函数与函数块

SCL 支持三种程序组织单元 (POU, Program Organization Unit)：FUNCTION、FUNCTION_BLOCK 和 PROGRAM。此外还支持 METHOD、PROPERTY 和 INTERFACE 等面向对象扩展。正确选择 POU 类型是结构化 PLC 编程的基础。

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1. FUNCTION (FC) — 无记忆逻辑函数

FUNCTION（无记忆函数）适合纯组合逻辑运算：输入相同则输出永远相同，不依赖内部状态。

声明语法

FUNCTION 函数名 : 返回数据类型
VAR_INPUT
    输入变量名 : 数据类型;
    // ...
END_VAR
VAR_OUTPUT
    输出变量名 : 数据类型;
    // ...
END_VAR
VAR_IN_OUT
    输入输出变量名 : 数据类型;
    // ...
END_VAR
VAR
    临时变量 : 数据类型;
    // ...
END_VAR
    // 函数体代码
    // 必须给函数名赋值
    函数名 := 返回值;
END_FUNCTION

示例：温度单位转换

FUNCTION CelsiusToFahrenheit : REAL
VAR_INPUT
    celsius : REAL;
END_VAR
    CelsiusToFahrenheit := celsius * 9.0 / 5.0 + 32.0;
END_FUNCTION

示例：多输出 FC

FUNCTION MinMax : VOID
VAR_INPUT
    value1 : REAL;
    value2 : REAL;
    value3 : REAL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    minVal : REAL;
    maxVal : REAL;
END_VAR
    minVal := value1;
    maxVal := value1;

    IF value2 < minVal THEN minVal := value2; END_IF;
    IF value3 < minVal THEN minVal := value3; END_IF;
    IF value2 > maxVal THEN maxVal := value2; END_IF;
    IF value3 > maxVal THEN maxVal := value3; END_IF;
END_FUNCTION

使用指导

• 适用场景：数学运算、数据转换、校验计算、逻辑判断
• 无持久记忆：每次调用初始化为默认值，不保留历史状态
• 全局变量：可通过访问全局变量 "全局变量名" 来获取外部状态
• 返回值：必须给函数名赋值，否则返回未定义值

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2. FUNCTION_BLOCK (FB) — 带记忆函数块

FUNCTION_BLOCK（带记忆函数块）适合需要保持状态的逻辑：定时器、计数器、PID 调节器、轴控制等。

声明语法

FUNCTION_BLOCK 函数块名
VAR_INPUT
    输入变量 : 数据类型;
    // 由调用方赋值
END_VAR
VAR_OUTPUT
    输出变量 : 数据类型;
    // 由 FB 内部赋值，调用方读取
END_VAR
VAR_IN_OUT
    输入输出变量 : 数据类型;
    // 引用传递
END_VAR
VAR
    私有变量 : 数据类型;
    // 内部状态，保持持久
END_VAR
    // 执行逻辑
    // 可以访问和修改 VAR 和 VAR_OUTPUT 变量
END_FUNCTION_BLOCK

示例：边缘检测 (R_TRIG)

FUNCTION_BLOCK R_TRIG
VAR_INPUT
    CLK : BOOL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    Q : BOOL;
END_VAR
VAR
    M : BOOL;
END_VAR
    Q := CLK AND NOT M;
    M := CLK;
END_FUNCTION_BLOCK

示例：累加平均器

FUNCTION_BLOCK MovingAverage
VAR_INPUT
    x : REAL;
    enable : BOOL;
    reset : BOOL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    average : REAL;
    count : UINT;
END_VAR
VAR
    sum : REAL;
    n : UINT;
END_VAR
    IF reset THEN
        sum := 0.0;
        n := 0;
        average := 0.0;
        count := 0;
    ELSIF enable THEN
        sum := sum + x;
        n := n + 1;
        count := n;
        IF n > 0 THEN
            average := sum / INT_TO_REAL(n);
        END_IF;
    END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK

