常州SIEMENS西門子PLC模塊S7-300代理商         常州SIEMENS西門子PLC模塊S7-300代理商

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面向?qū)ο缶幊淌怯嬎銠C高級語言的一種先進的編程模式，在工業(yè)控制系統(tǒng)的PLC程序中也可以采用這種設(shè)計思想，雖然我們無法實現(xiàn)面向?qū)ο蟮暮芏嗵攸c如“繼承”，甚至于它根本就不具備面向?qū)ο缶幊陶Z言的特點，但面向?qū)ο缶幊痰幕靖拍罹褪穷惡皖惖膶嵗磳ο螅?，我們只需要使用這種概念就可以了。在計算機編程中我們需要把一些事物抽象和歸納，才能編寫類，而在工業(yè)控制系統(tǒng)中，控制對象如：電機，閥等等是很明顯的控制類別，不需要抽象就可以很明顯的針對它們編寫類，以下將會用到西門子的Step7編程語言和施奈德的Unity編程語言來講解PLC的面向?qū)ο缶幊獭?/p>

    一、實現(xiàn)方式

    面向?qū)ο缶幊淘赟tep7中使用功能塊（即FB）編程，一談到此大家就會想到西門子提出的模塊化編程，不錯，就是這個模塊化編程，但西門子提出的模塊化、背景數(shù)據(jù)塊、多重背景等名詞并不能讓大家很明白的理解和使用這設(shè)計理念。如果大家從面向?qū)ο缶幊痰慕嵌热ダ斫?，則可以很好的理解這種設(shè)計模式。“FB塊”被看成“類”，它可以被看成是對相似的控制對象的代碼歸納，如對MM440的變頻器可以編寫FB塊:MtrMM440,這在面向?qū)ο缶幊讨蟹Q為“類”，當需要編程控制具體的電機時，可以給它分配一個背景DB塊，在面向?qū)ο缶幊讨蟹Q為類的實現(xiàn)（即創(chuàng)建類的實例：對象），當需要控制多個電機時，可以分配不同的背景DB到這個FB塊，即創(chuàng)建類的多個實例。Step7中有另外一種程序塊，即FC塊，以FC塊為主的編程在西門子中稱為結(jié)構(gòu)化編程，這也可以類比于計算機編程中的面向過程編程，即純粹以函數(shù)為主體的編程。

    施奈德的Unity軟件編程可以更好的理解面向?qū)ο缶幊?。它的DFB定義中包含輸入/輸出參數(shù)，私有/共有變量，以及代碼實現(xiàn)，而這正是計算機的面向?qū)ο缶幊讨?ldquo;類”的基本元素，而創(chuàng)建類的實例（對象）就像創(chuàng)建普通的“布爾”變量一樣，只需在“FunctionBlocks”中定義這種“類”的變量即可。

    Step7和Unity都可以采用面向過程和面向?qū)ο缶幊谭绞?，這兩種編程方式的區(qū)別類似于計算機高級語言中的C語言和C++語言編程的區(qū)別。

    以下的講解將會把Step7中的FB和Unity中的DFB稱為“類”，Step7中的FB+背景DB以及Unity中DFB的實例稱為“對象”。

    二、面向?qū)ο缶幊碳軜?gòu)

    以上講解的是實現(xiàn)細節(jié)，而編程思想是建立在程序架構(gòu)上的，不是某個局部使用了面向?qū)ο蠓绞?，則可以稱之為這種編程就是面向?qū)ο缶幊獭＿@種編程需要從以下方面著手：

    1、電路設(shè)計的結(jié)構(gòu)化。

    這里主要以自動線為主介紹，對于單機機床可以是它的簡化結(jié)構(gòu)，

    <1>、自動線層次，它擁有一個主PLC，對屬于它下面的各區(qū)域控制

    <2>、工程層：擁有獨立的配送電系統(tǒng)，但沒有PLC，只有分布式模塊，由自動線控制。顧名思義，它有著較大的獨立性，可以作為一個單獨的工程項目設(shè)計和制造，當自動線比較小時，可以省略該層次。

    <3>、功能組層：根據(jù)工藝劃分，將實現(xiàn)某一個工藝功能的區(qū)段設(shè)備劃分為一個功能組，它隸屬于工程層，當工程層被省略時，隸屬于自動線層。

    面向?qū)ο缶幊滩⒉灰欢ㄒ笫褂靡陨系慕Y(jié)構(gòu)，但好的電氣結(jié)構(gòu)更利于面向?qū)ο缶幊獭?/p>

    2、任何控制對象邏輯都在“類”中實現(xiàn)。

    為了做到這點，必須分析與控制對象相關(guān)的信息，譬如，對于一個電機，有以下相關(guān)的信息需要考慮：

    輸入信息：

    <1>、電路保護信息，如電機的空氣開關(guān)，熱繼電器等。

    <2>、功能保護信息，如運動電機的限位開關(guān)，風機的風壓開關(guān)，油泵的油位開關(guān)等。

    <3>、啟動和終止條件，以上的電路保護和功能保護都可能導致電機運轉(zhuǎn)終止，復位也可能導致重啟動，但這里的條件指的是正常運行的啟動和終止條件，譬如順序控制的流程步。

    <4>、控制模式：如手動和自動等。

    <5>、故障復位：通過復位信息，重新啟動。

    輸出信息：

    <1>、控制輸出，如控制電機的主接觸器。

    <2>、狀態(tài)信息輸出

    <3>、故障輸出

    .........

