Общие сведения о языке FBD¶
FBD (Function Block Diagram) – это графический язык программирования высокого уровня, обеспечивающий управление потока данных всех типов. Позволяет использовать мощные алгоритмы простым вызовом функций и функциональных блоков. Удовлетворяет непрерывным динамическим процессам. Замечательно подходит для небольших приложений и удобен для реализации сложных вещей подобно ПИД регуляторам, массивам и т. д. Данный язык может использовать большую библиотеку блоков, описание которых приведено в приложении 2. FBD заимствует символику булевой алгебры и, так как булевы символы имеют входы и выходы, которые могут быть соединены между собой, FBD является более эффективным для представления структурной информации, чем язык релейно-контактных схем.
Основные понятия и конструкции языка¶
Согласно IEC 611313, основными элементами языка FBD являются: переменные, функции, функциональные блоки и соединения.
Переменные бывают входные, выходные и входные/выходные. На рис. 1 показаны: входная переменная – «in_var», выходная переменная – «out_var» и входная/выходная переменная – «in_out_var».
Рис. 1 – Изображение переменной в языке FBD
Графическое изображение функции приведено на рис. 2. С левой стороны располагаются входы (IN1 и IN2), с правой стороны выходы (OUT).
Рис. 2 – Изображение функции в языке FBD
Аналогично, изображение функционального блока, приведённое на рис. 3, имеет с левой стороны входы (S1 и R), с правой стороны выход (Q1).
Рис. 3 – Изображение функционального блока в языке FBD
Соответственно, переменные соединяются с входными и выходными параметрами функций и функциональных блоков. Входные переменные могут быть соединены только с входными параметрами функции или функционального блока, выходные переменные – только с выходными параметрами функции или функционального блока, входные/выходные переменные – как входами, так и с выходами функции или функционального блока. Также выходной параметр одной функции или функционального блока может быть напрямую соединён с входным параметром другого.
Рис. 4 – Пример соединения переменных, функций и функциональных блоков
Все функциональные блоки могут быть вызваны с дополнительными (необязательными) формальными параметрами: EN (входом) и ENO (выходом). Пример такого функционального блока приведен на рис. 5.
Рис. 5 – Изображение элементарного функционального блока с параметрами EN/ENO
Если функциональный блок вызывается с параметрами EN/ENO и при этом значение EN равно нулю, то алгоритмы, определяемые в функциональном блоке, не будут выполняться. В этом случае значение ENO автоматически устанавливается равным 0. Если же значение EN равно 1, то алгоритмы, определяемые функциональным блоком, будут выполнены. После выполнения этих алгоритмов без ошибок значение ENO автоматически устанавливается равным 1. Если же возникает ошибка во время выполнения этих алгоритмов, то значение ENO будет установлено равным 0. Поведение функционального блока одинаково как в случае вызова функционального блока с EN = 1, так и при вызове без параметров EN/ENO.
Для более компактного соединения входов и выходов различных функций и функциональных блоков используются элементы «Соединение», показанные на рис. 6:
Рис. 6 – Изображение соединений в языке FBD
Они бывают двух видов: входное соединение и выходное выходные соединение. Основная задача соединений – передать значение из одного выхода на другой вход без прямого соединения выхода и входа. На рис. 5.7 показан пример, в котором выходное значение OUT функции BOOL_TO_INT передаётся на вход IN2 функции ADD:
Рис. 7 – Пример использования соединения на FBD диаграмме
Пример программы на языке FBD¶
На рис. 8 приведена FBD диаграмма, состоящая из следующих функциональных блоков: SR0, AND, TP0.
Рис. 8 – пример FBD диаграммы
Функциональный блок SR0 представляет собой Бистабильный SR-триггер. У него имеются входы S1, R1 и выход Q1, а так же дополнительный вход EN и выход ENO, позволяющие включать и выключать выполнение SR0. Выход Q1 с помощью соединён с входом IN1 блока AND, представляющий собой «Логическое И». Вход IN2 типа BOOL соединён с литералом «BOOL#1», который всегда положительный. Выход OUT блока AND соединён с входом IN функционального блока TP0, представляющий собой повторитель импульсов. Вход PT типа TIME, соединён с литералом «T#5s», который задаёт значение 5 секунд.
