引言

函数（功能）块是一种程序块，其 Input、Output、InOut 和 Static 参数会永久存储在实例数据块中，即使在块执行后仍可访问。因此，函数块也被称为“内存块”。

实例是函数块的调用结果，每个函数块实例都需要一个实例数据块，其中包含该函数块形式参数的实例特定值。函数块的实例数据可以存储在自身的实例数据块中，也可以存储在调用块的实例数据块内。

本文将介绍在西门子 TIA Portal 中进行 PLC 编程时可使用的不同类型的函数块实例，包括：单个实例、多重实例和参数实例。

注：文中将“Function”统称为“函数”，“Function Block”统称为“函数块”。

函数与函数块的区别

函数（FC）和函数块（FB）在 PLC 编程中有诸多不同，以下是主要区别：

数据存储：

  • 函数没有实例内存，它不存储数据；
  • 函数块有一个实例数据块用于存储数据。Input、Output、InOut 和 Static 参数保存再这个实例数据块中。即使在块执行后，它们仍然可以被访问。

参数类型：

  • 函数（FC）不支持 Static 参数类型，调用时不能省略掉函数中的任何参数，包括 Input、Output 和 InOut 参数，在函数中，任何形参都没有设置初始值，因为它们不会将数据存储在内存中;
  • 函数块（FB）支持所有参数类型，调用时需关联实例数据块。在函数块中，可以省略任何参数，包括没有地址的 Input、Output 和 InOut。

编程语言：

  • 函数（FC）只能用 STL、SCL、LAD 和 FBD 语言编写;
  • 函数块（FB）可以用 TIA Portal 中所有语言编写，包括 STL、SCL、LAD、FBD、GRAPH 和 CEM。

调用方式：

  • 函数（FC）直接调用，无需背景数据块;
  • 函数块（FB）必须绑定背景数据块，数据存储背景数据块中。

内存占用：

  • 函数（FC）内存占用更少（无持久化数据存储）;
  • 函数块（FB）占用更多内存（每个实例需独立的 DB）。

应用场景：

  • 函数（FC）适用于无状态、纯功能操作或简单计算的轻量级操作；
  • 函数块（FB）适用于需要存储状态、多实例控制或复杂逻辑的复杂对象。

实例的基本概念

函数块（FB）被调用时，需要存储其工作数据，单个数据单元称为一个实例。

实例具有以下关键特性：

  • 自动创建：调用函数块时，实例会自动生成；
  • 结构定义：实例的结构由关联函数块（FB）的接口定义，仅能通过修改 FB 接口进行调整；
  • 永久绑定：实例与函数块永久关联，无法独立存在。