    狀態(tài)儲存信息：

    用于代碼實現(xiàn)的中間變量以及可以被人機界面讀出的狀態(tài)變量等

    把以上信息都整合到一個類中，并盡量使類的參數(shù)標準化。不過，同高級編程語言還是曾在一些差別，針對Step7,應該遵循的標準是：程序結(jié)構(gòu)由FC實現(xiàn)，對象控制由FB實現(xiàn)，如下的一種結(jié)構(gòu)體系（其電氣結(jié)構(gòu)來自上面的介紹）：這只不過是一個粗略的PLC程序架構(gòu)體系，好的架構(gòu)應該更完善和科學。

    3、規(guī)劃好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

    數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義相當重要，并盡量統(tǒng)一這些結(jié)構(gòu)，不要顧慮存儲空間，當今的PLC內(nèi)存足以容納大量的數(shù)據(jù)。說明一點的是在Step7中盡量不要在類的外部定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(UDT),而是在類里面定義，雖然會造成不同類中同一結(jié)構(gòu)的重復性定義，但卻提高了類的獨立性。

    三、*性

    1、標準化

    使用這種設(shè)計模式，可以將程序設(shè)計分為兩個階段，即標準庫、基本架構(gòu)開發(fā)，以及實際應用層面設(shè)計。其中標準庫、基本架構(gòu)是制定程序標準化的基礎(chǔ)，而應用層設(shè)計是針對具體的控制工程編程，這樣可以把程序設(shè)計人員分成兩類，一類是標準開發(fā)，由資深程序員負責，一類是應用設(shè)計（其中程序調(diào)試規(guī)劃到應用設(shè)計），由經(jīng)過標準化培訓的一般程序員完成，通過這種分配就可以解決中國工業(yè)自動化中面臨的尷尬局面。傳統(tǒng)的中國控制工業(yè)，一個程序設(shè)計由一個人完成，這樣他還必須負責現(xiàn)場調(diào)試，而擁有豐富經(jīng)驗的程序員一般是三十歲后，這時他已經(jīng)成家，而顯然長期出差對家庭不利，很多的程序員為了家庭考慮不得不改行，要么轉(zhuǎn)到管理崗位，要么去制造工廠搞設(shè)備維護，這是資源的嚴重流失。毫無疑問，使用以上的設(shè)計流程，我么可以讓經(jīng)驗豐富的程序員搞標準庫和架構(gòu)的設(shè)計，而讓剛踏入這個行業(yè)的年輕人搞應用設(shè)計和調(diào)試，這不僅可以讓老程序員繼續(xù)他自己的工作，而不影響家庭，也可以讓年輕的程序員參入現(xiàn)場調(diào)試，培養(yǎng)自己的經(jīng)驗，提高自己的收入。

    這可能讓某些人士擔心，認為年輕的程序員可以參加現(xiàn)場的調(diào)試嗎？可以肯定的是沒有標準化支撐的程序不僅年輕的程序員編不出來，而且現(xiàn)場調(diào)試會問題多多。但有了好的標準化后，一年半以上工作經(jīng)驗的程序員就應該能夠獨立面對自動線。

    PLC中的面向?qū)ο缶幊痰暮诵木褪呛谙蛔泳幊?，針對Step7,我們使用FB去實現(xiàn)每一個對象的控制，控制邏輯、報警處理、信號交換全在FB中，對于應用設(shè)計人員，不需要明白里面的代碼實現(xiàn)，只需要了解該FB的功能以及如何使用好它就行，這樣對于應用程序人員的編程能力要求大大降低，對于編程只不過是遵循架構(gòu)，拷貝代碼，改變輸入輸出條件而已。

    那么調(diào)試呢？很多人認為使用FB編程的麻煩就是FB的多次調(diào)用后，根本無法診斷這些代碼，從技術(shù)層面上講確實如此，我們除了從背景DB上查看信息外，是無法在它多次被調(diào)用后監(jiān)控代碼的，但我已說過，這是黑匣子編程，我們不需要診斷這些代碼，只需要知道什么樣的輸入、什么樣的參數(shù)設(shè)定導致什么樣的輸出就行，代碼的邏輯與功能好壞是由標準庫開發(fā)人員負責的，這就要求標準開發(fā)人員需要對他設(shè)計的功能塊在不同條件下進行不同的測試，保證無誤，還需要編寫完整、詳盡的功能說明文檔，以便于應用設(shè)計人員了解這些塊，標準架構(gòu)并不是制定出來就一勞永逸的，針對千變?nèi)f化的工程，它是需要不斷完善和修訂的，這也是一個工程公司可以實實在在進行知識積累的地方。

    程序不僅需要給調(diào)試人員使用，而且用戶（設(shè)備維護人員）也需要了解，如果把完整的標準庫文檔給用戶，可能曾在技術(shù)外泄的可能，若不給，對他們診斷設(shè)備可能曾在困難，這就需要標準制定人員制作另外一分文檔，即設(shè)備維護文檔，其知識的透漏以用戶能夠使用程序進行診斷為限。

    2、重用性和易管理型

    計算機面向?qū)ο缶幊痰膬?yōu)點也有重用性和易管理型，在PLC中也曾在，以Step7為例，需要討論FC和FB的差異。觀察數(shù)據(jù)類型，F(xiàn)B比FC只不過多一個“STAT”類型，在使用上FB需要背景DB，F(xiàn)C不需要，但就這個差別導致FB擁有自己獨立的數(shù)據(jù)儲存空間，而FC的數(shù)據(jù)儲存卻必須借助公有變量（如中間變量M或者共享DB），有這樣一種準則，程序塊的獨立性越強，其重用性也越好，產(chǎn)生數(shù)據(jù)訪問沖突的可能性也更少，則更易于管理。有些公司生產(chǎn)的PLC，其程序語言沒有類似FB的這種特性，這時可以采用類似“FC+共享DB”的替代方案解決，但它的獨立性已經(jīng)大大降低。