第3章S7-1200PLC的用户程序结构与故障诊断

1第3章S7-1200PLC的用户程序结构与故障诊断23.1用户程序结构简介——模块化编程1/3模块化编程将复杂的自动化任务划分为对应于生产过程的技术功能的较小的子任务，每个子任务对应于一个称为“块”的子程序，可以通过块与块之间的相互调用来组织程序。这样的程序易于修改、查错和调试。块简要描述组织块(OB)操作系统与用户程序的接口，决定用户程序的结构功能块(FB)用户编写的包含经常使用的功能的子程序，有专用的背景数据块功能(FC)用户编写的包含经常使用的功能的子程序，没有专用的背景数据块背景数据块(DB)用于保存FB的输入变量、输出变量和静态变量，其数据在编译时自动生成全局数据块(DB)存储用户数据的数据区域，供所有的代码块共享33.1用户程序结构简介——模块化编程2/3块结构显著增加了PLC程序的组织透明性、可理解性和易维护性。OB、FB、FC都包含代码，统称为代码块(Code)块。被调用的代码块又可以调用别的代码块，这种调用称为嵌套调用。在块调用中，调用者可以是各种代码块，被调用的块是OB之外的代码块。调用功能时需要为它指定一个背景数据块。43.1用户程序结构简介——模块化编程3/3编程时被调用的块应该是已经存在的块，即应先创建被调用的块及其背景数据块。53.1用户程序结构简介——组织块1/6组织块(OrganizationBlock，OB)是操作系统与用户程序的接口，由操作系统调用，用于控制循环扫描和中断程序的执行、PLC的启动和错误处理等。组织块的程序是用户编写的。每个组织块必须有唯一的OB编号，200之前的某些编号是保留的，其他OB的编号应大于等于200.没有可以调用OB的指令，S7-1200CPU具有基于事件的特性，只有发生了某些特定事件，相应的OB才会被执行。不要试图在OB/FC/FB中调用某个OB，除非用户触发与此OB相关的OB。例如用户可以在OB1中通过SRT_DINT指令设置延迟时间，当延迟时间到达时，延迟中断OB被触发。当特定事件发生时，相应OB被调用，无论其是否包含程序代码。63.1用户程序结构简介——组织块2/6程序循环组织块(ProgramcycleOB)：OB1是用户程序中的主程序，CPU循环执行操作系统程序，在每一次循环中，操作系统调用一次OB1。因此OB1中的程序也是循环执行的。允许有多个程序循环OB，默认的是OB1，其他程序循环OB的编号应大于等于200。73.1用户程序结构简介——组织块3/6启动组织块(StartupOB)：当CPU的工作模式从STOP切换到RUN时，执行一次启动(Startup)组织块，来初始化程序循环OB中的某些变量。执行完启动OB后，开始执行程序循环OB。可以有多个启动OB，默认的为OB100，其他启动OB的编号应大于等于200。83.1用户程序结构简介——组织块4/6中断组织块(InterruptOB)：中断组织块用来实现对特殊内部事件或外部事件的快速响应。如果没有中断事件出现，CPU循环执行组织块OB1。如果出现中断事件，例如诊断中断和时间延迟中断等，因为OB1的中断优先级最低，操作系统在执行完当前程序的当前指令后，立即响应中断。CPU暂停正在执行的程序块，自动调用一个分配给该事件的组织块(即中断程序)来处理中断事件。执行完中断组织块后，返回被中断的程序的断点处继续执行原来的程序。这意味着部分用户程序不必在每次循环中处理，而是在需要时才被及时处理。处理中断事件的程序放在该事件驱动的OB中。93.1用户程序结构简介——组织块5/6•时间延迟中断组织块(Time-delayOB)：此OB可以通过SRT_DINT指令设置其延迟时间，当延迟时间到达时，延迟中断OB被触发。•周期中断组织块(CyclicinterruptOB)：将在指定间隔之间被执行。•硬件中断组织块(HardwareinterruptOB)：将在指定的硬件事件发生时被执行，例如数字量输入信号的上升沿或下降沿。103.1用户程序结构简介——组织块6/6•时间错误中断组织块(Time-errorinterruptOB)：此OB将在检测到时间错误(程序循环扫描OB执行时间超出了CPU属性中定义的最大扫描时间)时被执行，此OB的编号只能是OB80。当CPU中没有此OB时，用户可以指定当时间错误发生时CPU是忽略此错误还是转换到STOP模式。•诊断错误中断组织块(DiagnosticerrorinterruptOB)：此OB将在检测到诊断错误时被执行，此OB的编号只能是OB82。当CPU中没有此OB时，用户可以指定当诊断错误发生时CPU是忽略此错误还是转换到STOP模式。113.1用户程序结构简介——功能功能(Function，FC)是用户程序编写的子程序，它包含完成特定任务的代码和参数。FC和FB有与调用它的块共享的输入参数和输出参数。执行完FC和FB后，返回调用它的代码块。功能是快速执行的代码块，用于执行下列任务：完成标准的和可重复使用的操作，例如算术运算；完成技术功能，例如使用位逻辑运算的控制。可以在程序的不同位置多次调用同一个FC，这可以简化重复执行的任务的变成。功能没有固定的存储区，执行结束后，其临时变量中的数据就丢失了。可以用全局数据块或M存储区来存储那些在功能执行结束后需要保持的数据。123.1用户程序结构简介——功能块功能块(FunctionBlock，FB)是用户程序编写的子程序。调用功能块时，需要制定背景数据块，是功能块专用的存储区。CPU执行FB中的程序代码，将块的输入、输出参数和局部静态变量保存在背景数据块中，以便可以从一个扫描周期到下一个扫描周期快速访问它们。FB的典型应用是执行不能在一个扫描周期结束的操作。在调用FB时，打开了对应的背景数据块，后者的变量可以供其他代码块使用。调用同一个功能块时使用不同的背景数据块，可以控制不同的设备。