3.2 程序組織單元

程序組織單元（Program Organization Unit，POU）是IEC 61131-3用戶程序執行模型里定義的一個單元。一個POU包括一個本地變量表和一個算法（也就是一系列編碼或邏輯），它是構成用戶程序的基本單元。NJ系列CPU單元里運行的用戶程序是由POU組合而成的。

POU按功能分為程序、功能塊和功能。POU的標準部分（如標準功能塊、標準功能等）由控制器制造商提供。用戶根據POU的定義設計用戶程序的POU，對POU調用和執行。

圖3-23 層次關系

一個程序對應一個主路徑，這是形成算法的POU的主要類型。可以將任何指令、功能、或功能塊放置到程序算法中。

功能塊可以輸出不同的值，即使有相同的輸入。功能塊可以被程序或另一個功能塊調用。

在相同的輸入下，功能總是輸出相同的值。功能可以被程序、另一個功能或功能塊調用。

POU由這三種單元組合而成，可以生成許多POU。程序要分配給任務才能執行。

程序、功能塊、功能與任務的層次關系如圖3-23所示。

3.2.1 程序

程序由本地變量表和算法組成。在程序的算法里，可以使用任何功能塊和功能。不能從其他POU中調用程序。當程序所在的任務執行時，程序才能執行。一個任務可以分配128個程序。

圖3-24所示為程序結構。

在任務里，為所有的程序設置執行順序。在Sysmac Studio“任務設置”下的“程序分配設置”指定這個順序。

所有的程序在本地變量（也就是內部變量）中有下面3個系統定義的變量。

圖3-24 程序結構

PFirstRunMode：第一次運行周期標志，BOOL型，只讀。從PROGRAM模式轉為RUN模式時，當CPU單元開始運行，只在第一次運行周期為TRUE，其他運行周期為FALSE，通常使用這個標志完成初始化處理。

PPRGER：指令錯誤標志，BOOL型，可讀可寫。當出現指令錯誤時，變為TRUE并保持。當這個標志變為TRUE時，一直保持直到程序將它變為FALSE。

PCY：進位標志，BOOL型，只讀。某些指令可以修改這個標志。

3.2.2 功能塊

功能塊作為一種程序組織單元，需要設置名稱，而且不同的功能塊要設置不同的名稱。功能塊具有靜態變量（即具有記憶功能），要占用內存區。當需要對一些狀態進行記憶，比如定時器、計數器指令，則使用功能塊。功能塊的輸出與內部變量和外部變量的狀態有關，因此，即使相同的輸入也能產生不同的輸出結果。

