倍福模块专营    

三菱 PLC 的结构化编程（Structured Programming）是基于 IEC 61131-3 标准的编程方法，通过模块化、分层化的结构组织程序，提高代码的可读性、复用性和维护性，尤其适合复杂控制系统。三菱 FX 系列（如 FX5U）、Q 系列、L 系列等支持结构化编程，核心是通过功能块（FB）、函数（FUN）、程序组织单元（POU） 等元素实现。

一、结构化编程的核心要素

1. 程序组织单元（POU）

POU 是结构化编程的基本单元，分为三类：

• 主程序（Main）：程序入口，负责调用其他 POU，整个项目只有 1 个主程序。

• 功能块（FB，Function Block）：带内部状态（背景数据块）的可复用模块，如 “电机控制 FB”“定时器 FB”，调用时需分配实例（Instance）存储数据。

• 函数（FUN，Function）：无内部状态的计算模块（如数学运算、数据转换），输入参数决定输出，无记忆功能。

2. 数据类型

支持自定义数据类型（UDT，User-Defined Type），将多个相关变量组合为一个类型（如 “电机参数” 包含速度、位置、状态等），简化变量管理。

3. 调用关系

通过 “主程序→FB/FUN→子 FB/FUN” 的层级调用，实现逻辑分层，避免传统梯形图中大量线圈和触点的混乱。

二、三菱 PLC 结构化编程的实现步骤（以 GX Works3 为例）

1. 新建结构化项目

在 GX Works3 中选择 “结构化工程”，默认生成主程序（Main），并支持添加 FB、FUN、UDT 等。

2. 定义自定义数据类型（UDT）

例如，定义 “电机控制参数” UDT：

plaintext

TYPE 电机参数 :
STRUCT
  目标速度: INT;       // 单位：rpm
  运行状态: BOOL;      // TRUE=运行，FALSE=停止
  故障信号: BOOL;      // TRUE=故障
  位置反馈: DINT;      // 脉冲数
END_STRUCT
END_TYPE

3. 创建功能块（FB）

以 “单轴电机控制 FB” 为例，封装启动、停止、故障复位等逻辑：

• 输入参数（IN）：启动信号（Start）、停止信号（Stop）、复位信号（Reset）。

• 输出参数（OUT）：运行中（Running）、故障输出（Alarm）。

• 内部变量（VAR）：状态寄存器、定时器等。

• 背景数据块（Instance DB）：存储 FB 的运行状态（如当前速度、位置），每次调用 FB 需分配独立的背景 DB。

FB 内部逻辑（梯形图或 SCL）：

plaintext

// 启动逻辑
IF Start AND NOT Stop AND NOT Alarm THEN
  Running := TRUE;
  输出脉冲 := 目标速度;  // 控制驱动器的脉冲输出
END_IF;

// 停止逻辑
IF Stop OR Alarm THEN
  Running := FALSE;
  输出脉冲 := 0;
END_IF;

// 故障检测
IF 驱动器故障信号 THEN
  Alarm := TRUE;
END_IF;

// 故障复位
IF Reset THEN
  Alarm := FALSE;
END_IF;

4. 创建函数（FUN）

例如，创建 “速度换算函数”，将 rpm 转换为脉冲频率：

plaintext

FUNCTION 速度转频率 : INT
VAR_INPUT
  电机转速: INT;       // 输入：rpm
  编码器线数: INT;     // 输入：线数/转
END_VAR
// 公式：频率 = 转速 × 编码器线数 × 4（倍频） / 60
速度转频率 := 电机转速 * 编码器线数 * 4 / 60;
END_FUNCTION

5. 主程序（Main）调用 FB 和 FUN

在主程序中实例化 FB，并调用函数处理数据：

plaintext

// 实例化电机控制FB（分配背景DB1）
VAR
  电机1控制: 电机控制FB(背景DB1);  // 实例1
  电机2控制: 电机控制FB(背景DB2);  // 实例2
  目标频率: INT;
END_VAR

// 调用速度换算函数，计算电机1的目标频率
目标频率 := 速度转频率(电机转速:=1500, 编码器线数:=1000);

// 给电机1的FB赋值参数
电机1控制.目标速度 := 目标频率;
电机1控制.Start := X0;    // 启动信号接X0
电机1控制.Stop := X1;     // 停止信号接X1
电机1控制.Reset := X2;    // 复位信号接X2

// 调用电机1控制FB
电机1控制();

// 输出结果到Y0（运行指示）、Y1（故障指示）
Y0 := 电机1控制.Running;
Y1 := 电机1控制.Alarm;

三、结构化编程的优势

1. 模块化复用：FB/FUN 可在多个项目中重复使用（如标准化的 “阀门控制 FB”“温度调节 FB”），减少重复编程。

2. 逻辑清晰：通过层级调用（主程序→FB→子 FB），将复杂系统拆解为独立功能模块，便于团队分工开发。

3. 易于维护：修改某一模块（如电机控制逻辑）时，只需调整对应 FB，不影响其他部分，降低调试难度。

4. 支持复杂算法：结合结构化文本（SCL）语言，可实现梯形图难以表达的数学运算、逻辑判断（如 PID 算法、路径规划）。

四、注意事项

1. 变量作用域：FB 的内部变量仅在本 FB 有效，输入 / 输出参数通过外部传递，避免全局变量滥用。

2. 背景数据块管理：每个 FB 实例需独立的背景 DB，避免数据冲突（如电机 1 和电机 2 的背景 DB 需分开）。

3. PLC 型号支持：FX3U 及以下型号仅支持简单结构化（如子程序调用），FX5U、Q 系列、L 系列完全支持 FB/FUN/UDT。

4. 编程语言选择：梯形图适合逻辑控制，SCL 适合复杂计算，可混合使用（如 FB 内部用 SCL，主程序用梯形图）。

五、应用场景

• 多轴运动控制系统（如流水线多电机同步）。

• 带复杂逻辑的设备（如包装机、注塑机）。

• 需标准化、复用性高的项目（如批量生产的设备系列）。

通过结构化编程，三菱 PLC 可高效应对复杂控制需求，尤其在大型项目中优势显著，是现代 PLC 编程的主流方法。