3.2 程序组织单元

程序组织单元（Program Organization Unit，POU）是IEC 61131-3用户程序执行模型里定义的一个单元。一个POU包括一个本地变量表和一个算法（也就是一系列编码或逻辑），它是构成用户程序的基本单元。NJ系列CPU单元里运行的用户程序是由POU组合而成的。

POU按功能分为程序、功能块和功能。POU的标准部分（如标准功能块、标准功能等）由控制器制造商提供。用户根据POU的定义设计用户程序的POU，对POU调用和执行。

图3-23 层次关系

一个程序对应一个主路径，这是形成算法的POU的主要类型。可以将任何指令、功能、或功能块放置到程序算法中。

功能块可以输出不同的值，即使有相同的输入。功能块可以被程序或另一个功能块调用。

在相同的输入下，功能总是输出相同的值。功能可以被程序、另一个功能或功能块调用。

POU由这三种单元组合而成，可以生成许多POU。程序要分配给任务才能执行。

程序、功能块、功能与任务的层次关系如图3-23所示。

3.2.1 程序

程序由本地变量表和算法组成。在程序的算法里，可以使用任何功能块和功能。不能从其他POU中调用程序。当程序所在的任务执行时，程序才能执行。一个任务可以分配128个程序。

图3-24所示为程序结构。

在任务里，为所有的程序设置执行顺序。在Sysmac Studio“任务设置”下的“程序分配设置”指定这个顺序。

所有的程序在本地变量（也就是内部变量）中有下面3个系统定义的变量。

图3-24 程序结构

PFirstRunMode：第一次运行周期标志，BOOL型，只读。从PROGRAM模式转为RUN模式时，当CPU单元开始运行，只在第一次运行周期为TRUE，其他运行周期为FALSE，通常使用这个标志完成初始化处理。

PPRGER：指令错误标志，BOOL型，可读可写。当出现指令错误时，变为TRUE并保持。当这个标志变为TRUE时，一直保持直到程序将它变为FALSE。

PCY：进位标志，BOOL型，只读。某些指令可以修改这个标志。

3.2.2 功能块

功能块作为一种程序组织单元，需要设置名称，而且不同的功能块要设置不同的名称。功能块具有静态变量（即具有记忆功能），要占用内存区。当需要对一些状态进行记忆，比如定时器、计数器指令，则使用功能块。功能块的输出与内部变量和外部变量的状态有关，因此，即使相同的输入也能产生不同的输出结果。

