为Op_temps[2，3]。图5.4多维数组的存储结构

1)建立数组在数据块或变量声明表中可定义数组。在声明数组时，首先给数组命名，接着使用关键字(ARRAY)，然后在方括号中给出数组的大小及维数。可以定义多达6维的数组，并用下标来标识数组的大小。在方括号中放下标，各维之间用逗号隔开，每一维的首尾之间用双点隔开。一个下标可以为任何一个整数值(范围：－32768～＋32767)，并包括负数。如用ARRAY[1‥3,1‥2,1‥3,－2‥3,30‥32,1‥4]来定义变量Op_temps为6维数组。该数组的第一个整数为Op_temps[1,1,1,－2,30,1]；最后一个为Op_temps[3,2,3,3,32,4]。图5.5显示了建立名字为Heat_2×3的二维数组(与图5.4中的数组相似)。图5.5建立数组2)赋初始值在建立数组时，STEP7允许以两种方法给数组的元素赋初始值。对图5.5中的数组，可以为6个元素赋初始值：17，23，－45，556，3342，0；若初始值中有顺序相同的元素，写法可以简化，如要数组的头两个元素设特定数值，其余4个为10，则可简写为17，23，4(10)，其中4为重复系数，10为要重复的数值。3)访问数组利用数组中指定元素的下标可以访问数组数据，这时数据块、数组符号名及下标一起使用。如图5.5中声明的数组在DB20(符号名：MOTOR)的第一个字节处开始，用以下地址访问数组中的第二个元素： MOTOR.Heat_2×3[1，2]4)利用数组传递参数将数组作为参数传递时，要求形式参数和实际参数必须有同样的数据组织结构、相同的数据类型，并按相同的顺序排列。

2.构造构造将不同数据类型组合成一个整体，见图5.6。构造的元素可以是任何基本数据类型或复式数据类型，有数组或构造元素的构造能嵌套8层。因此，STEP7允许用户将过程中的各种关联数据统一组织在一个构造中，也为统一处理不同类型数据或参数提供了可能性。图5.6构造的存储结构1)建立构造构造(STRUCT)只能在数据块或变量声明表中定义。图5.7所示为由整数(存放数量)、字节(存放原始数据)、字符(存放控制码)、浮点数(存放温度)、布尔数(完成标志信号)组成的构造。该构造的名称为Stack_1。图5.7建立构造Stack_l2)赋初始值按每个元素的类型和名称给构造的每个元素赋初始值。并将其写入图5.8中InitialValue(初始值栏)的相应行中。例如，可以分配如下初始值：Amount＝0Original_data＝B#l6#0Control_code＝“Z”Temperature＝98.6End：＝FALSE3)访问构造(1)用符号地址访问：如MOTO.Stack_1.Temperature，其中，MOTO为构造所在数据块DB20的符号名。(2)用物理地址访问：如Stack_l从DB20的字节0开始存放，Amount的物理地址是DB20.DBW0，Temperature的地址为DB20.DBD4。4)利用构造传递参数构造可以作为参数来传递。将构造作为参数传递时，要求形式参数和实际参数必须有同样的数据组织结构、相同的数据类型，并按相同的顺序排列。

