TIA Portal 功能块图简明教程

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工业自动化依赖多种编程语言来有效实现控制逻辑。在 IEC 61131-3 标准化的五种语言中，功能块图（FBD）是其中的佼佼者。这种图形化编程语言为工程师提供了一款强大的工具，用于在 TIA Portal 环境中设计复杂的控制序列。FBD 以能够利用预定义功能块而著称——这些功能块涵盖数学运算、定时器、计数器和逻辑函数。它们运行在一块可视画布上，通过代表数据流的线条相互连接，让复杂自动化系统的设计、调试和维护变得可行。

功能块图（FBD）语言是西门子 TIA Portal 生态的一部分，通过图形化编程助力创建精密的控制算法。借助 FBD 语言，工程师可以通过选择并连接功能块来搭建控制逻辑，构成连贯而高效的控制序列。

在本教程中，你将学会如何在 TIA Portal 中发挥 FBD 语言的威力，创建各种控制逻辑场景。我们将一步步带你完成添加新块、连接功能块以及使用 FBD 语言指令库的操作。教程涵盖三个实用程序：实现布尔代数、建模线性方程，以及编写一个电机控制应用。

0、前置要求

要跟随本教程，你需要安装 TIA Portal。我们将使用当时的最新版本（v18），但你也可以使用任何其他版本。不需要额外的硬件或软件。

1、在 TIA Portal 中用 FBD 语言编程

首先创建一个新的 TIA Portal 项目。完成后，在项目树中点击"添加新设备"。

然后，你可以选择任何一款心仪的 CPU；所有西门子 PLC 型号都支持 FBD。这里我们使用 1511-1 PN CPU，然后点击"确定"。

站点创建完成后，我们可以添加一个新的 FBD 程序块。在项目树的程序块部分点击"添加新块"。

FBD 语言可用于 OB、FB 和 FC。这里我们创建一个 FB。在"添加新块"窗口中选择"函数块"，然后打开语言列表并选择"FBD"。

接下来，给块起个名字并点击"确定"。

块创建完成后，我们就进入了 FBD 编程界面。

FBD 语言是一种图形化语言，允许你利用预定义功能块——如数学运算、定时器、计数器、逻辑运算等——来创建复杂的控制序列。FBD 运行在一块可视画布上，功能块之间通过代表数据流的线条互连。用户通过排列和连接这些块来设计逻辑，实现所需的控制行为。

1. 块接口：与任何其他 FB 块一样，FBD 块有一个接口，你可以在其中定义块的输入、输出、常量、临时变量等。
2. 工作区：在这里组装并连接功能块。
3. 指令：包含 FBD 语言中所有可用的功能块，如位逻辑运算、定时器、数学函数等。

为了演示 FBD 语言的工作方式，我们将为 3 个应用创建 3 个小程序。第一个程序包含一个布尔代数方程，第二个程序包含一个简单的线性数学方程，第三个程序包含一个简单的电机控制应用。

2、布尔代数

先从布尔代数方程开始。我们将对这个简单方程 (A+B)(C+D) = D 进行建模——它可以翻译为 ( A OR B ) AND ( C OR D ) 等于 E。为此，我们将使用 FB 的 Network 1。

要建模这个方程，我们只使用位逻辑运算。打开基本指令部分的"位逻辑运算"文件夹，你会在这里找到所有常见的布尔指令，如 AND/OR 运算符、赋值、置位、复位等。

首先添加一个 OR 运算符。在指令列表中选择 OR 运算符（ >=1 ）并拖到工作区。

OR 功能块出现在工作区中。它左侧有两个输入，用于指定布尔标签/元素；还有一个输出，包含运算的逻辑结果。

接下来，在接口中创建两个布尔输入（A 和 B），我们将在块中用它们对方程的 A + B 部分建模。

完成后，把这些输入添加到块中，如下图所示。

现在，重复此操作以创建 C + D 部分。在接口中再创建两个布尔输入（C 和 D），并把它们添加到第二个 OR 功能块。

现在两个 OR 部分都有了。下一步是把这两个块的结果输出连接到一个 AND 功能块。在指令部分选择 AND 运算（ & ）并拖到第一个 OR 块的输出上。

AND 块被添加到工作区，其第一个输入已连接到第一个 OR 块的输出。不过你可以注意到，它还没有连接到第二个 OR 块。

要把第二个 OR 块连接到 AND 块，选中它的输出并拖到 AND 块的第二个输入上。

第二个 OR 块就连上了 AND 块。

方程的搭建已接近完成；最后一步是在 AND 块的输出处取出结果。为此，我们需要在 AND 块的输出上添加一个赋值功能块。在指令中选择赋值功能块（ = ）并拖到 AND 块的输出上。

