S7-1200 /1500 PLC 进阶技巧：组织块（OB1、OB10）理论到实战

深入理解西门子 S7 系列 PLC 中的组织块（OB）

在西门子 S7 系列 PLC 的编程世界里，组织块（OB）是一个核心概念，它作为操作系统和用户程序之间的接口，承担着连接系统与应用的重要角色。今天，我们就来全面剖析组织块的奥秘，看看它是如何在 PLC 运行中发挥关键作用的。

一、组织块的本质：系统与程序的桥梁

简单来说，组织块是操作系统和用户程序之间的接口，用于执行具体的程序。它的运行场景十分丰富，涵盖了 PLC 工作的各个关键环节：

• CPU 启动时
• 循环程序处理过程中
• 循环或延时时间到达时
• 外部条件触发时
• 发生故障、错误时

在程序结构上，OB 内部可以调用功能块（FB）、功能（FC），而这些 FB、FC 还能继续向下嵌套调用其他 FB、FC，形成层次化的程序结构。值得注意的是，除了主程序和启动 OB 以外，其他 OB 的执行都是由各种中断条件（如错误、时间、硬件等）触发的，并且 OB 无法被 FB、FC 调用，这体现了它在程序中的特殊地位。

二、优先级：OB 执行的 "指挥棒"

每个组织块都有各自的优先级，这是 OB 运行机制中的核心特性。在低优先级 OB 运行过程中，若有高优先级 OB 被触发，系统会立即打断低优先级 OB 的执行，转而执行高优先级 OB 的程序；当高优先级 OB 执行完毕后，再回到被中断的低优先级 OB 处继续执行。

以主循环程序为例，在没有其他 OB 执行时，主程序会周而复始地循环运行；当有高优先级中断（例如循环中断）出现时，系统会立即停止主程序执行，转而执行高优先级中断 OB 的程序；高优先级中断 OB 执行完成后，再继续从主程序的中断处恢复执行。

三、组织块的类型与特性

组织块的类型多样，不同类型的 OB 有着不同的功能、允许数量和默认优先级，以下是主要类型的详细说明：

其中，最后的 4 个 MC OB 是闭环运动控制专用的。前两个（MC-Servo、MC-Interpolator）是组态闭环 TO 轴时自动生成的，无法编写任何程序，仅供系统内部使用；后两个（MC-PreServo、MC-PostServo）则需要手动创建。

四、通信优先级与存储资源

• 通信优先级：通信任务的优先级为 1，这是最低优先级，所以其他事件可以中断通信处理。其他事件导致的中断可能会对扫描周期的通信处理产生负面影响，不过可以通过调整 "通信造成的周期负载" 百分比，来增加专用于通信处理的扫描周期部分。
• 存储资源：CPU 为每个 OB 优先级提供了临时（本地）存储器：
  • 16 KB 用于启动和程序循环（包括相关的 FB 和 FC）
  • 6 KB 用于其他中断事件（包括 FB 和 FC）
• 嵌套深度：指可从 OB 调用功能 (FC) 或功能块 (FB) 等程序代码块的深度：

注意：安全程序嵌套深度为 4 层。

• • 从程序循环 OB 或启动 OB 开始调用 FC 和 FB 等程序代码块，嵌套深度为 16 层；
  • 从其他中断 OB 开始调用 FC 和 FB 等程序代码块，嵌套深度为 6 层。

五、典型组织块详解

1. 程序循环 OB

• 功能：程序循环 OB 在 CPU 处于 RUN 模式时，周期性地循环执行。可在其中放置控制程序的指令或调用其它功能块（FC 或 FB）。主程序（Main）就是程序循环 OB，要启动程序执行，项目中至少要有一个程序循环 OB。操作系统每个周期调用该程序循环 OB 一次，从而启动用户程序的执行。
• 特性：S7-1200 允许使用多个程序循环 OB，按 OB 的编号顺序执行。OB1 是默认设置，其它程序循环 OB 的编号必须大于或等于 123。程序循环 OB 的优先级为 1，可被高优先级的组织块中断；程序循环执行一次需要的时间即为程序的循环扫描周期时间，最长循环时间缺省设置为 150ms。
• 操作系统执行过程：

操作系统启动扫描循环监视时间；

操作系统将输出过程映像区的值写到输出模块；

操作系统读取输入模块的输入状态，并更新输入过程映像区；

操作系统处理用户程序并执行程序中包含的运算；

当循环结束时，操作系统执行所有未决的任务，例如加载和删除块，或调用其他循环 OB；

最后，CPU 返回循环起点，并重新启动扫描循环监视时间。

• 使用示例：在循环组织块 OB123 中调用 FC1，步骤如下：

创建循环组织块 OB123；

创建功能 FC1；

在循环组织块 OB123 中调用 FC1。

2. 时间中断 OB10

• 功能：时间中断 OB 用于在时间可控的应用中定期运行一部分用户程序，可实现在某个预设时间到达时只运行一次；或者在设定的触发日期到达后，按每分 / 小时 / 天 / 周 / 月等周期运行。只有在设置并激活了时间中断，且程序中存在相应组织块的情况下，才能运行时间中断。
• 相关指令：
  • SET_TINTL（设置时间中断）：设置日期和时间中断，程序中断 OB 可以设置为执行一次，或者在分配的时间段内多次执行。
  • CAN_TINT（取消时间中断）：为指定的中断 OB 取消起始日期和时钟中断事件。
  • ACT_TINT（激活时间中断）：为指定的中断 OB 激活起始日期和时间中断事件。
  • QRY_TINT（查询时间中断状态）：为指定的中断 OB 查询日期和时间中断状态。
• 设置和激活方法：

方法 1：通过组态设置激活时间中断；

方法 2：通过调用 SET_TINTL 设置时间中断，调用 ACT_TINT 激活时间中断。

• 使用示例：从设定时间开始每分钟执行时钟中断 OB10，每次进入时钟中断将 MD200 加 1，步骤如下：

创建延时中断 OB10；

在 OB10 中编程，当触发时间中断时执行 MD200 加 1；

在 OB1 中编程，设置时间中断、激活时间中断、取消时间中断、查询时间中断。

• 常见问题注意事项：
  • 每次 CPU 启动之后，必须重新激活先前设置的时间中断；
  • 当参数 PERIOD 重复周期设置为每月，则必须将 SDT 参数的起始日期设置为 1 号到 28 号中的一天；
  • 如果组态时间中断时设置相应 OB 只执行一次，则启动时间一定不能为过去的时间（与 CPU 的实时时钟相关）；
  • 如果组态时间中断时设置周期性执行相应 OB，但启动时间已过，则将在下次的这个时间执行该时间中断；
  • 调用 ACT_TINT 激活的时间中断不会在激活结束前执行。

组织块作为 PLC 程序运行的核心机制，理解其类型、优先级和运行特性，对于编写高效、可靠的 PLC 程序至关重要。希望通过本文的介绍，能让大家对 OB 有更深入的认识，在实际编程中更好地运用组织块，实现复杂的控制逻辑。