Á sviði iðnaðar sjálfvirkni er stigarökfræði enn eitt af algengustu forritunarmálunum; Hins vegar, fyrir flóknari stjórnunarhluti, er hlutbundin-forritun vissulega mjög skilvirk nálgun. Við skulum fyrst ræða hlutbundna-forritun:
Hlutbundin-forritun er háþróuð forritunaraðferð á há-tölvumálum. Þessari hönnunarheimspeki er einnig hægt að beita á PLC forrit í iðnaðarstýringarkerfum. Þó að við getum ekki innleitt marga af frábærum eiginleikum hlut-stilla forritunar-eins og "arf"-og PLC tungumálið hefur kannski ekki einu sinni eiginleika hlutbundins-stillt forritunarmáls, þá eru grunnhugtök hlutbundinnar-forritunar flokkar og flokkatilvik (þ.e. hlutir). Við þurfum aðeins að nýta þessi hugtök. Í tölvuforritun þurfum við að draga saman og alhæfa ákveðnar einingar til að skilgreina flokka. Í iðnaðarstýringarkerfum eru stjórnhlutir eins og mótorar og lokar hins vegar skýrt skilgreindir stjórnunarflokkar; við getum skilgreint flokka fyrir þá beint án þess að þurfa abstrakt. Eftirfarandi hlutar munu nota Step7 forritunarmál Siemens og Unity forritunarmál Schneiders til að útskýra hlutbundna-forritun fyrir PLC.
I. Framkvæmdaraðferðir
Hlutbundin-forritun í skrefi 7 er útfærð með því að nota virkniblokkir (FB). Þegar þetta efni kemur upp hugsar fólk oft um einingaforritun sem Siemens leggur til. Reyndar er þetta sama hugtakið, en hugtök eins og „modularization“, „bakgrunnsgagnablokkir“ og „margar bakgrunnur“ sem Siemens kynnti gera notendum ekki alltaf kleift að skilja og beita þessari frábæru hönnunarheimspeki.
Hins vegar, ef þú nálgast það frá sjónarhóli hlutbundinnar-forritunar, geturðu öðlast mun betri skilning á þessu hönnunarmynstri. Litið er á „FB blokk“ sem „bekk“; það er hægt að skoða það sem flokkun kóða fyrir svipaða stjórnhluti. Til dæmis, fyrir MM440 breytu-tíðnidrifið, geturðu skrifað FB blokk sem heitir "MtrMM440." Í hlutbundinni-forritun er þetta kallað "flokkur". Þegar þú þarft að forrita stýringu fyrir ákveðinn mótor geturðu úthlutað bakgrunni DB blokk á hann-í hlut-stilla forritun, þetta er kallað útfærsla á bekknum (þ.e. að búa til tilvik af bekknum: hlut). Þegar þú þarft að stjórna mörgum mótorum geturðu úthlutað mismunandi bakgrunns-DB til þessa FB-blokk, sem jafngildir því að búa til mörg tilvik af bekknum.
Step7 býður upp á aðra tegund af forritablokk: FC blokkinni. Forritun sem notar fyrst og fremst FC-kubba er nefnd skipulögð forritun í Siemens kerfum, sem hægt er að líkja við verklagsforritun í tölvuforritun-þ.e. forritun sem er eingöngu byggð á virkni-.
Forritun með Unity hugbúnaði Schneider veitir betri skilning á hlutbundinni-forritun. DFB skilgreiningar þess innihalda inntaks-/úttaksfæribreytur, einka-/opinberar breytur og kóðaútfærslu-sem eru einmitt grunnþættir „klassa“ í tölvuhluta-stillaðri forritun. Að búa til tilvik af flokki (hlut) er eins einfalt og að búa til venjulega „Boolean“ breytu; þú þarft bara að skilgreina breytu af þessum "flokki" í "Function Blocks."
Bæði Step7 og Unity styðja bæði málsmeðferðar- og hlutbundna-forritunaraðferðir; munurinn á þessum tveimur aðferðum er svipaður og munurinn á forritun í C og C++ á há-tölvumálum.