3.用户数据类型STEP7允许将基本数据类型或复式数据类型组合成用户自己定义的数据类型，这种类型称为用户数据类型或UDT。用户数据类型必须首先单独建立，并存放在称为UDT的特殊数据块中，见图5.8。图5.8是用“程序编辑器”建立的一个UDT，其数据组织结构与图5.7相同，该用户数据类型被定义为UDT200，并单独存储在被称为UDT200的特殊块中。也可以为UDT200建立符号名(如process_data)，但是，命名只能在符号表中进行。图5.9给出了一个使用UDT定义数据块(如DBl0)的例子，数据块DBl0中定义两个变量，一个为整型，另一个为用户数据类型(UDT200)。从图中可以看出，数据块中UDT的用法与基本数据类型的用法类似。图5.8建立用户数据类型(UDT200)图5.9使用UDT用符号地址或物理地址两种方式可以访问UDT中的变量。例如，在DB10中定义了图5.9格式的数据，DB10的符号名为Process，访问Amount变量可分别写为DB10.DBW2或Process.Stack_2.Amount。建立用户数据类型的目的是为了将UDT作为一种数据类型使用，以方便定义多个结构相同的构造变量。图5.9建立的Stack_2与图5.7建立的Stack_1相比，不仅大小结构完全相同，而且对Stack_1和Stack_2中元素的访问方法也完全相同。在建立DB10时，由于使用了UDT而使得数据块建立过程方便快捷。在多处使用同样的UDT时，这一优点将更加突出。5.3S7系列PLC程序设计5.3.1程序结构设计STEP7不仅从不同层次充分支持合理的程序结构设计，而且也简化了结构设计的复杂程度。一个复杂的自动化过程可以被分解并定义为一个或多个项目(PROJECT)；而对于每个项目，又可以进一步分解并定义给一个或多个CPU，每个CPU都有一个控制程序(CPU_PROGRAM)。图5.10显示了一个样本过程，它分成4个不同的项目：项目1和项目2只有一个CPU，而项目3和项目4有多个CPU。这样，一个很复杂的控制任务的结构设计，就被简化为各个CPU程序的结构设计。项目间或项目中的各CPU程序之间，能以某种方式联网，实现信息共享。如在S7协议支持下，用MPI网以全局数据通信的方式可方便地建立起联系，实现一个项目中各CPU共享信息。图5.10样本过程的项目划分典型的情况是一个过程控制任务只有一个项目，该项目下也仅有一个CPU程序，每一个CPU程序又可依据时间特性或事件触发特性的差异分类编入不同的组织块(OB)中。例如，需要以固定时间间隔循环执行的那部分程序编入组织块OB35中，为PLC正常运行而需进行初始化的程序编入组织块OBl00中。又如，由硬件触发的中断服务程序编入组织块OB40中，对程序执行中产生的同步错误的响应处理程序编入组织块OB121或OB122中。对于各组织块中的程序，可以根据其复杂程度分别选用线性、分部或结构化等三种形式中的一种程序结构。由于组织块OB1(主程序循环)中的程序是应用程序中主要的也是最复杂的部分，因此，对OB1中的程序设计合理的结构是十分重要的。下面分别说明三种典型结构的特点及选用原则。

1.线性程序结构用“线性”结构设计的程序连续放置在一个块内(通常为OB1)，块中的程序按顺序执行。这一结构是最初的PLC模拟的继电器梯形逻辑的模型。线性程序具有简单、直接的特点。编程时，不必考虑功能块如何编程及如何调用，也不必考虑如何定义局部变量及如何使用背景数据块。由于所有的指令在一个块内，因此它适用于只需一个人编写的、相对简单的控制程序。

2.分部程序结构这是一种部分模块化的程序结构，也称为部分结构化。程序被分成各部分放在若干功能块中，每个功能块含有用于一种设备的一系列控制逻辑。放置在组织块OB1中的指令决定控制程序的各功能块的执行。比如说，一个分部程序可能包含以下内容：(1)用于控制设备每一部分的FC；(2)用于控制设备每一工作状态的FC；(3)用于控制操作员接口的FC；(4)用于进行PLC自诊断的FC。在分部程序中，既无数据交换也没有重复利用的程序代码。各功能块收集并使用自己的数据，功能块不传递也不接收参数，功能块的编程与调用比较简单。由于每个功能区分为不同的块，因而使得多个程序员能够同时编程而不发生冲突。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.结构化程序结构完全结构化(模块化)的程序结构是PLC程序设计和编程最有效的结构形式，它可用于复杂程度高、程序规模大的控制应用程序设计。结构化程序可以重复使用某些功能块，只需要在使用功能块时为其提供不同的环境变量(实参)，就能完成对不同设备的控制。例如，在工业搅拌控制过程中有三台泵，对它们的控制功能相似，可以编写一个用于对泵进行控制的功能块，编程时先定义泵控制所需的变量(形参)，并使用这些变量构成一个称为“泵控制”的一般功能块。在调用该功能块时，通过改变传入功能块中的参数(实参)，可以分别对成分A、成分B和搅拌桶中的三台泵进行控制。结构化程序有最高的编程和程序调试效率，应用程序代码量也最小。结构化程序也支持多个程序员协同编程。这种程序结构建立在对PLC系统功能的合理分析、分解及综合的基础之上，程序具体结构形式的确定与程序设计人员的水平及经验关系很大，对程序员的要求也较前两种高。5.3.2程序设计实例图5.11工业搅拌过程示意图

