在 Arduino Opta PLC中的阶梯逻辑（Ladder Logic）UDFB

用户定义功能块(UDFB)之于可编程逻辑控制器(PLC)就像功能之于微控制器一样。两者都是用于简化代码的结构，使其更容易编写，故障排除和维护。它们也是允许代码在将来被重用的基本结构。

本文概述了在Arduino Opta 1中使用的简单UDFB的构造。该UDFB采用Arduino PLC集成开发环境 1(IDE) 1.0.3.0版本开发。本文提出的广义UDFB思想和程序适用于大多数PLCs。

什么是UDFB?

UDFB是一种类型的程序组织单元(POU)，用于组织IEC 61131-3标准中描述的PLC代码。从C编程的角度来看，UDFB就像一个具有多个输入和输出的函数，其中包括所有变量的static关键字。换句话说，UDFB具有跨函数调用存在的内存。

为了清楚起见，我们应该提到另一种POU，简称为“函数”。与UDFB不同，POU函数不具有静态内存的特性。另一种进行比较的方法是使用数字逻辑语言，UDFB是一个顺序电路，而函数是一个组合(无内存)操作。

为了简单起见，我们有意将该函数与UDFB合并。从编程的角度来看，函数的操作可以由UDFB执行，而不是反过来。如果可以构造UDFB，那么构造更简单的函数就没有问题了。

小贴士 :一名机械技师和一名电气技师正在修理一台柴油发动机。工作进行得不是特别顺利，因为两人都认为问题出在对方的技术人员的驾驶室里。UDFB也是如此。即使是构造和文档最好的UDFB 也会受到一定程度的怀疑，特别是在故障排除事件发生几个小时后。构造一个好的微控制器函数的相同规则适用于UDFB。让它们简单，让它们把一件事做得很好。不要太聪明。相反，要简洁明了。

如何构建UDFB

最困难的任务之一是定义UDFB的行为。我们必须理解UDFB要执行的输入参数、输出和任务。我们还必须了解顶层程序将如何实例化(使用或调用)UDFB。在我看来，这是整个过程中最难的部分，因为编写UDFB的机制相对简单。

小贴士 :弗雷德·布鲁克斯在他的经典著作《 The Mythical Man-Month》中有一句老话。转述一下，它说我们需要计划一个迭代的设计过程，“因此计划扔掉一个;无论如何，你都会这么做。”我希望它不是那样的，但是我们经常需要构建并实例化UDFB作为学习经验的一部分。只有通过构建第一个原型，我们才能了解它是如何运作的，以及它对更大的软件项目的影响。

作为示例，我们将构建如图1中突出显示的UDFB。这个块被用作状态机的一部分。它的作用是充当看门人。如果机器的uiState状态变量等于1，并且启用了该块，则执行该行的其余部分。从C编程的角度来看，这就像一个以uiState为索引的开关语句。请注意，前缀ui是匈牙利语的无符号整数表示法。

这种特殊的构造导致了一个相对干净的阶梯逻辑。梯级3的英文描述是这样的:

1. 如果UDFB FBuiEqual被启用并且机器状态(uiState)继续

2. 另外，如果主开关是打开的

3. 同样，如果瞬时选择开关处于前进位置，则切换到状态2

4. 否则，如果瞬间选择开关处于反向位置，则切换到状态4

我们将在此结束，因为状态对于我们的UDFB讨论并不重要。也许我们可以在以后的文章中探讨状态机。相反，关注UDFB和它正在寻找的两个条件:是否启用和值是否匹配。

“设置输出线”功能的实用程序

注意，横档（rung ）从xEqual行而不是ENO行继续从UDFB开始。这是一个方便的Arduino PLC IDE功能，称为“Set Output Line.”。如果我们没有使用这个选项，就需要一个中间变量来保存eEqual的值，同时还需要第二个梯级来执行状态改变操作。这将使梯级的数量增加一倍，从而降低代码的可读性。

图 1 :突出显示的UDFB在第3行上实例化，其操作类似于C程序中的switch语句。

定义输入和输出接口

构造UDFB的第一步是确定输入/输出接口以及所需的变量。这是使用图2上半部分所示的局部变量表完成的。观察有两个标记为uiA和uiB的无符号整数(ui)输入。还有一个布尔(x)输出名为xEqual。没有显示隐含的“rung hanging”EN和ENO I/O。这些元素在图1中很明显，它显示了实例化的UDFB。

小贴士 :正如您所知，PLC可以用几种不同的IEC 61131-3语言编程。当我们在语言之间切换时，事情就变得有趣了。例如，将块挂在阶梯逻辑梯级上的默认EN和ENO行在所有语言中都不是通用的。很明显，像结构化文本这样的语言并没有图形化的梯级。因此，“rung hanging”的I/O没有直接的目的，或者至少我们应该说，目的和实现是可以解释的。Arduino设计团队似乎忽略了这些行，例如在结构化文本中调用EQ函数:OUT:= EQ(TRUE, FALSE);如您所见，EN和ENO行不存在，因为该函数只分析要比较的两个值。

对了，还记得我说过的“搭上去就扔了”吗?UDFB中有一个bug。你永远不会在阶梯逻辑实现中看到它，但它可能是结构化文本的问题。我把问题留给你自己去发现。提示:我们的UDFB需要多少输入参数(隐式和显式)。

定义UDFB操作

图2所示的表包含两个局部变量，包括eEN和xisEqual。在第一级，我们有一个equal函数的实例化。在第2行，我们询问是否启用了UDFB，以及两个值是否相等。请注意，UDFB的操作与原来的相等函数之间存在细微的差别。根据Arduino文档，EQ块的EN行不涉及操作。对于UDFB，我们放置了一个额外的约束，该约束要求启用块以及UDFB求值为true的值相等。

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图 2 :通过定义I/O接口、变量和代码来构造UDFB。

最后

UDFB是PLC编程的一个强大的、必须具备的技术。UDFB可以简化代码，并提供预构建和测试模块的有价值的库。与此同时，我要再次提醒您为了清晰而编程。不要太聪明!难以理解的UDFB可能会给故障排除过程增加混乱和延迟。这是非常不可取的，因为当我们考虑到生产损失，商誉损失，浪费材料，闲置劳动力以及恢复目标的高加班成本时，PLC的停机是非常昂贵的。