实例存储方式

在 PLC 编程中，函数块（FB）实例的存储有以下三种模式：

1. 单个实例（Single instance）

  • 每个函数块使用独立的实例数据块（DB）存储数据；
  • 实例数据与调用块分离，通过专属 DB 访问；
  • 典型应用：需长期保持数据的独立功能模块。

2. 多重实例（Multiple instance）

  • 实例数据嵌入在调用块的 DB 中（如 FB 嵌套调用时）；
  • 无需单独分配 DB，节省存储空间；
  • 典型应用：子功能模块的层级化封装。

3. 参数实例（Parameter instance）

  • 实例数据通过 InOut 参数动态传递;
  • 灵活性高，但需手动管理数据一致性;
  • 典型应用：需灵活配置的复用逻辑。

单个实例

在单个实例中，被调用的块会将其自身数据保存在其实例块中。下面来看一个例子。

创建一个带如下参数的函数块“FB_Sum”。

用 SCL 语言编写以下代码，执行如下图所示的一个简单计算。

接下来，在主程序 OB1 中调用该函数块。调用时，系统会提示是否要为被调用的函数块创建数据块。此时，我们选择单个实例模式。

在项目树中，系统会为我们刚刚调用的函数块生成一个数据块。该数据块“IDB_Sum”即为“FB_Sum”函数块的实例，用于存储相关数据。

将参数标签通过函数块（FB）进行传递，完成编译并下载程序。

该函数块实例对应的数据块将存储如下所示的数据。

该函数块实例的数据块中存储了 Input、Output、InOut 和 Static 参数，而 Temp 和 Constant 参数不会被存储。

TIA Portal 中的函数块实例（单个、多重和参数）

当调用该函数块的另一个实例时，系统会生成另一个独立的数据块，如下图所示。

参数实例

参数实例提供了一种独特的实例化方式。在此模式下，需要使用的块实例将作为 InOut 参数在执行期间传递给调用块。此外，在函数块中调用函数块时，系统将提供选择多重实例的选项。

下面我们将创建一个函数，并调用之前已建立的’FB_Sum’函数块。

实例数据存储在调用函数或函数块的 InOut 参数区中的’iq_instSum’内。

在主程序 OB1 中调用此函数时，此时需要创建相应的 InOut 参数。

现在，该函数需要一个配套的数据块才能正常工作。请按以下步骤操作：

  1. 新建一个数据块；
  2. 点击下拉箭头；
  3. 选择函数块’FB_Sum’。

这意味着即将创建的数据块将自动包含该函数块的所有参数。

在主程序 OB1 中将创建好的数据块与函数进行标签关联。

每次调用该函数时，都需要为其创建独立的数据块实例，具体如下图所示。

参数实例的优势

  • 可以在运行时指定当前正在使用的实例；
  • 在程序循环中，可以迭代处理各种实例。

多重实例功能

当函数块（FB）调用其它函数块时，可将被调用块的实例数据存储在调用块 FB 的实例数据块中，这种调用方式即称为多重实例块调用。

操作步骤：

  1. 新建函数块并命名为’FB_Sums’；
  2. 在’FB_Sums’函数块中调用函数块’FB_Sum’；
  3. 选择’多重实例’作为调用选项。

在此配置中，“FB_Sum”实例数据存储在调用函数块“FB_Sums”的 Static 参数中。

当在主程序 OB1 中调用该函数块时，系统将提示创建数据块，此时需选择’确定’。

如图所示，可以看到相关数据存储在调用函数块的数据块中。

再次调用’FB_Sum’函数块时，将显示如下内容。

因此，每次调用函数块’FB_Sum’时，相关数据都会被存储在调用函数块’FB_Sums’的静态数据区中。

多重实例调用的数组实现方法

另一种实现多重实例块调用的方式是采用数组结构。请按以下步骤操作：

  1. 新建函数块并命名为“FB_Sums1”；
  2. 在 Static 参数中创建数组：如下图所示。

在此设置中，所选数据类型为’FB_Sum’，这将使创建的数组自动继承该函数块的全部参数格式。

请按以下方式(索引)对函数块进行寻址配置。

最终寻址配置如下所示。

在主程序 OB1 中调用“FB_Sums1”。

自动生成背景数据块“IDB_Sums1”。

在背景数据块“IDB_Sums1”中的 Statics 参数中可以看到多重实例数组。

这是创建函数块多重实例的另一种高效实现方案。

多重实例技术的优势

  • 更少的实例数据块；
  • 为复杂块提供良好的结构化方法。

参数实例的进阶应用

参数实例也可以是来自另一个函数块的多重实例数组。以下示例使用多重实例数组作为函数（FC）的实例参数。

因此，每次调用更高级别的函数块时，都可以将以下类型的实例作为参数实例传递：

  • 单个实例：传递被调用函数块的现有实例数据块；
  • 多重实例：传递被调用函数块的现有的多重实例；
  • 多重实例数组中的单个元素：传递现有多重实例数组中的某个元素。

总结

对于使用 TIA Portal 的西门子 PLC 程序员来说，掌握函数块实例的相关知识至关重要。这能够使块的参数化更加便捷高效。本文面向希望进一步提升编程技能的高级 PLC 程序员。建议通过实践来练习本文中讲解的不同实例方法，从而熟练掌握它们。