1.将过程分割为任务和区域一个自动化过程包括许多单个的任务，通过识别一个过程内的相关任务组，然后将这些组再分解为更小的任务，即使最复杂的过程也能够被定义。下面将这个工业搅拌过程构造为四个功能区域：配料A区域、配料B区域、混合罐区域和排料区域。

2.说明各个功能区域1)配料A和配料B区域(1)每种配料的管道都配备有一个入口和一个进料阀以及进料泵。(2)进料管还有流量传感器。(3)当罐的液面传感器指示罐满时，进料泵的接通必须被锁定。(4)当排料阀打开时，进料泵的启动必须被锁定。(5)在启动进料泵后1s内必须打开入口阀和进料阀。(6)在进料泵停止后(来自流量传感器的信号)阀门必须立即被关闭以防止配料从泵中泄露。(7)进料泵的启动与一个时间监控功能相结合，换句话说，在泵启动后的7s之内，流量传感器会报告溢出。(8)当进料泵运行时，如果流量传感器没有流量信号，进料泵必须尽可能快地断开。(9)必须对进料泵启动的次数进行计数(维护间隔)。2)混合罐区域(1)当罐的液面传感器指示“液面低于最低限”或排料阀打开时，搅拌电机的启动必须被锁定。(2)搅拌电机在达到额定速度时要发出一个响应信号。如果在电机启动后10s内还未接收到该信号，则电机必须被断开。(3)必须对搅拌电机的启动次数进行计数(维护间隔)。(4)在混合罐中必须安装三个传感器。①罐装满：一个常闭触点。当达到罐的最高液面时，该触点断开。②罐中液面高于最低限：一个常开触点。如果达到最低限，该触点关闭。③罐非空：一个常开触点，如果罐不空，该触点闭合。3)排料区域(1)罐内产品的排出由一个螺线管阀门控制。(2)这个螺线管阀门由操作员控制，但是最迟在“罐空”信号产生时，该阀必须被关闭。(3)当搅拌电机在工作或罐空时打开排料阀必须被锁定。

3.定义逻辑块通过程序块可以将用户程序分布到不同的块中并建立块调用的分层结构来组织程序。本例中用户程序主要由组织块OB1、功能块FB1、功能FC1及三个数据块DB1～DB3组成。图5.12所示为结构化编程的块的分层调用结构。图5.12工业搅拌过程的分层调用结构图(1)OB1：与CPU操作系统的接口，包含主要程序。在OBl中调用块FBl和FCl并传送控制过程所需的特定参数。(2)FB1：用于配料A的进料泵、配料B的进料泵和搅拌电机的控制。由于要求一致(接通、断开、计数应用程序等)，可以通过同一个功能块实现。(3)背景DB1～DB3：用于控制配料A、配料B的进料泵和搅拌电机的实参及静态数据各不相同，因此分别存储在与FBl相关的三个背景DB中。(4)FC1：用于阀的控制。配料A和B的入口阀和进料阀以及排料阀共同使用本逻辑块。

4.指定符号名如果在用户程序中使用了符号，则必须用STEP7在符号表中对这些符号进行定义。表5.6所示为所用的程序组件的符号名及绝对地址。表5.6程序组件的符号名及绝对地址表5.6程序组件的符号名及绝对地址续表