功能块分为标准功能块和用户定义功能块。标准功能块由系统预先定义，可由其他功能块和程序调用。用户定义功能块则由用户根据需要自行创建，可以像标准功能块一样使用。

1.功能块结构

功能块可以用梯形图或ST来表示。在梯形图中，功能块用一个方框来表示，图3-25所示为梯形图表示的一个功能块。

功能块结构如图3-26所示。

图3-25 梯形图表示的一个功能块

图3-26 功能块结构

功能块定义由本地变量表和算法组成，如图3-27所示。

功能块各组成部分说明如下：

（1）功能块名称或指令名称

生成功能块时，在功能块定义时，分配的功能块名称或指令名称

（2）例程名称

给程序中的功能块例程一个例程名称，以便能够管理它。

（3）算法

可以用梯形图或ST编写一个算法。在算法中，可以使用任何指令、用户定义的功能，或用户定义的功能块。

（4）本地变量表

本地变量表用来定义输入变量、输出变量、输入-输出变量、内部变量和外部变量。

（5）参数

输入变量的输入参数：当功能块执行开始时，输入参数把值传给功能块中的输入变量。输入参数可以是一个变量或常数。

图3-27 功能块定义

输出变量的输出参数：当功能块执行完毕后，输出参数接收功能块中输出变量的值。

输入-输出变量共享的输入-输出参数：在功能块中改变输入-输出参数的值，同一参数既可以用作输入也可以用作输出。

2.功能块变量的指定

功能块变量的指定如图3-28所示。

图3-28 功能块变量的指定

功能块变量的说明见表3-8。

表3-8 功能块变量的说明

（续）

3.功能块调用

功能块既可用梯形图，也可用ST调用。

从ST调用功能块的方法如下

输入赋值使用“：=”；输出赋值使用“=>”；输入-输出赋值时两种都可以用，一般用“：=”。

图3-29 所示为从POU调用功能块的梯形图。

ABC：功能块例程名称。

A和B：功能块的输入或输入-输出变量名称。

x1和x2：调用功能块的POU的输入或输入-输出参数。

C：功能块的输出变量。

y1：调用功能块的POU的输出参数。

用ST调用功能块的方法有两种。

1）给出功能块的变量名程和调用功能块的POU的参数名程

ABC（A：=x1，B：=x2，C=>y1）；

●括号内参数和返回值的顺序任意。

●可以省略输入变量的名称和输入参数名称。如果省略这些名称，上一次调用时分配给输入变量的值又被分配给输入变量。如果第一次调用功能块，输入变量置为它们的初始值。

●可以省略输出变量的名称和输出参数名称。如果它们被省略，输出变量的值不被分配。

图3-29 从POU调用功能块的梯形图

2）省略功能块的变量名称，给出调用功能块的POU的参数名称

ABC（x1，x2，y1）；

参数的顺序基于功能块定义。顺序与功能块本地变量定义相同，从顶部到底部。

ST调用功能块的各种方式见表3-9。

表3-9 ST调用功能块的各种方式

图3-30所示为调用功能块的梯形图。

用ST调用此功能块，两种编写方法如下。

方法1：

方法2：

图3-30 调用功能块的梯形图

4.功能块的创建

除了系统提供的标准功能块外，用户可以创建自定义的功能块，由程序或其他功能块来调用。

下面创建一个时钟脉冲发生器的功能块，输入参数为接通时间和断开时间，根据输入参数输出不同占空比的脉冲。

操作步骤如下：

1）如图3-31所示，右击多视图浏览器中“编程-POUs-程序”下的“功能块”，从菜单中选择“添加-梯形图”，会默认生成一个叫做功能块0的功能块，如图3-32所示。功能块可以用梯形图或ST来编写，这里选用梯形图。

图3-31 添加功能块

图3-32 生成功能块0

2）双击功能块0，进入编程界面，上半部为变量表，有“内部”、“输入/输出”“外部”3个变量表，如图3-33所示。

在内部变量表添加两个BOOL变量a和b，如图3-34所示。在输入/输出变量表添加timeon、timeoff、pulse、in 4个变量，如图3-35所示。

3）在功能块0的编程界面输入梯形图，如图3-36所示。

BOOL变量in为控制输入，控制时钟脉冲的启动/停止。

这样就创建了一个自定义功能块。

图3-33 功能块0编程界面

图3-34 内部变量表

图3-35 输入/输出变量表

图3-36 功能块0的梯形图

创建自定义功能块后，就可以在编程时调用它。现在回到主程序下，对内部变量进行定义，如图3-37所示。

图3-37 程序中内部变量定义

输入调用功能块的梯形图程序，输入到功能块时，键入“功”，就发现刚才定义的功能块0已经存在了，如图3-38所示。

完整的调用功能块梯形图如图3-39所示。

timeondata、timeoffdata和start为功能块的输入参数，testp为输出参数。其中，timeondata为脉冲ON的时间，timeoffdata为脉冲OFF的时间，start控制脉冲发生器的启动或停止，testp为脉冲发生器的输出。

timeondata、timeoffdata的初值设为10，这是个振荡周期2s的时钟脉冲，开1s关1s，在线仿真调试后，如图3-40所示。

可以通过更改timeondata、timeoffdata的值，改变脉冲的占空比。在监视选项卡中修改，如图3-41所示，以上两个参数改为30、10后，就变成一个4s周期的脉冲信号，其中导通3s、关断1s。

图3-38 输入功能块0

图3-39 调用功能块梯形图

图3-40 仿真调试

图3-41 结果显示

3.2.3 功能

功能（FUN）也是一种程序组织单元，但与功能块不同，功能不需要设置名称，因此输入简单。功能没有静态变量，即没有记忆，不占用内存，当只需要简单的操作运算不需要对状态进行记忆的时候使用功能。功能一般只要输入相同的值就会输出一样的结果。