Í eftirfarandi útskýringu verður vísað til FBs í Step7 og DFBs í Unity sem "flokkar", en FBs ásamt bakgrunnsgagnagrunnum í Step7 og tilvika DFBs í Unity verður vísað til sem "hlutir."
II. Hlutbundinn-forritunararkitektúr
Ofangreind umfjöllun nær yfir útfærsluupplýsingar, en forritunarheimspeki byggir á forritaarkitektúr. Einfaldlega að nota hlut-miðaðar aðferðir í tilteknum hluta kóðans þýðir ekki að allt forritið sé hlutbundið-. Þessi tegund af forritun krefst nálgunar sem byggir á eftirfarandi þáttum:
1. Uppbyggð hringrás hönnun.
Þessi hluti fjallar fyrst og fremst um sjálfvirkar framleiðslulínur; fyrir sjálfstæðar vélar er hægt að nota einfaldaða uppbyggingu:
<1>Sjálfvirk framleiðslulínulag: Þetta er hæsta stigið, með aðal PLC sem stjórnar hinum ýmsu svæðum undir því.
<2>Verkefnalag: Þetta lag er með sjálfstætt orkudreifingarkerfi en ekkert PLC; það samanstendur aðeins af dreifðum einingum sem stjórnað er af sjálfvirku framleiðslulínunni. Eins og nafnið gefur til kynna býr það yfir miklu sjálfstæði og er hægt að hanna og framleiða sem sérstakt verkefni. Þegar sjálfvirka framleiðslulínan er tiltölulega lítil má sleppa þessu lagi.
<3>Virknihópsstig: Byggt á kröfum um vinnslu eru búnaðarhlutar sem framkvæma ákveðna vinnsluaðgerð flokkuð í virkan hóp. Þessi hópur tilheyrir verkfræðistigi; þegar verkfræðistigi er sleppt tilheyrir það sjálfvirku framleiðslulínustigi. Hlutbundin-forritun þarf ekki endilega að nota ofangreinda uppbyggingu, en vel-hönnuð rafmagnsbygging er meira til þess fallin að -stilla hlutbundna forritun.
2. Öll stjórnhlutarrökfræði er útfærð innan "flokka"
Til að ná þessu er nauðsynlegt að greina upplýsingar sem tengjast stjórnhlutnum. Til dæmis, fyrir mótor, verður að hafa eftirfarandi viðeigandi upplýsingar í huga:
Inntaksupplýsingar:
<1>,Hringrásarverndarupplýsingar, svo sem rafrásarrofi mótorsins og hitauppstreymi.
<2>, Upplýsingar um virkni verndar, svo sem takmörkrofa fyrir hreyfihreyfla, þrýstirofa fyrir viftur og olíuhæðarrofar fyrir olíudælur.
<3>Ræsingar- og stöðvunarskilyrði: Þó að hringrásarvörnin og virknivörnin sem nefnd er hér að ofan geti valdið því að mótorinn hætti að ganga og endurstilling gæti kallað fram endurræsingu, þá eiga skilyrðin sem vísað er til hér að ræsingu og stöðvunarskilyrði við venjulega notkun-svo sem skrefin í raðstýringarferli.
<4>Stjórnunarstillingar: eins og handvirk og sjálfvirk.
<5>Bilunarendurstilling: Endurræst kerfið með endurstillingarmerkjum.
Upplýsingar um úttak:
<1>,Stýringarútgangar, svo sem aðalsnertibúnaður sem stjórnar mótornum.
<2>,Stöðuupplýsingar
<3>,Bilunarúttak
Upplýsingar um stöðugeymslu:
Millibreytur notaðar við kóðaútfærslu, sem og stöðubreytur sem hægt er að lesa af HMI. Samþættu allar ofangreindar upplýsingar í einn flokk og staðlaðu flokksbreytur eins mikið og mögulegt er. Hins vegar er enn nokkur munur miðað við há-forritunarmál. Fyrir Step7 er staðallinn sem á að fylgja: forritauppbygging er útfærð með því að nota FCs og hlutastýring er útfærð með FBs, eins og sýnt er af eftirfarandi burðargrind (þar sem rafmagnsuppbyggingin er byggð á innganginum hér að ofan): Þetta er aðeins grófur PLC forritaarkitektúr; góður arkitektúr ætti að vera yfirgripsmeiri og vísindalegri.