5.生成电机的FB电机的FB包括以下逻辑功能：(1)启动和停止输入。(2)允许设备操作的一系列互锁(泵和搅拌电机)。互锁状态存储在OB1的临时局域数据(L堆栈)中(“Motor_enable”和“Valve_enable”)，并且当电机的FB被处理时与启动和停止的输入进行逻辑组合。(3)来自设备的反馈必须在一个特定的时间内出现，否则就假定有故障或错误出现，并使电机停止。(4)时间点和响应时间或错误/故障循环持续时间都必须被指定。(5)如果启动按钮被按下并且电机被使能，则设备自行接通并运行直至按下停机按钮。(6)当设备接通时，一个定时器启动运行，如果在定时器的时间到达之前未接到来自设备的响应信号，则停机。图5.13电机通用FB的输入和输出示意图StartStopTimer_NoMotorMotorFaultStart_DspStop_DspMaintResponseReset_MaintResponse_Time在STEP7中，每一个被不同的块调用的块一定要在调用它的块之前生成，因此在样板程序中必须在OBl之前先生成电机的FB。STL编程语言的FBl程序部分如下：Networkl启动/停止和锁存A(O#StartO#Motor)AN#Stop=#Motor（）#START#STOP#MOTOR#MOTORNetwork2启动监控A#MotorL#Response_TimeSD#TimerNoNetwork3AN#MotorR#TimerNoNetwork4A#TimerNoAN#ResponseS#FaultR#Motor（SD）#MOTOR#TimerNo#Response_Time（S）#Fault#Motor#TimerNo#Response（R）启动监控定时器监控时间到且没有反应则故障指示灯亮，停止电动机（R）#MOTOR#TimerNoNetwork5启动指示灯和故障复位A#Response=#Start_DspR#FaultNetwork6断开指示灯AN#Response=#Stop_Dsp（）（R）#Response#Start_Dsp#Fault（）#Response#Stop_DspNetwork7启动计数A#MotorFP#Start_EdgeJCNlab1L#Starts+1T#Startslab1：NOP0Network8维护指示灯L#StartsL50>=I=#Maint（P）#Motor#Start_Edge#Starts1#StartsENIN1IN2OUTENOADD_ICMP>=IIN1IN2（）#Starts50#Maint电动机启动次数记录电动机启动次数超过50次则维护指示灯亮Network9复位累计启动次数的计数器A#Reset_MaintA#MaintJCNENDL0T#StartsEND：NOP0MOVEENINENOOUTW#16#0#Reset_Maint#Maint#Starts

6.生成阀门FC入口和进料阀以及排料阀的功能包含以下逻辑功能：(1)一个用于打开阀门的输入，一个用于关闭阀门的输入。(2)互锁允许阀门被打开。互锁状态存储在OB1的临时局域数据(L堆栈)中(“Valve_enable”)，并且在阀门的FC被处理时与打开和关闭的输入进行逻辑组合。图5.14阀门的通用FC的输入和输出示意图OpenCloseValveDsp_OpenDsp_ClosedValve由于被调用的块必须在调用块之前生成，因此阀门的FCl功能必须在OB1之前生成。STL编程语言的FCl程序部分如下：Networkl打开/关闭和锁存A(O#OpenO#Valve)AN#Close=#ValveNetwork2显示“阀门打开”A#Valve=#Dsp_OpenNetwork3显示“阀门关闭”AN#Valve=#DSp_Closed（）#Open#Valve#Close#Valve（）（）#Valve#Dsp_Open#Valve#DSp_Closed