功能塊分為標準功能塊和用戶定義功能塊。標準功能塊由系統預先定義，可由其他功能塊和程序調用。用戶定義功能塊則由用戶根據需要自行創建，可以像標準功能塊一樣使用。

1.功能塊結構

功能塊可以用梯形圖或ST來表示。在梯形圖中，功能塊用一個方框來表示，圖3-25所示為梯形圖表示的一個功能塊。

功能塊結構如圖3-26所示。

圖3-25 梯形圖表示的一個功能塊

圖3-26 功能塊結構

功能塊定義由本地變量表和算法組成，如圖3-27所示。

功能塊各組成部分說明如下：

（1）功能塊名稱或指令名稱

生成功能塊時，在功能塊定義時，分配的功能塊名稱或指令名稱

（2）例程名稱

給程序中的功能塊例程一個例程名稱，以便能夠管理它。

（3）算法

可以用梯形圖或ST編寫一個算法。在算法中，可以使用任何指令、用戶定義的功能，或用戶定義的功能塊。

（4）本地變量表

本地變量表用來定義輸入變量、輸出變量、輸入-輸出變量、內部變量和外部變量。

（5）參數

輸入變量的輸入參數：當功能塊執行開始時，輸入參數把值傳給功能塊中的輸入變量。輸入參數可以是一個變量或常數。

圖3-27 功能塊定義

輸出變量的輸出參數：當功能塊執行完畢后，輸出參數接收功能塊中輸出變量的值。

輸入-輸出變量共享的輸入-輸出參數：在功能塊中改變輸入-輸出參數的值，同一參數既可以用作輸入也可以用作輸出。

2.功能塊變量的指定

功能塊變量的指定如圖3-28所示。

圖3-28 功能塊變量的指定

功能塊變量的說明見表3-8。

表3-8 功能塊變量的說明

（續）

3.功能塊調用

功能塊既可用梯形圖，也可用ST調用。

從ST調用功能塊的方法如下

輸入賦值使用“：=”；輸出賦值使用“=>”；輸入-輸出賦值時兩種都可以用，一般用“：=”。

圖3-29 所示為從POU調用功能塊的梯形圖。

ABC：功能塊例程名稱。

A和B：功能塊的輸入或輸入-輸出變量名稱。

x1和x2：調用功能塊的POU的輸入或輸入-輸出參數。

C：功能塊的輸出變量。

y1：調用功能塊的POU的輸出參數。

用ST調用功能塊的方法有兩種。

1）給出功能塊的變量名程和調用功能塊的POU的參數名程

ABC（A：=x1，B：=x2，C=>y1）；

●括號內參數和返回值的順序任意。

●可以省略輸入變量的名稱和輸入參數名稱。如果省略這些名稱，上一次調用時分配給輸入變量的值又被分配給輸入變量。如果第一次調用功能塊，輸入變量置為它們的初始值。

●可以省略輸出變量的名稱和輸出參數名稱。如果它們被省略，輸出變量的值不被分配。

圖3-29 從POU調用功能塊的梯形圖

2）省略功能塊的變量名稱，給出調用功能塊的POU的參數名稱

ABC（x1，x2，y1）；

參數的順序基于功能塊定義。順序與功能塊本地變量定義相同，從頂部到底部。

ST調用功能塊的各種方式見表3-9。

表3-9 ST調用功能塊的各種方式

圖3-30所示為調用功能塊的梯形圖。

用ST調用此功能塊，兩種編寫方法如下。

方法1：

方法2：

圖3-30 調用功能塊的梯形圖

4.功能塊的創建

除了系統提供的標準功能塊外，用戶可以創建自定義的功能塊，由程序或其他功能塊來調用。

下面創建一個時鐘脈沖發生器的功能塊，輸入參數為接通時間和斷開時間，根據輸入參數輸出不同占空比的脈沖。

操作步驟如下：

1）如圖3-31所示，右擊多視圖瀏覽器中“編程-POUs-程序”下的“功能塊”，從菜單中選擇“添加-梯形圖”，會默認生成一個叫做功能塊0的功能塊，如圖3-32所示。功能塊可以用梯形圖或ST來編寫，這里選用梯形圖。

圖3-31 添加功能塊

圖3-32 生成功能塊0

2）雙擊功能塊0，進入編程界面，上半部為變量表，有“內部”、“輸入/輸出”“外部”3個變量表，如圖3-33所示。

在內部變量表添加兩個BOOL變量a和b，如圖3-34所示。在輸入/輸出變量表添加timeon、timeoff、pulse、in 4個變量，如圖3-35所示。

3）在功能塊0的編程界面輸入梯形圖，如圖3-36所示。

BOOL變量in為控制輸入，控制時鐘脈沖的啟動/停止。

這樣就創建了一個自定義功能塊。

圖3-33 功能塊0編程界面

圖3-34 內部變量表

圖3-35 輸入/輸出變量表

圖3-36 功能塊0的梯形圖

創建自定義功能塊后，就可以在編程時調用它。現在回到主程序下，對內部變量進行定義，如圖3-37所示。

圖3-37 程序中內部變量定義

輸入調用功能塊的梯形圖程序，輸入到功能塊時，鍵入“功”，就發現剛才定義的功能塊0已經存在了，如圖3-38所示。

完整的調用功能塊梯形圖如圖3-39所示。

timeondata、timeoffdata和start為功能塊的輸入參數，testp為輸出參數。其中，timeondata為脈沖ON的時間，timeoffdata為脈沖OFF的時間，start控制脈沖發生器的啟動或停止，testp為脈沖發生器的輸出。

timeondata、timeoffdata的初值設為10，這是個振蕩周期2s的時鐘脈沖，開1s關1s，在線仿真調試后，如圖3-40所示。

可以通過更改timeondata、timeoffdata的值，改變脈沖的占空比。在監視選項卡中修改，如圖3-41所示，以上兩個參數改為30、10后，就變成一個4s周期的脈沖信號，其中導通3s、關斷1s。

圖3-38 輸入功能塊0

圖3-39 調用功能塊梯形圖

圖3-40 仿真調試

圖3-41 結果顯示

3.2.3 功能

功能（FUN）也是一種程序組織單元，但與功能塊不同，功能不需要設置名稱，因此輸入簡單。功能沒有靜態變量，即沒有記憶，不占用內存，當只需要簡單的操作運算不需要對狀態進行記憶的時候使用功能。功能一般只要輸入相同的值就會輸出一樣的結果。