Если после запуска выполнения данного функционального блока enabled равно True и переменная S1_IN тоже True, функциональный блок SR0 начинает выполняться. На выходе OUT функционального блока AND будет значение True как только Q1 у SR0 будет равен True. Следовательно, как только OUT становится True вход IN функционального блока TP0 принимает тоже True и начинается отсчёт таймера ET (см. рис. 9).
Рис. 9 – Выполнение FBD диаграммы
Пока данный таймер не достигнет значения PT выход Q у функционального блока TP0 будет равен True. При достижении таймером ET значения PT, т.е. через 5 секунд выход Q становится False (см. рис. 10).
Рис. 10 – Выполнение FBD диаграммы
Как только вход IN функционального блока TP0 становится значения FALSE, счётчик ET сбрасывается в T#0s.
Самоучители по LD, ST, IL, FBD, SFC
CMD/BAT: Взять из работающего sfc проценты, вывести и обновлять так, как в sfc, при этом добавить прогресс-бар
Здравствуйте. Сейчас всё поподробнее. И так, выполняется команда sfc /scannow, и то, что она.
ПО и Самоучители
Добрый день, уважаемые форумчане. Хочется попробовать себя в веб програмирование. Пожалуйста.
Самоучители.
Посоветуйте, плиз, какие-нибудь самоучители или учебники для будущего системного администратора. Я.
Самоучители
Добрый вечер ) Уверена, многие изучали С++ самостоятельно. Вопрос: какая книга более всего.
Вложения
 | МУ. Программирование ПЛК на языке LD_ST_IL_FBD_SFC.pdf (1.50 Мб, 7825 просмотров) |
Вложения
| Н.Б.Сбродов. МУ. Основы программирования ОВЕН ПЛК-100 на языке LD.pdf (984.1 Кб, 2415 просмотров) |
Вложения
| FX PLC Beginners.pdf (1.08 Мб, 1263 просмотров) |
| FX PLC Programming.pdf (6.88 Мб, 1173 просмотров) |
Самоучители и видеоуроки
посоветуйте хорошие самоучители или еще лучше видеоуроки по java для начинающих
Самоучители по Visual C++
Подскажите пожалуйста современные самоучители (работаю в Visual Studio 2013), чтобы можно было.
Самоучители по Java и JavaScript
добрый вечер,подскажите пожалуйста самоучители по Java и JavaScript,с примерами для новичков и.
Самоучители по Visual Basic
Дайте ссылки отличных подробных самоучителей по VB. Просто летом практика, хочу хоть как-то.
Онлайн самоучители по PHP
Решил изучить PHP не знете ли вы где можно найти хорошие онлайновые самоучители.. если что оставьте.
Пишем задачки на FBD. Пятнашки и Симпсон
В этой статье будет показано, как на языке программирования FBD написать простую программу, которая, тем не менее, будет делать что-то полезное. В нашем примере это будет игра в Пятнашки.
Для начала напомню правила игры: игра в «15», «Пятнашки», «Такен» — популярная головоломка, придуманная в 1878 году Ноем Чепмэном. Представляет собой набор одинаковых квадратных костяшек с нанесёнными числами, заключённых в квадратную коробку. Длина стороны коробки в четыре раза больше длины стороны костяшек для набора из 15 элементов, соответственно в коробке остаётся незаполненным одно квадратное поле. Цель игры — перемещая костяшки по коробке, добиться упорядочивания их по номерам, желательно сделав как можно меньше перемещений.
Вот что получилось в итоге: 
Описание программы, комментарии и картинки под катом.
Основа программы
Как видно из описания игры, у нас есть поле из 16 элементов. Таким образом основой программы будет элемент «Клетка пятнашек».