功能分为标准功能和用户定义功能。标准功能由系统预先定义，可由其他功能、功能块和程序调用。用户定义功能由用户根据需要自行创建，可以像标准功能一样使用。

图3-42 梯形图表示的一个功能

图3-43 功能结构

图3-44 功能定义

1.功能结构

功能可以用梯形图或ST来表示。在梯形图中，功能表示为一个方框，图3-42所示为梯形图表示的一个功能。

功能结构如图3-43所示。

功能定义由本地变量表和算法组成，如图3-44所示。

功能各组成部分说明如下：

（1）功能名称或指令名称

生成功能时，在功能定义中分配功能名称或指令名称。

（2）例程名称

功能没有例称名称。

（3）算法

可以使用梯形图或ST为算法编程。在功能的算法里，可以使用任何指令、功能或用户定义的功能。不能使用任何FB指令或用户定义的功能块。也不能使用微分指令，例如，RTRIG或UP。

（4）本地变量表

本地变量表用来定义输入变量、输出变量、输入-输出变量、内部变量和外部变量。

（5）参数

输入变量的输入参数：当功能执行开始时，输入参数把值传给功能中的输入变量，输入参数可以是一个变量或常数。

输出变量的输出参数：当功能执行完毕后，输出参数接收功能中输出变量的值。

输入-输出变量共享的输入-输出参数：输入-输出参数的值在功能内改变，同一变量既用在输入也用在输出。

2.功能变量的指定

功能变量的指定如图3-45所示。

图3-45 功能变量的指定

功能变量的说明见表3-10。

表3-10 功能变量的说明

（续）

3.功能调用

功能既可用梯形图，也可用ST调用。

从ST调用功能的方法如下

图3-46 用梯形图调用功能

图3-46 所示为用梯形图调用功能。

MyFUN：功能名称。

x0：设定是否调用功能。

A和B：功能的输入变量名称。

x1和x2：功能的输入参数。

C：功能的输出变量。

y1：功能返回值的存储位置。

y2：功能的输出参数。

用ST调用功能的方法有两种。

1）给出功能的变量名程和调用功能的POU的参数名程

IF（x0=TRUE）THEN

y1：=MyFUN（A：=x1，B：=X2，C=>y2）；

ENDIF

●参数的顺序任意。

●可以省略输入变量的名称和输入参数名称。如果省略这些名称，输入变量置为它们的初始值。

●也可以省略EN，如果省略，EN分配的值为TRUE。

2）省略功能的变量名称，给出调用功能的POU的参数名称

IF（x0=TRUE）THEN

Y1：=MyFUN（x1，x2，y2）；

ENDIF

参数的顺序基于功能块定义。顺序与功能块本地变量定义相同，从顶部到底部。

ST调用功能的各种方式见表3-11。

表3-11 ST调用功能的各种方式

图3-47 所示为梯形图调用功能。

图3-47 梯形图调用功能

用ST调用此功能，两种编写方法如下。

方法1：

方法2：

4.功能的创建

除了系统提供的标准功能外，用户可以创建自定义的功能，用户定义的功能同样可由程序、功能块、功能来调用。

图3-48 添加功能

图3-49 生成功能0

下面创建一个用户定义功能，将角度转换为弧度，输入参数为角度数，输出参数为弧度数。

操作步骤如下：

1）如图3-48所示，右击多视图浏览器中“编程-POUs”下的“功能”，从菜单中选择“添加-梯形图”，会默认生成一个叫功能0的功能，如图3-49所示。功能可以用梯形图或ST来编写，这里选用梯形图。

2）双击功能0，进入编程界面，如图3-50所示，上半部为变量表，有“内部”、“输入/输出”、“外部”和“返回值”4个变量表。

在内部变量表添加一个LREAL变量internals1，如图3-51所示。在输入/输出变量表添加两个LREAL变量deg和rag，deg为输入变量，rag为输出变量，如图3-52所示。

图3-50 功能0编程界面

图3-51 内部变量表

图3-52 输入/输出变量表

3）在功能0的编程界面输入梯形图，如图3-53所示。

这样就创建了一个用户定义功能。

创建自定义功能后，就可以在编程时调用它。现在回到主程序下，对内部变量进行定义，如图3-54所示。

图3-53 功能0编程

编写调用功能的梯形图程序，当输入到功能时，键入“功”，就发现刚才定义的功能0已经存在了，如图3-55所示。

完整的调用功能的梯形图如图3-56所示。

degtest为角度，是功能的输入参数。radtest为弧度，是功能的输出参数。

开始仿真测试，对a选择设置，如图3-57所示。

图3-54 程序中内部变量定义

图3-55 输入功能0

图3-56 调用功能的梯形图

图3-57 仿真测试

如图3-58所示，对degtest输入180，则radtest为3.141592，结果正确。

图3-58 显示结果