使用指导

• 适用场景：定时器、计数器、状态机、轴控制、PID 调节、滤波器
• 持久记忆：VAR 和 VAR_OUTPUT 变量在两次调用之间保持值不变
• 实例化：必须创建实例才能使用（见第 8 节）
• 生命周期：实例数据存储在背景数据块 (Instance DB) 中

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3. PROGRAM — 主程序组织单元

PROGRAM 是 PLC 执行循环的顶层入口，由操作系统周期性调用。

声明语法

PROGRAM 程序名
VAR_INPUT
    // ...
END_VAR
VAR_OUTPUT
    // ...
END_VAR
VAR
    // 私有变量，保持持久
END_VAR
    // 主循环逻辑
END_PROGRAM

示例：主循环

PROGRAM MainCycle
VAR_INPUT
    emergencyStop : BOOL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    systemReady : BOOL;
END_VAR
VAR
    rTrig1 : R_TRIG;
    alarmActive : BOOL;
END_VAR
    // 急停检查
    IF emergencyStop THEN
        systemReady := FALSE;
        // 调用安全停止逻辑
        StopAllAxes();
        RETURN;
    END_IF;

    // 边缘检测
    rTrig1(CLK := emergencyStop);
    IF rTrig1.Q THEN
        alarmActive := TRUE;
    END_IF;

    systemReady := TRUE;

    // 调用其他 FC/FB
    MainSequence();
END_PROGRAM

使用指导

• 顶级入口：在 Darra PLC 项目中，OB1 是默认的主 PROGRAM
• 持久记忆：VAR 变量在扫描周期之间保持值
• 不自带参数传递：通常通过全局变量 "全局DB".变量 与其他 POU 通信
• 可调用：内部可以调用 FC、FB 实例和其他 POU

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4. METHODS — FB 方法

声明语法

FUNCTION_BLOCK 函数块名
VAR_INPUT
    // ...
END_VAR
VAR
    // 私有变量
END_VAR

METHOD 方法名 : 返回类型
VAR_INPUT
    参数名 : 数据类型;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    // ...
END_VAR
    // 方法体
    方法名 := 计算结果;
END_METHOD

END_FUNCTION_BLOCK

示例：带方法的 FB

FUNCTION_BLOCK AxisControl
VAR_INPUT
    position : REAL;
    velocity : REAL;
END_VAR
VAR
    currentPos : REAL;
    targetPos : REAL;
    enabled : BOOL;
END_VAR

METHOD Enable : BOOL
VAR_INPUT
    enable : BOOL;
END_VAR
    enabled := enable;
    Enable := enabled;
END_METHOD

METHOD MoveTo : BOOL
VAR_INPUT
    target : REAL;
    speed : REAL;
END_VAR
    targetPos := target;
    velocity := speed;
    currentPos := currentPos + 0.001; // 模拟运动
    MoveTo := ABS(targetPos - currentPos) < 0.01;
END_METHOD

METHOD GetPosition : REAL
    GetPosition := currentPos;
END_METHOD

    // FB 主执行体（在每个扫描周期被调用）
    IF enabled THEN
        currentPos := position;
    END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK

调用方式

VAR
    axis1 : AxisControl;
    atTarget : BOOL;
END_VAR

axis1.Enable(enable := TRUE);
atTarget := axis1.MoveTo(target := 100.0, speed := 10.0);

方法重载

SCL 支持方法重载，通过参数数量或类型区分：

FUNCTION_BLOCK Calculator

METHOD Add : REAL
VAR_INPUT
    a : REAL;
    b : REAL;
END_VAR
    Add := a + b;
END_METHOD

METHOD Add : REAL
VAR_INPUT
    a : REAL;
    b : REAL;
    c : REAL;
END_VAR
    Add := a + b + c;
END_METHOD

END_FUNCTION_BLOCK

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5. PROPERTIES — FB 属性 (GET / SET)

声明语法

FUNCTION_BLOCK 函数块名
VAR
    _value : REAL;
    _min : REAL;
    _max : REAL;
END_VAR