Сформулируем требования к этому элементу:
— Наша «клетка пятнашек» должна принимать внешние команды, когда игрок говорит, что хочет передвинуть ее на соседнее пустое место.
— Клетка должна знать о соседях по вертикали и горизонтали, чтобы понять, есть ли рядом пустая клетка, с которой можно поменяться местами.
— Клетка должна на старте игры установить начальное значение.
— На выход Клетка должна передать значение, установленное в ней на данный момент.
— Если игрок подал команду Клетке переместиться на соседнее пустое поле, то Клетка должна передать команду соседней пустой Клетке о том, что они сейчас будут меняться местами.
Исходя из этих требований получаем набор входных и выходных сигналов.
В итоге получается вот такой макрос:
Поставим таких макросов в нашу задачу 16 штук и свяжем их между собой. В итоге получаем:
Все очень просто. Поставили в задачу шестнадцать макросов «Клетка пятнашки» и связали каждую клетку с соседями по вертикали и горизонтали. Если каких-то соседей у клетки нет (например в клетке_1_1 нет соседа сверху и слева), ставим на соответствующем входе «-1».
Набивка основы
На прошлом шаге мы заложили основу программы. Но т.к. сам элемент «Клетка пятнашки» пока у нас пустой, то ничего хорошего наша программа делать не умеет. Пора это исправить, наполнив логикой макрос «Клетка пятнашки».
Это готовая реализация нашего макроса. Кратко принцип работы:
1. Получаем на вход управляющую команду и распаковываем ее. Выделяем отдельно сигнал длительностью один цикл — признак, что поступила команда, и параметр команды. В нашем случае параметр команды это набор целых чисел от 1 до 6, где числа 1 — 4 это команда поменяться значениями с одним из соседей, число 5 означает команду установить начальное значение в ячейку, а число 6 — что игрок кликнул мышкой по данной клетке и хочет «передвинуть» ее на возможно находящееся по соседству пустое поле.
2. Проверяем всех соседей на нулевое значение (числом 0 у нас обозначается пустое поле).
3. Дальше смотрим на текущее значение данной клетки и команду. Если значение клетки равно нулю (клетка пустая) и одновременно пришла команда поменяться значениями с соседом (команды 1-4), то перезаписываем в клетку значение соседней клетки.
4. Если нам пришла команда 5 (установить начальное значение), то просто записываем в память значение со входа «УстЗначение».
5. Если нам пришла команда 6 (игрок кликнул мышкой по данной клетке) и значение одной из соседних клеток равно нулю, то записываем в данную клетку нулевое значение и отправляем команду «Поехали» на соседние клетки с указанием, с каким именно соседом мы хотим поменяться.
Вот собственно и все. Единственный тонкий момент в нашей реализации, это алгоритмы «Задержка». Но догадаться, зачем они нужны, легко просто представив как проходит выполнение программы:
— мы получили команду от игрока «передвинуть» эту клетку на пустое место.
— проверили, действительно рядом есть пустое место.
— записали в клетку «0» и передали соседу, что хотим поменяться с ним значениями.
— сосед (при этом нужно понимать, что отрабатывает все тот же макрос «Клетка пятнашки», просто другой его экземпляр) видит, что ему пришла команда поменяться местами с другой клеткой.
— сосед проверяет что в нем самом записан «0» т.е. он сейчас пустая клетка и записывает себе значение первой клетки, от которой пришла команда поменяться местами.
Но секундочку! Ведь одновременно с тем, как отправить команду соседу мы в нашу первую клетку записали «0», следовательно сосед тоже запишет себе ноль и у нас получатся две пустые клетки, а одно значение (из ряда 1-15) пропадет. И так пока все игровое поле не станет пустым. Чтобы этого не произошло, задерживаем в первой клетке перезапись нулем. Таким образом пустая соседняя клетка успеет себе записать правильное значение.
Победа или поражение
Собственно основа нашей программы готова и уже прекрасно работает. Можно играть. Все дальнейшие действия нужны только для внедрения вспомогательных функций.