3. Skipuleggðu gagnaskipulag vandlega
Það er mikilvægt að skilgreina gagnaskipulag og þú ættir að leitast við að sameina þessar byggingar eins mikið og mögulegt er án þess að hafa áhyggjur af geymsluplássi; Nútíma PLC minni nægir til að rúma mikið magn af gögnum. Þess má geta að í skrefi 7 ættirðu að forðast að skilgreina notenda-skilgreindar tegundir (UDTs) utan flokka þegar mögulegt er; í staðinn skaltu skilgreina þær innan flokkanna. Þó að þetta geti leitt til tvítekinna skilgreininga á sömu uppbyggingu yfir mismunandi flokka, eykur það sjálfstæði flokkanna.
Í eftirfarandi köflum munum við bera saman þessar tvær forritunaraðferðir:
Kostir hlutbundinnar-forritunar Í samanburði við stigarökfræði býður hlutbundin-forritun upp á eftirfarandi kosti:
• Færanleika kóða og auðveld endurnotkun;
• Auðvelt að nota stærðfræðilegar aðgerðir, lykkjur og aðrar smíðar;
• Hlutbundin-forritun er kennd í nánast öllum tölvuforritunarnámskeiðum;
• Kóði getur keyrt á ýmsum vélbúnaðarpöllum.
Til að ná tökum á -hlutbundinni forritun verður þú fyrst að skilja hugtakið hluti og hvernig á að nota þá. Þegar hlutur eða flokkur hefur verið skrifaður er auðvelt að endurnýta hann í gegnum mörg símtöl. Til dæmis, búðu til hlut til að stjórna mótor, sem sér um öll inntak, úttak og bilanir. Þegar þörf krefur er hægt að stjórna mörgum mótorum með því að sýna þennan eina stjórnhlut margoft. Þetta er þekkt sem-staðfesting á eftirspurn. Þegar stjórna þarf mörgum mótorum er hægt að nota þennan eina hlut endurtekið. Það er kallað þegar þörf krefur og tilvik eru búin til þegar þau eru notuð.
Hvert tilvik hvers mótor hefur sína eigin eiginleika, svo sem mótorstopp, mótorgang, mótorhraða og ofhleðslu mótor. Mestu forritunarvinnunni er lokið þegar hluturinn er fyrst búinn til. Þetta er annar hugsunarháttur en stigarökfræði og hún er öflugri vegna þess að þegar hlutur er byggður er auðvelt að nota hann og endurnýta hann. Hlutbundin-forritun gerir það auðveldara að framkvæma flóknar stærðfræðilegar aðgerðir, lykkjuútreikninga, fylki og hreiðra undiráætlanir. Nánast hvert einasta tölvuforritunarnámskeið-hvort sem það er í framhaldsskóla, háskóla eða kennsluefni á netinu-kennir þetta hugtak. Kóðinn sem búinn er til er flytjanlegur og getur keyrt á ýmsum vélbúnaðarpöllum.
"Stigarökfræði fylgir sniði rafstigaskýringa sem notuð eru í gengistýringarkerfum og flestir geta fljótt lært og náð góðum tökum á því."
Hins vegar, samanborið við stigarökfræði, hefur hlutbundin-forritun eftirfarandi ókosti:
• Hærri kostnaður;
• Brattari námsferill;
• Bilanaleit er ekki sérstaklega auðveld fyrir viðhaldsfólk;
• Safn er venjulega krafist áður en frumkóðann er hlaðið upp í örgjörvann.
Í samanburði við stigarökfræði krefst -hlutbundin forritun oft meira minni og meiri vinnslugetu, sem leiðir til hærri kostnaðar. Það getur tekið lengri tíma að læra hlutbundið forritunarmál-. Líklega er þörf á kennslu í kennslustofunni og að ná tökum á kjarnahugtökum krefst verulegs tíma, æfingar, prófunar og beitingar. Forritarar verða oft að rannsaka hlutbundna-forritun til að nota rekjamerki til að rekja kóða eða kembiforrit til að kemba rökfræði. Með þessari tegund af-forritun á háu stigi getur verið erfitt að innleiða-rauntíma vöktunargetu á netinu.