7.生成OB1OB1决定用户程序的结构，也包含要传送给各个功能的参数。例如：(1)为进料泵和搅拌电机而编制的STL段中为电机FB提供启动(“Start”)、停止(“Stop”)，响应(“Response”)以及复位维护显示(“Reset_Maint”)的输入参数。PLC的每一个循环周期都会处理这个电机的FB。(2)如果电机的FB被处理，则输入Timer_No和Response_Time指示所使用的定时器功能以及要测量的时间。(3)因为阀门的FC和电机的FB是在OB1中调用的，所以它们在每个程序循环都会被可编程序控制器处理。程序为处理进料泵和搅拌电机的控制任务，使用电机的FB时分别配备了不同的背景DB。OB1组织块的临时（局域）变量定义Enable_Value:使能阀门变量Start_Fulfilled:电动机信号使能变量Stop_Fulfilled:停止电动机信号使能变量Close_Value_Fulfilled关闭阀门信号使能变量OB1：主程序（）Network1进料泵的互锁：在混合罐未满且排料阀未开前提下（）Network2使能进料泵A启动（）Network3使能进料泵A停止“EMER_STOP_off”“Tank_below_max”“Drain”#Enable_Motor“Feed_pump_A_Start”#Enable_Motor#Start_Fulfilled“Feed_Pump_A_Stop”#Enable_Motor#Stop_FulfilledNetwork4配料A进料泵A，调用DB1FB1ENStartStopResponseReset_MaintTimer_NoResponse_TimeMotorENOFaultStart_DspStop_DspMaintDB1#StartFulfilled#Stop_Fulfilled“Flow_A”“Reset_maint”T12S5T#7S“Feed_pump_A”“Feed_pump_A_fault”“Feed_pump_A_on”“Feed_pump_A_off”“Feed_pump_A_maint”（SD）Network5进料泵打开1S后，使能阀门打开（）Network7使能阀关闭（停止进料后）（）Network6“Feed_pump_A”T13S5T#1ST13#Enable_Valve

“Flow_A”“Feed_pump_A”#Close_Valve_FulfilledFC1ENOpenCloseValueENOOpen_DspClose_DspFC1ENOpenCloseValueENOOpen_DspClose_DspNetwork8配料A入口阀控制Network9配料A进料阀控制#Enable_Valve#Close_Valve_FulfilledInlet_Valve_A”#Inlet_Valve_A_Open#Inlet_Valve_A_Closed#Enable_Valve#Close_Valve_Fulfilled#Feed_Valve_A_Open#Feed_Valve_A_Closed“Feed_Valve_A”（）Network10使能进料泵B的启动（）Network11使能进料泵B的停止“Feed_pump_B_Start”#Enable_Motor#Start_Fulfilled“Feed_Pump_B_Stop”#Enable_Motor#Stop_FulfilledNetwork12配料B进料泵，调用DB2FB1ENStartStopResponseReset_MaintTimer_NoResponse_TimeMotorENOFaultStart_DspStop_DspMaintDB2#StartFulfilled#Stop_Fulfilled“Flow_B”“Reset_maint”T14S5T#7S“Feed_pump_B_fault”“Feed_pump_B_on”“Feed_pump_B_off”“Feed_pump_B_maint”“Feed_pump_B”（SD）Network13进料泵B打开1S之后，使能阀打开（）Network15使能阀门关闭（停止进料后）（）Network14“Feed_pump_B”T15S5T#1ST15#Enable_Valve“Flow_B”“Feed_pump_B”#Close_Valve_FulfilledFC1ENOpenCloseValueENOOpen_DspClose_DspFC1ENOpenCloseValueENOOpen_DspClose_DspNetwork16配料B入口阀控制Network17配料B进料阀控制#Enable_Valve#Close_Valve_Fulfilled#Inlet_Valve_B_Open#Inlet_Valve_B_Closed“Inlet_Valve_B”#Enable_Valve#Close_Valve_Fulfilled#Feed_Valve_B_Open#Feed_Valve_B_Closed“Feed_Valve_B”（）Network18搅拌器互锁：在混合罐液面高于最低限且排料阀未开前提下（）Network19使能搅拌器的启动（）Network20使能搅拌器的停止“EMER_STOP_off”“Tank_above_min”“Drain”#Enable_Motor“Agitator_start”#Enable_Motor#Start_Fullfilled“Agitator_stop”#Enable_Motor#Stop_FulfilledNetwork21搅拌器FB，调用DB3FB1ENStartStopResponseReset_MaintTimer_NoResponse_TimeMotorENOFaultStart_DspStop_DspMaintDB3#Start_Fulfilled#Stop_Fulfilled“Agitator_running”“Reset_maint”T16S5T#10S“Agitator_fault”“Agitator_on”“Agitator_off”“Agitator_maint”“Agitator”（）Network22排料泵互锁：在混合罐不空且搅拌器不工作的前提下（）Network23使能排料阀打开（）Network24使能排料阀关闭“EMER_STOP_off”“Tank_not_empty”“Agitator”“Drain_open”#Enable_Valve#Open_Drain“Drain_Closed”#Enable_Valve