赋值功能块出现在工作区中，其输入直接连到 AND 块的输出。它让我们取出逻辑结果并放进一个标签或接口元素。

之后，在块的接口中创建一个布尔输出（E）并把它添加到赋值块。

至此，我们完成了用 FBD 语言对方程的建模。

这里要讲的最后一点是如何给块添加输入。当块需要两个以上的输入时，每个块都有一个小的黄色星形图标，可以用来给块添加更多输入。

点击这些图标中的任意一个，就会给块添加一个输入。点击两个 OR 块上的黄色星形图标。

完成后，创建一个新的布尔输入（Flag）并把它添加到新建的输入上。

3、线性方程

接下来我们看线性方程。这里将对一个简单的数学线性方程（Y = AX + B）建模，它由一次乘法后跟一次加法构成。为此我们将使用 Network 2。

这个应用将使用数学函数。你可以在基本指令部分的"数学函数"文件夹中找到它们。

首先在接口中创建两个整数元素：X 作为输入，Y 作为输出。

接下来，选中一个乘法（MUL）功能块并拖入工作区。

这会添加一个乘法块。它有两个可扩展的输入用于相乘的元素，一个输出用于结果。它还有 EN 和 ENO I/O，用于块的执行顺序控制。

接下来需要添加一个函数块。在指令列表中选中它并拖到乘法块的 ENO 输出上。

这会创建一个加法功能块，通过它的 EN 输入与乘法块相连。如你所见，无法把乘法块的结果直接连到加法块的某个输入上——只有布尔结果才能这样直接连接。

之后，需要给块添加 I/O。按下图所示填写各块的 I/O。

最后要做的是把乘法结果传给加法块的输入。为此，我们使用一个临时接口元素作为块之间的桥梁。创建一个 temp 元素，添加到乘法块的输出和加法块的输入上。

至此，方程的建模就完成了。

4、电机控制

在最后一节中，我们将在 Network 3 中编写一个小型电机控制应用。

我们将以下面这个梯形图（LADDER）程序为基础，构建它在 FBD 中的等价实现。

两个并联支路（包含 #Start 和 #Motor）对应一个 OR 运算。接着 #Stop 元素与前面的元素串联，对应一个 AND 运算。最后，结果被赋值给 #Motor 元素。因此，要复现这个程序，我们需要一个 OR 运算符、一个 AND 运算符和一个赋值。

先添加一个 OR 块。选中它（>=1）并拖到工作区。

然后重复同样的步骤，但这次添加一个 AND 运算符并连接到 OR 块的输出。

由于 #Stop 触点是常闭的，我们需要对 AND 块的第二个输入取反。选择一条"取反"指令并拖到 AND 块的第二个输入上。

需要添加的最后一个块是 AND 块输出上的赋值块。选中它并拖到 AND 块的输出上。

现在，你可以在接口中创建所需的 I/O（#Start、#Stop 和 #Motor），类型为布尔。

完成后，把它们添加到功能块中，如下图所示。

至此，FBD 形式的电机控制程序就完成了。

5、结束语

在本教程中，你学会了如何在 TIA Portal 环境中发挥西门子功能块图（FBD）语言的威力。你按照分步说明完成了三个程序：一个布尔代数方程、一个线性数学方程和一个电机控制应用。这些应用涵盖了使用 FBD 语言执行的最常见的操作。通过这些动手练习，你获得了利用 FBD 图形化方式设计和实现控制逻辑的实践经验。

功能块图（FBD）语言是工业自动化中创建控制逻辑的强大工具。FBD 通过提供表达复杂算法的可视化手段，让工程师能更清晰地设计、调试和维护控制系统。代表各种运算的功能块相互连接，对复杂的控制行为建模，从而无缝实现数学计算、定时操作和逻辑控制。借助 FBD，自动化工程师可以弥合复杂算法与实际落地之间的鸿沟，提升工业自动化的效率和准确性。

原文链接: An Introduction to the Function Block Diagram (FBD) Language in TIA Portal

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