Áður en hægt er að hlaða niður frumkóðann í stjórnandann verður að setja hann saman. Venjulega er frumkóði ekki geymdur í minni örgjörvans. Þetta þýðir að það þarf að gæta þess að taka öryggisafrit af frumkóðann, þar sem samsettur kóða er venjulega ekki hægt að breyta. Með hlutbundinni-forritun verða bókasafnsskrár að vera tengdar við önnur tilföng sem notuð eru í samantektarferlinu. Án skilnings á tengingum og auðlindum verður erfitt að koma forritinu í gang.
Kostir stiga rökfræði:
Stigarökfræði er einföld og sjálf-skjalandi kóðunaraðferð-sumir spyrja jafnvel hvort hún teljist vera forritunarmál. Það fylgir sniði rafstigamynda sem notuð eru í gengistýringarkerfum og flestir geta fljótt lært og náð góðum tökum á því. Það hefur verið eina forritunarmálið sem er mikið notað á sviði sjálfvirkni véla í áratugi og það verður áfram eitt af aðal forritunarmálunum í sjálfvirkniiðnaðinum í fyrirsjáanlega framtíð.
Með tímanum, eftir því sem fólk af ólíkum bakgrunni og sviðum hefur komið inn í iðnaðinn, hafa ýmis forritunarmál verið kynnt í verkfærakistunni fyrir sjálfvirkni iðnaðarins. Þetta felur í sér forritun aðgerðablokka, skipulagðan texta, ástandsforritun og raðfallatöflur. Þessi fjögur forritunarmál, ásamt stigarökfræði, mynda stöðluðu forritunarmálin sem skilgreind eru af alþjóðlegu raftækninefndinni (IEC) staðli IEC 61131-3.
Rökfræðin á bak við IEC 61131 er sú að ef sérhver söluaðili fylgir þessum staðli, þá-þarf einstaklingur að minnsta kosti að einhverju leyti-aðeins að læra þessi fimm forritunarmál til að skipta auðveldlega á milli vettvanga sem mismunandi framleiðendur bjóða upp á. Hins vegar er þetta ekki raunin.
Grunnstiga rökfræði (eins og notkun gengi tengiliða og spóla) virkar á sama hátt; Hins vegar, við forritun, verður maður að læra setningafræði hvers seljanda og notendaupplifun, sem og upplýsingar um hvernig eigi að nota forritunarvettvanginn. Þrátt fyrir skort á stöðlun býður stigarökfræði eftirfarandi kosti fram yfir hlutbundna-forritun:
• Það er vel-hentugt fyrir véla- og ferlistýringu;
• Það er auðveldara að skilja það vegna þess að það er í eðli sínu sjálf-skjalað;
• Það auðveldar bilanaleit á stýrða kerfinu;
• Það er auðvelt að kemba;
• Venjulega er hægt að geyma frumkóðann í örgjörvanum.
Stigarökfræði hentar vel- fyrir véla- og ferlistýringu, sérstaklega fyrir sjálfvirknikerfi með miklum fjölda stakra inntaka og úttaka (I/O). Í gegnum árin hefur stigarökfræði einnig verið stöðugt endurbætt til að takast á við hliðrænt I/O, sem gerir það hentugra fyrir fjölmörg ferlistýringarforrit.
Í samanburði við vélstýringarforrit hafa ferliforrit oft hærra hlutfall af hliðstæðum I/O.
Vegna þess að stigarökfræði er auðveldara í notkun en hlutbundin-forritun geta margir hæfir tæknimenn og verkfræðingar lært hana fljótt. Rökfræðin er mjög kerfisbundin og skipulögð og sjálf-skráning gerir hana auðveldari að skilja og ná tökum á. Sérhver kóðalína verður að meta til sanns áður en hægt er að virkja tæki. Ef það eru fimm mótorar til að stjórna þarf að minnsta kosti fimm línur af kóða, sem einfaldar ferlið mjög.
"Stiga rökfræði frumkóði og lýsingar eru venjulega geymdar í stjórnandanum, sem útilokar þörfina á að fá aðgang að frumkóðann-sem fjarlægir gremjuna sem forritarar upplifa oft þegar þeir reyna að skilja samansett forrit."