PROPERTY Value : REAL
    GET
        Value := _value;
    END_GET
    SET
        IF _min <= Value AND Value <= _max THEN
            _value := Value;
        END_IF;
    END_SET
END_PROPERTY

PROPERTY ClampedValue : REAL
    GET
        ClampedValue := _value;
    END_GET
END_PROPERTY

END_FUNCTION_BLOCK

使用示例

VAR
    sensor : FB_Sensor;
    v : REAL;
END_VAR

// SET——调用属性的 SET 访问器
sensor.Value := 25.5;

// GET——调用属性的 GET 访问器
v := sensor.Value;

使用指导

• GET 只读：只声明 GET 不声明 SET 即为只读属性
• SET 验证：可在 SET 中添加范围检查、触发事件等额外逻辑
• 命名约定：私有变量建议加 _ 前缀（如 _value）以区别于属性名

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6. VAR_IN_OUT — 引用参数传递

声明语法

VAR_IN_OUT 实现引用传递 (pass by reference)，调用方必须传入变量（非字面量），FB/FC 内部对该变量的修改会直接反映到调用方。

FUNCTION_BLOCK FB_Controller
VAR_IN_OUT
    // 引用传递实际变量，函数内修改直接反映到外部
    refValue : REAL;
    refArray : ARRAY[0..9] OF INT;
END_VAR
VAR_INPUT
    gain : REAL;
END_VAR
    refValue := refValue * gain;
END_FUNCTION_BLOCK

调用方式

VAR
    ctrl : FB_Controller;
    processVar : REAL := 10.0;
    data : ARRAY[0..9] OF INT;
END_VAR

// 必须传入变量，不能传常量
ctrl(refValue := processVar,
     refArray := data,
     gain := 2.0);
// processVar 已被修改为 20.0

与 VAR_OUTPUT 区别

特性	VAR_OUTPUT	VAR_IN_OUT
传递方式	值传递（内部复制）	引用传递（直接操作原变量）
可传字面量	是	否（必须传变量）
内部修改	影响 FB 内部副本	直接修改调用方变量
适用场景	计算结果返回	需要修改调用方数据

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7. 调用约定 — 位置绑定 vs 命名绑定

位置绑定 (Positional)

按参数声明顺序直接填入值，不写参数名：

// 假设 FC 声明为：FUNCTION Calc : REAL (a:REAL, b:REAL, op:INT)
result := Calc(10.0, 20.0, 1);  // 位置绑定

优点：简洁 缺点：参数顺序必须完全正确，参数多时易错，可读性差

命名绑定 (Named)

显式指定参数名，不依赖顺序：

result := Calc(a := 10.0, b := 20.0, op := 1);
result := Calc(op := 1, a := 10.0, b := 20.0);  // 顺序无关

优点：可读性好，允许中间参数使用默认值，顺序任意 缺点：稍长

混合使用

// 允许前几个参数位置绑定，其余命名绑定
result := Calc(10.0, 20.0, op := 1);

推荐做法

• 参数 ≤ 3 个：可选位置绑定，适合简单辅助函数
• 参数 ≥ 4 个：强制命名绑定，提高可维护性
• FB 调用：始终使用命名绑定，提升代码可读性

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8. FB 实例化

单实例 (Single Instance)

VAR
    // 声明一个 FB 实例
    myTimer : TON;
    elapsed : BOOL;
END_VAR

// 调用实例（隐式传递输入参数）
myTimer(IN := trigger, PT := T#5S);
elapsed := myTimer.Q;

多实例 (Multi-Instance)

在另一个 FB 中声明多个实例：

FUNCTION_BLOCK FB_MultiAxisController
VAR
    // 多实例声明
    axisX : AxisControl;
    axisY : AxisControl;
    axisZ : AxisControl;
END_VAR
    // 分别调用每个实例
    axisX(position := xPos, velocity := 100.0);
    axisY(position := yPos, velocity := 100.0);
    axisZ(position := zPos, velocity := 100.0);
END_FUNCTION_BLOCK

