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面向對象編程是計算機高級語言的一種高級編程模式，這種設計思想也可以應用于工業(yè)控制系統(tǒng)的plc程序中。雖然我們無法實現面向對象編程的許多優(yōu)秀特性，如“繼承性”甚至完全不具備面向對象編程語言的特性，但面向對象編程的基本概念是類和類的實例(即對象)，我們只需要使用這個概念。在計算機編程中，我們需要在編寫類之前抽象和總結一些東西。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，電機、閥門等控制對象是顯而易見的控制類別，無需抽象就可以顯而易見地為其編寫類。下面將用西門子的Step7編程語言和施耐德的Unity編程語言來講解PLC的面向對象編程。
?一、實施方式
面向對象編程在步驟7中使用功能塊(FB)編程。說到這個，我們會想到西門子提出的模塊化編程。是的，就是這個模塊化編程。但是西門子提出的模塊化、后臺數據塊、多背景等術語，并不能讓所有人都非常清楚地理解和使用這個優(yōu)秀的設計理念。如果你從面向對象編程的角度來理解它，你就能很好地理解這種設計模式。“FB塊”被視為“類”，可視為同類控制對象的代碼歸納。比如MM440的變頻器可以寫FB塊:MtrMM440，在面向對象編程中稱為“類”。當需要對特定的電機進行編程和控制時，可以給它分配一個后臺DB塊，在面向對象編程中稱為類的實現(即創(chuàng)建class: object的一個實例)。需要時，FB塊可以作為實現類的參考。在步驟7中還有另一種程序塊，即FC塊。基于FC塊的編程在西門子稱為結構化編程，也可以與計算機編程中面向過程的編程相比較，即單純基于函數的編程。
施耐德的Unity軟件編程可以更好的理解面向對象編程。它的DFB定義包括輸入/輸出參數、私有/共享變量和代碼實現，它們是計算機面向對象編程中“類”的基本元素。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“功能塊”中定義這個“類”的變量。
Step7和Unity都可以采用面向過程和面向對象的編程方法。這兩種編程方法的區(qū)別類似于計算機高級語言中C語言和C++語言編程的區(qū)別。
下面的解釋將把步驟7中的FB和Unity中的DFB稱為“類”，步驟7中的FB+背景DB和Unity中的DFB實例稱為“對象”。
二、面向對象的編程架構
以上解釋是關于實現細節(jié)，編程思路是基于程序架構的。如果不在本地使用面向對象的方法，可以稱為這種編程或面向對象編程。這種編程需要從以下幾個方面入手:
1.結構化電路設計。
本文主要介紹自動線，它可以是單機的簡化結構。
自動線級:這是最高級別，它有一個主控PLC，控制其下的區(qū)域。
工程層:有獨立的配電系統(tǒng)，但沒有PLC，只有分布式模塊，由自動線控制。顧名思義，它具有很大的獨立性，可以作為一個單獨的項目進行設計和制造。當自動線很小時，這個級別可以省略。
功能組層:根據工藝劃分，將實現某一工藝功能的工段設備劃分為一個功能組，屬于工程層，當省略工程層時，屬于自動線層。
面向對象編程不一定需要使用上述結構，但是好的電氣結構更有利于面向對象編程。
2.任何控制對象邏輯都是在“類”中實現的。
為此，有必要分析與受控對象相關的信息。例如，對于電機，需要考慮以下相關信息:
輸入信息:
、電路保護信息，如電機的空氣開關、熱繼電器等。
、功能保護信息，如電機限位開關、風扇氣壓開關、油泵油位開關等。
、啟停條件下，上述電路保護和功能保護可能導致電機運行終止，而復位也可能導致重啟，但這里的條件是指正常運行的啟停條件，如順序控制的流程步驟。
控制方式:如手動和自動。
故障復位:通過復位信息重啟。
輸出信息:
控制輸出，如控制電機的主接觸器。
，狀態(tài)信息輸出
，故障輸出
.........
狀態(tài)存儲信息:
用于代碼實現的中間變量和可由人機界面讀出的狀態(tài)變量等。
將以上所有信息集成到一個類中，并嘗試標準化該類的參數。但是，與高級編程語言有一些不同。對于Step7，應該遵循的標準是:程序結構用FC實現，對象控制用FB實現。以下結構體系(其電氣結構來源于上面的介紹):這只是一個粗略的PLC程序架構體系，好的架構應該更完善、更科學。
3.規(guī)劃數據結構。
數據結構的定義很重要，盡量統(tǒng)一這些結構，不用擔心存儲空間。如今的PLC內存足以容納大量數據。有一點是，在步驟7中，我們應該盡量不要在類外定義數據結構(UDT)，而是在類內定義它。雖然會造成同一結構在不同類中的重復定義，但會提高類的獨立性。
?第三，優(yōu)越性
1.標準化
使用這種設計模式，程序設計可以分為兩個階段，即標準庫、基礎架構開發(fā)和實際應用級設計。其中，標準庫和基礎架構是使程序標準化的基礎，而應用層設計是針對具體的控制工程編程，這樣程序員可以分為兩類，一類是標準開發(fā)，由資深程序員負責，另一類是應用設計(包括程序調試規(guī)劃到應用設計)，由經過標準化培訓的一般程序員完成。通過這種分配，可以解決中國工業(yè)自動化面臨的尷尬局面。在中國傳統(tǒng)的受控行業(yè)，一個程序是一個人設計的，所以他還必須負責現場調試，經驗豐富的程序員一般都是30歲以后，已經結婚了，顯然長期出差對家人不好，所以很多優(yōu)秀的程序員為了家庭考慮不得不改行，要么轉行到管理崗位，要么去制造工廠維修設備，這是資源的嚴重流失。毫無疑問，使用上述設計流程，我們可以讓有經驗的程序員設計標準庫和架構，讓剛踏入這個行業(yè)的年輕人設計和調試應用。這不僅能讓老程序員在不影響家庭的情況下繼續(xù)自己的工作，還能讓年輕程序員參與現場調試，培養(yǎng)自己的經驗，增加收入。