例如用来控制水泵和阀门的功能使用包含特定的操作参数的不同的背景数据块，可以控制不同的水泵和阀门。S7-1200的部分指令(例如IEC标准的定时器和计数器指令)实际上是功能块，在调用它们时需要指定配套的背景数据块。133.1用户程序结构简介——数据块数据块(Datablock，DB)是用于存放执行代码块时所需的数据的数据区，有两种类型的数据块：全局(Global)数据块：存储供所有的代码块使用的数据，所有的OB、FB和FC都可以访问。背景数据块：存储供特定的FB使用的数据。143.2PLC的工作原理——操作系统与用户程序CPU的操作系统用来组织与具体的控制任务无关的所有的CPU功能，包括：处理暖启动、刷新输入/输出过程映像、调用用户程序、检测中断事件和调用中断组织块等。用户程序：处理具体的最大化任务必须的所有功能，包括：1)检查是否满足暖启动需要的条件，例如限位开关是否在正确的位置，安全继电器是否处于正常的工作状态；2)处理过程数据，例如用读取的输入信号来控制输出信号等；3)用OB中的程序对中断事件作出反应，例如在诊断错误中断组织块OB82中发出报警信号；4)在程序执行中处理错误。153.2PLC的工作原理——CPU的工作模式1/4CPU有三种工作模式：STOP模式、STARTUP模式和RUN模式。CPU前面的状态LED指示当前工作模式。在STOP模式下，CPU不执行任何程序，而用户可以下载项目。在STARTUP模式下，执行一次启动OB(如果存在)。在RUN模式的启动阶段，不处理任何中断事件。在RUN模式下，重复执行扫描周期。中断事件可能会在程序循环阶段的任何点发生并进行处理。处于RUN模式下时，无法下载任何项目。163.2PLC的工作原理——CPU的工作模式2/4在STOP模式下，CPU①处理所有通信请求（如果适用）并②执行自诊断。在STOP模式下，CPU不执行用户程序，过程映像也不会自动更新。173.2PLC的工作原理——CPU的工作模式3/4上电后CPU进入STARTUP模式，进行上电诊断和系统初始化，检查到某些错误时，将禁止CPU进入RUN模式，保持在STOP。STARTUP：A复位I存储区B使用上一次RUN模式最后的值或替换值初始化输出C执行启动OBD将物理输入的状态复制到I存储器E将所有中断事件存储到要在RUN模式下处理的队列中F将过程映像输出区(Q区)的值写到物理输出183.2PLC的工作原理——CPU的工作模式4/4启动阶段结束后，进入RUN模式，CPU执行下图所示的任务：RUN①将过程映像输出区(Q区)的值写到物理输出②将物理输入的状态复制到I存储器③执行程序循环OB④处理通信请求和进行自诊断⑤在扫描周期的任何阶段处理中断和通信193.2PLC的工作原理——工作模式的切换CPU模块上没有切换工作模式的模式选择开关，只能用STEP7Basic在线工具中的CPU操作员面板，或工具栏上的按钮，来切换STOP或RUN工作模式。也可以在程序中用STP指令使CPU进入STOP模式。203.3功能与功能块——功能的特点功能(Function,FC)和功能块(FunctionBlock,FB)是用户编写的子程序，他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。213.3功能与功能块——生成功能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。数字N和压力P之间的计算公式：27648/NHighP双击223.3功能与功能块——功能的局部数据1/3在界面区中生成局部变量，只能在它所在的块中使用。局部变量的名字有字符(包括汉字)和数字组成。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)：初值有调用它的块提供，块执行后将它的返回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，不在保存临时数据的数值，它可能被别的块的临时数据覆盖。5)Return中的Ret_Val(返回值)，属于输出参数。233.3功能与功能块——功能的局部数据2/3243.3功能与功能块——功能的局部数据3/3生成局部变量时，不需要指定存储器地址，根据各变量的类型，程序编辑器自动地为所有变量指定存储器地址。返回值Ret_Val属于输出参数，默认的数据类型为Void，该数据类型不保存数据，用于功能不需要返回值的情况，在调用FC1时，看不到Ret_Val。如果将它设置为Void之外的数据类型，在FC1内部编程时可以使用该变量，调用FC1时可以在方框的右边看到作为输出参数的Ret_Val。253.3功能与功能块——FC1的程序设计STEP7Basic自动地在局部变量的前面添加#号。263.3功能与功能块——在OB1中调用FC1在FC的界面区中定义的参数称为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。273.3功能与功能块——调用功能的实验283.3功能与功能块——为块提供密码保护选中生产的FC1，执行菜单命令：“编辑”“专有技术保护”“启用专有技术保护”，在打开的对话框中输入密码并确认，项目树中的FC1图标上出现锁的符号，表示FC1受保护。双击打开FC1，可以看到界面区的变量，但是看不到程序区的程序。也可修改或禁用专有技术保护。293.3功能与功能块——功能块的特点功能块(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。每次调用功能块是，都需要指定一个背景数据块，背景数据块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、输出和静态变量(Static)用指定的背景数据块保存