实例数组 (Array of Instances)

FUNCTION_BLOCK FB_ArrayController
VAR
    // 实例数组（最多 8 个轴）
    axes : ARRAY[1..8] OF AxisControl;
    i : INT;
END_VAR
    FOR i := 1 TO 8 DO
        axes[i](position := posArray[i],
                velocity := velArray[i]);
    END_FOR;
END_FUNCTION_BLOCK

实例化指导

方式	语法	存储位置	适用场景
单实例	timer : TON;	调用方背景 DB	少量使用
多实例	在 FB 内声明其他 FB	当前 FB 的背景 DB	模块化封装
实例数组	axes : ARRAY[1..N] OF FB_Type;	当前 FB 的背景 DB	同类设备批量控制

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9. 递归支持

递归函数

FUNCTION Factorial : DINT
VAR_INPUT
    n : DINT;
END_VAR
    IF n <= 1 THEN
        Factorial := 1;
    ELSE
        Factorial := n * Factorial(n := n - 1);
    END_IF;
END_FUNCTION

限制与注意事项

• 有限递归深度：Darra PLC 运行时限制递归深度，默认上限为 32 层（可通过编译器选项调整）
• 无栈溢出保护：深度超过限制时行为未定义，设计时需确保递归深度可控
• 不建议在循环中断中使用：递归可能增加扫描周期抖动
• 替代方案：对于深度不确定的递归，优先使用迭代（FOR / WHILE 循环）替代

迭代替代示例

FUNCTION FactorialIter : DINT
VAR_INPUT
    n : DINT;
END_VAR
VAR
    i : DINT;
    result : DINT;
END_VAR
    result := 1;
    FOR i := 2 TO n DO
        result := result * i;
    END_FOR;
    FactorialIter := result;
END_FUNCTION

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10. 内联函数

当前版本不支持内联函数（inline 关键字）。以下替代方案可供参考：

需求	替代方案
避免函数调用开销	将逻辑直接写在调用处
代码复用	使用 FUNCTION 封装，编译器优化
宏定义效果	使用全局常量 + 表达式

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11. INTERFACE / IMPLEMENTS

接口声明

INTERFACE I_MotionControl
METHOD
    Enable : BOOL;
    Disable : BOOL;
    MoveTo : BOOL;
    GetState : INT;
END_INTERFACE

实现接口

FUNCTION_BLOCK FB_ServoAxis IMPLEMENTS I_MotionControl
VAR
    enabled : BOOL;
    state : INT;
END_VAR

METHOD Enable : BOOL
    enabled := TRUE;
    state := 1;
    Enable := TRUE;
END_METHOD

METHOD Disable : BOOL
    enabled := FALSE;
    state := 0;
    Disable := TRUE;
END_METHOD

METHOD MoveTo : BOOL
VAR_INPUT
    target : REAL;
    speed : REAL;
END_VAR
    // 运动控制逻辑
    MoveTo := TRUE;
END_METHOD

METHOD GetState : INT
    GetState := state;
END_METHOD

    // FB 主执行体
    IF enabled THEN
        // 周期执行逻辑
    END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK

多态调用

VAR
    // 接口引用变量
    motion : I_MotionControl;
    servo1 : FB_ServoAxis;
    status : BOOL;
END_VAR

// 将 FB 实例赋给接口引用
motion := servo1;
status := motion.Enable();

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12. 访问修饰符 (Access Specifiers)

修饰符	作用域	说明
PUBLIC	任意位置	默认访问级别，外部可读写
PRIVATE	本 FB 内部	仅当前 FB 的方法可访问，子类不可见
PROTECTED	本 FB 及其子类	当前 FB 和继承它的子类可访问，外部不可见

示例

FUNCTION_BLOCK FB_BaseController
VAR
    // 默认 PUBLIC
    command : INT;

    PRIVATE
        _internalState : INT;
        _errorCode : INT;

