PLC Control with ST，V3版本学习笔记10—巧用子程序、功能块FB及函数FC！

我们之前说到文本化编程，最重要的是结构化，跟我们写文章一样，需要分章节分篇分段落，那么对于ST编程而言，也需要我们恰如其分的应用子程序、功能块FB以及函数FC等等来拆分，使得程序更加层次分明，简洁明了！

原书第10章，标题是《Splitting up the PLC program》，翻译过来即程序的拆分！我们这期好好和大家分享下程序的结构化重要的方法！

子程序

原书称之为Program modules，我们这里按照常规的理解：子程序。

对于我们刚入门的工程师来说：最基本的结构，那就是整个程序里面只有一个Main主程序。

其他的程序，作为子程序放在Main里面进行调用！对于上图的程序说明如下：

主程序（Main）的执行流程

在每个程序扫描周期（Program-scan）中，主程序（Main）会被执行一次，其执行顺序如下：

1. 首先执行 HandlingInput 程序模块中的代码（处理输入信号）；
2. 接着执行 CalculateData 程序模块中的代码（数据计算与处理）；
3. 最后执行 HandlingOutput 程序模块中的代码（控制输出设备）。

当一个扫描周期结束时，PLC会重新启动新一轮扫描，再次调用主程序。例如：

• 若扫描周期设定为50ms，则主程序每50ms执行一次。
• 关键要求：所有程序模块的总执行时间必须小于50ms，否则可能导致部分代码无法在周期内完成。

扫描周期超时的解决方案

如果程序模块包含大型数组或复杂计算，可能会导致执行时间超出扫描周期。此时可采取以下措施：

1. 增加扫描周期时间（如从50ms调整至100ms）；
2. 优化代码，检查是否可以减少计算量或重构逻辑。

影响扫描时间的因素

• 条件判断语句（IF/CASE）的数量会影响执行时间，因此必须按最坏情况（最长可能扫描时间）进行设计，并额外预留缓冲时间。
• 通常，PLC会在扫描时间不足时发出警告，提示程序员调整设置。

程序模块的独立扫描时间配置

不同模块可设定不同的扫描时间，适用于执行耗时差异较大的情况。例如：

• 高速IO处理（如传感器信号）可采用较短周期（10ms）；
• 低速任务（如通信或复杂计算）可采用较长周期（100ms）。

函数Function

函数的基本概念

函数是PLC程序中的重要构建模块，包含少量可重复调用（执行）的代码。特别是一些常用的数据计算（数学公式），数据转换，或者经常使用的代码。

函数的调用方式

• 无参数调用

• 带参数的调用

• 带表达式的调用

函数的变量作用域与传递方式

调用函数时，变量的传递方向通过符号明确区分：

例如：

函数的优势

特殊调用：数组索引传参

Fuction函数也可以创建成数组ARRAY类型，对于这类特殊的调用，例如上图就是No.4的数组元素的传参调用方式。

图片

函数（FC）与功能块（FB）

1. 核心区别

2. 语法结构对比

函数（FC）语法：

功能块（FB）语法：

3. 关键特性解析

1. 参数传递方式：
   • VAR_INPUT (:=)：值传递（函数内修改不影响外部变量）
   • VAR_OUTPUT (=>)：地址传递（用于输出结果）
   • VAR_IN_OUT (:=)：双向传递（直接修改外部变量，适用于数组/结构体）
2. 变量生命周期：
   • FC的局部变量（VAR）每次调用时重新初始化，适合无状态操作。
   • FB的局部变量（VAR）会持久化，适合计数器、定时器等需记忆的场景。
3. 返回值规则：
   • FC必须通过<函数名>:=值显式返回，且只能返回单一值。
   • FB通过VAR_OUTPUT返回多个值，无需函数名赋值。

4. 典型应用场景

• 使用FC的场合：

• 使用FB的场合：

5. 设计注意事项

1. 变量初始化：
   • FC的局部变量必须显式初始化（如Counter := 0;），避免残留值问题。
2. IN_OUT参数风险：
   • 直接操作外部变量可能引发意外副作用，建议添加保护逻辑。
3. 性能优化：
   • 频繁调用的简单逻辑优先使用FC，减少内存占用。
4. 命名规范：
   • 采用动词+名词格式（如CalculateAverage、CountMotorStarts）

函数实现设计指南

一、函数设计核心目标

1. 减少程序错误
2. 提高代码复用率
3. 构建结构化程序

二、可复用函数的6大设计原则

三、函数实现最佳实践

1. 代码规模控制
   • 单函数代码行数 ≤ 25行（一屏可见）
   • 超限时拆分为子函数或优化逻辑
2. 编程语言选择
   • 不强制使用ST（结构化文本），但需保持一致性
3. 特殊组件注意事项
   • 若含定时器/计数器，必须定义为功能块（FB）
   • 严禁递归调用（函数自调用）

四、两种设计方法论

方法A：自上而下设计法

优势：结构清晰，适合复杂功能 数据转换建议：内部处理类型转换（如TIME转WORD以简化接口）

方法B：自底向上设计法

优势：适合新手，降低出错概率

关键提示：当出现重复代码（Copy-Paste）时，应立即抽象为函数！

五、标准函数执行流程

1. 创建局部变量（内存分配）
2. 校验输入参数有效性
3. 初始化局部变量（赋默认值）
4. 执行核心逻辑（计算/数据处理）
5. 设置返回值（FC）或更新状态（FB）
6. 释放局部变量（FC）

六、函数化编程的5大优势

✅ 结构清晰 ✅ 代码复用率提升 ✅ 便于扩展维护 ✅ 支持模块化测试 ✅ 调试时可快速禁用

七、典型函数应用场景

• 传感器单位转换（如℃→℉）
• 设备维保时间预测
• 传送带速度计算
• OEE（设备综合效率）统计
• 报警监控逻辑
• 通用算法封装（如PID调节）

原书上有四个函数相关的例子，有兴趣的朋友可以自行翻阅哦！