這可能會讓一些人擔心年輕程序員能否參與現場調試？可以肯定的是，沒有標準化支持的程序不僅可以由年輕的程序員編譯，而且在現場調試中也存在很多問題。但是有了好的標準化，一年半以上工作經驗的程序員應該可以獨立面對自動線。
PLC中面向對象編程的核心是黑盒編程。對于步驟7，我們使用FB來控制每個對象?？刂七壿嫛缶幚砗?a target="_blank">信號交換都在FB中。對于應用程序設計人員來說，他們不需要了解里面的代碼實現，只需要知道FB的功能以及如何很好地使用它，這就大大降低了對應用人員編程能力的要求。對于編程，他們只是遵循架構，復制代碼并更改輸入和輸出條件。
調試呢？很多人認為使用FB編程最大的麻煩是在反復調用FB后無法診斷這些代碼。嚴格來說，這是真的。除了從后臺數據庫查看信息，我們無法監(jiān)控FB反復調用后的代碼。但正如我所說，這是黑盒編程。我們不需要診斷這些代碼，只需要知道什么樣的輸入和什么樣的參數設置導致什么樣的輸出。代碼的邏輯和功能是標準庫開發(fā)人員的責任，這就要求標準開發(fā)人員在不同的條件下對自己設計的功能塊進行不同的測試，以保證正確性，同時還要編寫完整詳細的功能描述文檔，方便應用程序設計人員理解這些塊。標準架構不是一勞永逸制定出來的，需要針對千變萬化的項目不斷完善和修訂，這也是工程公司實際可以積累知識的地方。
程序不僅需要調試人員使用，還需要用戶(設備維護人員)知道，如果將完整的標準庫文檔交給用戶，可能存在技術泄露的可能；如果沒有，可能很難為他們診斷設備，這就需要標準制定者制作另一個文檔，即設備維護文檔，而知識的公開僅限于用戶使用程序進行診斷的能力。
2.可重用性和可管理性
計算機面向對象編程的優(yōu)點還包括可重用性和易于管理，這在可編程邏輯控制器中也有應用。以步驟7為例，有必要討論FC和FB的區(qū)別。觀察數據類型，FB只比FC多了一個“STAT”類型。在使用中，FB需要后臺DB，而FC不需要。但由于這種差異，FB有自己獨立的數據存儲空間，而FC的數據存儲必須依賴公共變量(如中間變量M或共享DB)。有一個規(guī)則，程序塊的獨立性越強，它的可重用性越好，數據訪問沖突的可能性越小，管理也越容易。有些公司生產的PLC，其編程語言沒有類似FB的這個特性，可以用類似“FC+共享DB”的替代解決方案來解決，但其獨立性已經大大降低。
同一代碼的獨立性是制定標準的重要環(huán)節(jié)。很難想象一個與其他功能塊有著千絲萬縷聯系的功能塊，能夠在不同的項目中被有效地復用為標準塊。
縱觀計算機語言的發(fā)展，最初的編程是令人恐懼的，但今天的編程給了人們極大的解脫。有許多現成的標準類庫可供實際使用。人們可以把更多的編程精力投入到實現功能本身。plc編程也應該朝著這個方向發(fā)展。更多的人應該從事應用級的設計。那些標準功能塊不應該由不同的人重復開發(fā)。雖然各大PLC工廠都開發(fā)了大量的程序庫，但不同行業(yè)的工業(yè)控制對象也各不相同，此處可以結合plc視頻教程來學習。
3.先進的設計理念
在電路圖設計中，我們已經使用了控制對象的繪制方法，即在配置好基本的主配電電路和PLC后，我們將為電機、閥門、氣缸等各個現場控制對象繪制電路圖。它們的電源來自獨立的分配電路，控制和反饋與PLC相連，硬件鏈根據實際情況調整，控制對象堆砌得像積木一樣有組織。同樣，編程也可以通過對每個控制對象使用相應的標準控制塊來實現，有效地封裝了程序的控制細節(jié)，使程序看起來簡潔，易于維護，而好的設計可以使原理圖和程序有很好的連接，甚至實現一對一的關系。比如原理圖中的一個控制對象可以在程序中找到對應的FB調用，真正實現控制面向對象編程。
有些人可能會有疑問，PLC編程大多是分步編程，每個標準塊都是針對控制對象的，那么如何實現控制順序呢？這就需要編寫一個專門的FB塊進行順序控制，或者用西門子現成的Graph7來實現，這和一般的編程沒什么區(qū)別。
結論:目前工業(yè)控制領域有很多程序大師。他們非常精通算法，有自己的編程思路。當我和一些人討論標準化時，他們意識到標準化的高效率，但他們認為這不能反映他們的編程水平。是的，如上所述，應用層面的編程不應該有很高的編程水平，但是想一想，一個人能一輩子都在做現場調試嗎？如果你想展示你的價值，你可以從事標準編程。也希望他們能花一點時間研究一下程序架構，各行各業(yè)，真正的高手是系統(tǒng)架構設計師，而編程小技巧只是一個好架構的錦上添花。本文來源：www.jcpeixun.com。
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審核編輯：鄢孟繁
工商網監(jiān)
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