功能分為標準功能和用戶定義功能。標準功能由系統預先定義，可由其他功能、功能塊和程序調用。用戶定義功能由用戶根據需要自行創建，可以像標準功能一樣使用。

圖3-42 梯形圖表示的一個功能

圖3-43 功能結構

圖3-44 功能定義

1.功能結構

功能可以用梯形圖或ST來表示。在梯形圖中，功能表示為一個方框，圖3-42所示為梯形圖表示的一個功能。

功能結構如圖3-43所示。

功能定義由本地變量表和算法組成，如圖3-44所示。

功能各組成部分說明如下：

（1）功能名稱或指令名稱

生成功能時，在功能定義中分配功能名稱或指令名稱。

（2）例程名稱

功能沒有例稱名稱。

（3）算法

可以使用梯形圖或ST為算法編程。在功能的算法里，可以使用任何指令、功能或用戶定義的功能。不能使用任何FB指令或用戶定義的功能塊。也不能使用微分指令，例如，RTRIG或UP。

（4）本地變量表

本地變量表用來定義輸入變量、輸出變量、輸入-輸出變量、內部變量和外部變量。

（5）參數

輸入變量的輸入參數：當功能執行開始時，輸入參數把值傳給功能中的輸入變量，輸入參數可以是一個變量或常數。

輸出變量的輸出參數：當功能執行完畢后，輸出參數接收功能中輸出變量的值。

輸入-輸出變量共享的輸入-輸出參數：輸入-輸出參數的值在功能內改變，同一變量既用在輸入也用在輸出。

2.功能變量的指定

功能變量的指定如圖3-45所示。

圖3-45 功能變量的指定

功能變量的說明見表3-10。

表3-10 功能變量的說明

（續）

3.功能調用

功能既可用梯形圖，也可用ST調用。

從ST調用功能的方法如下

圖3-46 用梯形圖調用功能

圖3-46 所示為用梯形圖調用功能。

MyFUN：功能名稱。

x0：設定是否調用功能。

A和B：功能的輸入變量名稱。

x1和x2：功能的輸入參數。

C：功能的輸出變量。

y1：功能返回值的存儲位置。

y2：功能的輸出參數。

用ST調用功能的方法有兩種。

1）給出功能的變量名程和調用功能的POU的參數名程

IF（x0=TRUE）THEN

y1：=MyFUN（A：=x1，B：=X2，C=>y2）；

ENDIF

●參數的順序任意。

●可以省略輸入變量的名稱和輸入參數名稱。如果省略這些名稱，輸入變量置為它們的初始值。

●也可以省略EN，如果省略，EN分配的值為TRUE。

2）省略功能的變量名稱，給出調用功能的POU的參數名稱

IF（x0=TRUE）THEN

Y1：=MyFUN（x1，x2，y2）；

ENDIF

參數的順序基于功能塊定義。順序與功能塊本地變量定義相同，從頂部到底部。

ST調用功能的各種方式見表3-11。

表3-11 ST調用功能的各種方式

圖3-47 所示為梯形圖調用功能。

圖3-47 梯形圖調用功能

用ST調用此功能，兩種編寫方法如下。

方法1：

方法2：

4.功能的創建

除了系統提供的標準功能外，用戶可以創建自定義的功能，用戶定義的功能同樣可由程序、功能塊、功能來調用。

圖3-48 添加功能

圖3-49 生成功能0

下面創建一個用戶定義功能，將角度轉換為弧度，輸入參數為角度數，輸出參數為弧度數。

操作步驟如下：

1）如圖3-48所示，右擊多視圖瀏覽器中“編程-POUs”下的“功能”，從菜單中選擇“添加-梯形圖”，會默認生成一個叫功能0的功能，如圖3-49所示。功能可以用梯形圖或ST來編寫，這里選用梯形圖。

2）雙擊功能0，進入編程界面，如圖3-50所示，上半部為變量表，有“內部”、“輸入/輸出”、“外部”和“返回值”4個變量表。

在內部變量表添加一個LREAL變量internals1，如圖3-51所示。在輸入/輸出變量表添加兩個LREAL變量deg和rag，deg為輸入變量，rag為輸出變量，如圖3-52所示。

圖3-50 功能0編程界面

圖3-51 內部變量表

圖3-52 輸入/輸出變量表

3）在功能0的編程界面輸入梯形圖，如圖3-53所示。

這樣就創建了一個用戶定義功能。

創建自定義功能后，就可以在編程時調用它。現在回到主程序下，對內部變量進行定義，如圖3-54所示。

圖3-53 功能0編程

編寫調用功能的梯形圖程序，當輸入到功能時，鍵入“功”，就發現剛才定義的功能0已經存在了，如圖3-55所示。

完整的調用功能的梯形圖如圖3-56所示。

degtest為角度，是功能的輸入參數。radtest為弧度，是功能的輸出參數。

開始仿真測試，對a選擇設置，如圖3-57所示。

圖3-54 程序中內部變量定義

圖3-55 輸入功能0

圖3-56 調用功能的梯形圖

圖3-57 仿真測試

如圖3-58所示，對degtest輸入180，則radtest為3.141592，結果正確。

圖3-58 顯示結果