PLC面向?qū)ο缶幊毯吞菪螆D編程對比分析

面向?qū)ο缶幊淌怯嬎銠C(jī)高級語言的一種先進(jìn)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蟮暮芏鄡?yōu)秀特點(diǎn)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(diǎn)，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(jī)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(jī)，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種優(yōu)秀的設(shè)計理念。

如果大家從面向?qū)ο缶幊痰慕嵌热ダ斫猓瑒t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(dāng)需要 編程控制具體的電機(jī)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(dāng)需要控制多個電機(jī)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(jī)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(jī)的面向?qū)ο?編程中“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“Function Blocks”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缶幊谭绞剑@兩種編程方式的區(qū)別類似于計算機(jī)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(xì)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(jī)機(jī)床可以是它的簡化結(jié)構(gòu)：

<1>、自動線層：這是最高層次，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(dú)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(dú)立性，可以作為一個單獨(dú)的工程項目設(shè)計和制造，當(dāng)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(dāng)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(diǎn)，必須分析與控制對象相關(guān)的信息，譬如，對于一個電機(jī)，有以下相關(guān)的信息需要考慮：

輸入信息：

<1>、電路保護(hù)信息，如電機(jī)的空氣開關(guān)，熱繼電器等。

<2>、功能保護(hù)信息，如運(yùn)動電機(jī)的限位開關(guān)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)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(hù)和功能保護(hù)都可能導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)終止，復(fù)位也可能導(dǎo)致重啟動，但這里的條件指的是正常運(yùn)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(fù)位：通過復(fù)位信息，重新啟動。

輸出信息：

<1>、控制輸出，如控制電機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)化。不過，同高級編程語言還是存在一些差別，針對Step7,應(yīng)該遵循的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)該更完善和科學(xué)。

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(dāng)重要，并盡量統(tǒng)一這些結(jié)構(gòu)，不要顧慮存儲空間，當(dāng)今的PLC內(nèi)存足以容納大量的數(shù)據(jù)。說明一點(diǎn)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(fù)性定義，但卻提高了類的獨(dú)立性。

在接下來的篇幅中，我們來對比一下這兩種編程方式：

面向?qū)ο缶幊痰膬?yōu)點(diǎn)與梯形圖邏輯相比，面向?qū)ο缶幊逃幸韵聝?yōu)點(diǎn) :

? 代碼可移植，易于重復(fù)使用 ；

? 易于使用數(shù)學(xué)函數(shù)、循環(huán)等 ；

? 幾乎在每一門計算機(jī)編程課程中，都會教授面向?qū)ο缶幊?；

? 代碼可以在各種硬件平臺上運(yùn)行。

要掌握面向?qū)ο缶幊?，首先需要理解對象的概念及其使用。一旦對象或模塊類編寫完成， 就很容易通過多次調(diào)用來實現(xiàn)重復(fù)利用。例如，創(chuàng)建一個對象來控制電機(jī)，用來處理所有輸入、輸出和故障。當(dāng)需要時，可以通過多次實例化 該單一控制對象，來控制多個電機(jī)。這就是所謂的按需實例化。當(dāng)需要控制多個電動機(jī)時， 可以多次使用該單個物體。它在需要時調(diào)用，并在使用時創(chuàng)建實例。?

每個電機(jī)的每個實例都有自己的特性，如電機(jī)停機(jī)、電機(jī)運(yùn)行、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)過載 等。大多數(shù)編程工作都是在首次創(chuàng)建對象時完成的。這是一種與梯形邏輯不同的思維方式，而且更強(qiáng)大，因為一旦構(gòu)建了一個對象，它就很容易使用和重用。面向?qū)ο缶幊谈子趫?zhí)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)函數(shù)、循環(huán)計算、數(shù)組和嵌套子例程。幾乎每一門計算機(jī)編程——無論是高中、大學(xué)、還是網(wǎng)絡(luò)上的教程，都會教授這方面的知識。創(chuàng)建的代碼是可移植的，可以在各種硬件平臺上運(yùn)行。

“梯形圖邏輯遵循繼電器控制 系統(tǒng)中使用的梯形電氣圖的格 式，大多數(shù)人都可以快速學(xué)習(xí) 并掌握它?！?/strong>