Fyrir rafmagnsverkfræðinga og viðhaldsfólk er stigarökfræði mjög leiðandi. Þó stigarökfræði krefjist annars hugsunar en hlutbundinnar-forritunar er hægt að ná tökum á henni fljótt með sumum rannsóknum og það tekur styttri tíma að skilja kóða sem aðrir hafa skrifað. Það er kristaltært hvenær rökfræðileg staðhæfing er sönn og hvenær hún er röng. Jafnvel þeir sem eru með takmarkaða forritunarreynslu geta auðveldlega skilið hugtök eins og kveikt/slökkt, spóluvirkjun, samanburðarbreytur og algengar stærðfræðilegar aðgerðir.
Það er einfalt og auðvelt í notkun, hagræða bilanaleit og villuleit. Þegar fylgst er með rökfræðinni er auðvelt að skilja núverandi rekstrarskilyrði. Engin hugbúnaðargráðu eða háþróuð forritunarkunnátta er nauðsynleg. Með stigarógík getur viðhalds- og verkfræðistarfsfólk auðveldlega fylgst með ferlinu og skilið hvað er að gerast. Líta má á stigarökfræði sem sannleikatöflu: ef rökfræðin til vinstri er sönn er rökfræðin hægra megin virkjuð.
Stiga rökfræði frumkóði og lýsingar eru venjulega geymdar í stjórnandanum. Þetta útilokar gremjuna sem forritarar upplifa oft þegar þeir reyna að skilja samansettan kóða án aðgangs að frumkóðann-vandamál sem einnig er algengt í hlutbundinni-forritun.
Hins vegar, samanborið við hlutbundna-forritun, hefur stigarökfræði einnig eftirfarandi ókosti:
• Tölvuforritarar og upplýsingatæknifræðingar þekkja ekki stigarökfræði;
• Erfitt er að framkvæma stærðfræðilegar aðgerðir, textavinnslu og gagnavinnslu;
• Það byggir á skannatíma;
• Það krefst sérhæfðs vélbúnaðar til að keyra, eins og forritanlegur rökstýring (PLC).
Stigarökfræði er táknmál sem tölvuforritarar og upplýsingatæknifræðingar þekkja ekki, þar sem þeir læra það ekki í skólanum. Það getur verið erfitt að meðhöndla stærðfræðilegar aðgerðir, textastrengi og gögn í stigarökfræði, fyrst og fremst vegna þess að stigarökfræði var upphaflega ekki hönnuð til að höndla þessar aðgerðir.
Stiga rökfræði fer einnig eftir skannatíma. Stærri forrit þurfa meiri tíma til að skanna og vinna úr rökfræðinni. Þegar stigarökfræði er keyrt, les kerfið inntak, skannar rökfræðina, uppfærir gagnatöflur og úttak, framkvæmir samskipti og endurtekur síðan lotuna. Hægt er að útfæra eiginleika eins og truflanir og aðrar forritunartækni til að tryggja hraðari framkvæmd ákveðinnar rökfræði.
Þrátt fyrir að hugbúnaðar-undirstaða PLC sem stillt er með stigalogic geti keyrt á tölvu, þarf vélbúnaðurinn (eins og PLC) venjulega að vera samhæfður við forritunarhugbúnaðinn og best er að kaupa báða frá sama seljanda. Þetta tryggir eindrægni, en það er ekki sérstaklega þægilegt ef þú vilt skipta um söluaðila.
Auk þess að bera saman kosti og galla stigarökfræði og hlutbundinnar-forritunar, ættu notendur einnig að meta hvernig þessi forritunarmál verða notuð í umhverfinu þar sem þau eiga að vera notuð. Ef verksmiðja eða aðstaða hefur þegar staðlað á stigarökfræði, er ekki hvatt til þess að skipta henni út fyrir hlutbundna-forritun, jafnvel þótt hið síðarnefnda henti betur fyrir forritið. Þar sem notkun hlutbundinnar-forritunar heldur áfram að aukast, er búist við að hún verði samhliða stigarökfræði næstu áratugi. Framsýnum-sérfræðingi í sjálfvirkni væri vel-ráðið að ná tökum á báðum tungumálum.