    PROTECTED
        _protectedCounter : INT;
        _mode : INT;
END_VAR

METHOD PUBLIC Reset : BOOL
    _internalState := 0;  // OK：本 FB 内可访问 PRIVATE
    _errorCode := 0;
    Reset := TRUE;
END_METHOD

METHOD PROTECTED CalcError : BOOL
    // 仅供本 FB 和子类调用
    CalcError := _errorCode <> 0;
END_METHOD
END_FUNCTION_BLOCK

使用指导

• PRIVATE：封装内部实现细节，防止外部意外修改
• PROTECTED：为子类预留扩展点，同时对外部隐藏实现
• PUBLIC：公开 API 接口，保持稳定

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13. 对比总结表

特性	FUNCTION (FC)	FUNCTION_BLOCK (FB)	PROGRAM	METHOD
持久记忆	无	有（VAR 变量保持）	有	继承 FB 记忆
实例化	不需要	必须实例化	编译时自动	绑定 FB 实例
背景数据块	无	有（Instance DB）	有	共享 FB 的 DB
返回值	必须（可 VOID）	无	无	可选
调用方式	直接调用	实例调用	系统调用	实例.方法()
适用场景	纯函数运算	带状态模块	顶层循环	模块化操作
重载	不支持	不支持	不支持	支持
接口实现	不支持	支持 IMPLEMENTS	不支持	接口成员
属性	不支持	支持 PROPERTY	不支持	不支持
访问修饰符	不适用	支持	不适用	支持
递归	有限支持	有限支持	有限支持	有限支持
VAR_IN_OUT	支持	支持	支持	支持

选择指南

如果...	选择...
只需要一个计算结果，不依赖历史值	FUNCTION
需要保持状态（计时、计数、累计）	FUNCTION_BLOCK
需要多个相同模块（多轴、多温区）	FUNCTION_BLOCK + 多实例
需要顶层循环入口	PROGRAM
需要封装 FB 的特定操作	METHOD
需要对外暴露可控属性	PROPERTY
需要多态和接口契约	INTERFACE + IMPLEMENTS

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附：完整示例 — 带属性的限幅器 FB

FUNCTION_BLOCK FB_Limiter
VAR_INPUT
    rawValue : REAL;
    reset : BOOL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    clampedValue : REAL;
    limitActive : BOOL;
END_VAR
VAR
    PRIVATE
        _lower : REAL := 0.0;
        _upper : REAL := 100.0;
    PROTECTED
        _clampCount : UDINT;
END_VAR

PROPERTY LowerLimit : REAL
    GET
        LowerLimit := _lower;
    END_GET
    SET
        _lower := Value;
    END_SET
END_PROPERTY

PROPERTY UpperLimit : REAL
    GET
        UpperLimit := _upper;
    END_GET
    SET
        _upper := Value;
    END_SET
END_PROPERTY

METHOD PUBLIC ResetCount : BOOL
    _clampCount := 0;
    ResetCount := TRUE;
END_METHOD

METHOD PROTECTED GetClampCount : UDINT
    GetClampCount := _clampCount;
END_METHOD

    // 主执行体
    IF reset THEN
        _clampCount := 0;
    END_IF;

    IF rawValue < _lower THEN
        clampedValue := _lower;
        limitActive := TRUE;
        _clampCount := _clampCount + 1;
    ELSIF rawValue > _upper THEN
        clampedValue := _upper;
        limitActive := TRUE;
        _clampCount := _clampCount + 1;
    ELSE
        clampedValue := rawValue;
        limitActive := FALSE;
    END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK

调用示例

VAR
    limiter : FB_Limiter;
    result : REAL;
    active : BOOL;
END_VAR

// 配置限幅
limiter.LowerLimit := -50.0;
limiter.UpperLimit := 150.0;

// 周期调用
limiter(rawValue := RawSignal,
        reset := FALSE);
result := limiter.clampedValue;
active := limiter.limitActive;

// 读取钳位次数（需要 PROTECTED 方法——仅供子类扩展）
// limiter.GetClampCount();  // 外部不可调用，编译错误