#Close_Drain#Enable_ValveFC1ENOpenCloseValueENOOpen_DspClose_DspNetwork25排料阀FC控制#Open_Drain#Close_Drain#Drain_open_disp#Drain_closed_disp“Drain”（）Network26混合罐液面满显示（）Network27混合罐液面低于最低限（）Network28混合罐空显示“Tank_below_max”“Tank_max_disp”“Tank_min_disp”“TankmindiSp”“Tank_not_empty”“Tank_empty_disp”

Network1进料泵A的互锁A “EMER_STOP_off”A “Tank_below_max”AN “Drain”＝ #Enable_MotorNetwork2为配料A调用电机的FBA “Feed_pump_A_Start”A #Enable_Motor＝ #Start_FulfilledA(O “Feed_Pump_A_Stop”ON #Enable_Motor)＝ #Stop_FulfilledCALL “Motor_block”，“DB_feed_pump_A”Start ：=#StartFulfilledStop ：=#Stop_FulfilledResponse：=“Flow_A”Reset_Maint：＝“Reset_maint”Timer_No：＝T12Reponse_Time：＝S5T#7SFault：＝“Feed_pump_A_fault”Start_Dsp ：＝“Feed_pump_A_on”Stop_Dsp ：＝“Feed_pump_A_off”Maint：＝“Feed_pump_A_maint”Motor：＝“Feed_pump_A”Network3延迟配料A的阀使能A “Feed_pump_A”L S5T#1SSD T13AN “Feed_pump_A”R T13A T13＝ #Enable_ValveNetwork4配料A的入口阀控制AN “Flow_A”AN “Feed_pump_A”＝ #Close_Valve_FulfilledCALL“Valve_block”Open：＝#Enable_ValveClose：＝#Close_Valve_FulfilledDsp_Open：＝#Inlet_Valve_A_OpenDspClosed：＝#Inlet_Valve_A_ClosedValve：＝“Inlet_Valve_A”Network5配料A的进料阀控制AN “Flow_A”AN “Feed_pump_A”＝#Close_Valve_FulfilledCALL“Valve_block”Open：＝#Enable_ValveClose：＝#Close_Valve_FulfilledDsp_Open：＝#Feed_Valve_A_OpenDspClosed：＝#Feed_Valve_A_ClosedValve：＝“Feed_Valve_A”Network6进料泵B的互锁A “EMER_STOP_off”A “Tank_below_max”AN “Drain”＝ #Enable_MotorNetwork7为配料B调用电机的FBA “Feed_pump_B_Start”A #Enable_Motor＝ #Start_FulfilledA(O “Feed_Pump_B_Stop”ON #Enable_Motor)＝#Stop_FulfilledCALL“Motor_block”，“DB_feed_pump_A”Start：＝#StartFulfilledStop：＝#Stop_FulfilledResponse：＝“Flow_B”Reset_Maint：＝“Reset_maint”Timer_No：＝T14Reponse_Time：＝S5T#7SFault：＝“Feed_pump_B_fault”Start_Dsp：＝“Feed_pump_B_on”Stop_Dsp：＝“Feed_pump_B_off”Maint：＝“Feed_pump_B_maint”Motor：＝“Feed_pump_B”Net