Начнем с автоматической проверки победы или проигрыша игрока.
В игре «пятнашки» есть забавный момент заключающийся в том, что из всех возможных начальных раскладов плиток половина раскладов нельзя собрать если плитки с номерами «14» и «15» стоят не в том порядке.
Исходя из этого сформируем два условия:
— условие 1: значение, записанное в каждую клетку соответствует ее порядковому номеру. Т.е. игрок победил.
— условие 2: значения, записанные в клетки соответствуют их порядковому номеру за исключением клеток «14» и «15», которые поменяны местами. Т.е. немного не повезло с раскладом.
Ставим 18 алгоритмов сравнения, и собираем по И два набора по шестнадцать равенств. По ИЛИ формируем признак, что мы пришли к одному из концов расклада.
18 алгоритмов потому, что мы проверяем соответствие 16 ячеек для первого случая и дополнительно перестановку ячеек «14» и «15» для второго случая. Кстати т.к. у нас массив данных заранее определенный, то достаточно пятнадцати проверок для всего поля, т.к. последняя ячейка проверяется автоматом.
Начальная расстановка
Итак, программа у нас готова. Можно играть и при победе выдается сообщение. Все хорошо за исключением того, что в начале игры нужно расставить плитки в поле случайным образом. И оказалось, что в данном примере это самая сложная задача. Но если не упираться в быстродействие, оптимальность алгоритмов и т.п. то можно решить эту задачу «в лоб» малой кровью сравнительно быстро.
Сначала делаем генератор случайных целых чисел 0 — 15. Пойдем старым проверенном способом. Это вполне допустимый вариант т.к. получившаяся последовательность случайных чисел зависит от момента времени, когда была нажата кнопка «Новая игра». А т.к. этот момент времени случает и никогда не повторяется, то в итоге мы получаем довольно простой и хороший генератор случайных чисел.
На выходе алгоритма Действительное-в-Целое (ДвЦ) получаем случайное целое значение 0 — 15.
Теперь стоит задача сформировать ряд неповторяющихся значений, и записать каждое значение в свою ячейку.
Как я уже сказал, конкретно для языка FBD более или менее хорошее решение этой задачи сделать сложно. Или может просто я не вижу очевидное для остальных красивое и простое решение. Конечно всегда есть вариант сделать вставку на ST, но цель сделать задачу именно целиком на языке FBD.
Решение задачи «в лоб» заключается в следующем:
— ставим управляющие элемент.
— при подаче команды забиваем начальный массив «-1» (можно было и любыми числами вне диапазона [0..15]).
— обнуляем счетчик.
— далее генерируем случайное число от 0 до 15 и проверяем, есть ли такое в нашем массиве. Если есть — продолжаем генерацию случайных чисел.
— если такого числа нет — увеличиваем счетчик на единицу и записываем в соответствующую ячейку памяти наше значение.
— повторяем эти действия еще 15 раз.
— проверяем, если мы дошли до шестнадцатого шага, то формируем импульс, по которому отправляем команду на запись этих значений во все ячейки.
Главным недостатком данного алгоритма является многократный перебор выкинутых ранее значений. В теории время генерации такой случайной последовательности может быть бесконечным. В реальности при десятках прогонов программы оно не было больше чем полсекунды. В любом случае на время генерации (раз оно не мгновенное) ставим блокировку на действия игрока.
Вот что в итоге получилось:
Приделываем графику
Теперь, когда задача у нас полностью готова, самое время приделать UI.
Для этого выбираем в интернете любые понравившиеся картинки с пятнашками. Одновременно выбираем картинки для удачного сбора расклада и неудачного. Я решил поместить туда Гомера Симпсона.
Ставим 16 картинок и приделываем к ним анимацию чтобы они показывали число, соответствующее числу в ячейке. А в ячейке с нулем плитка должна быть невидимой. Ставим на каждую плитку формирование команды «6». Снизу располагаем кнопку «Новая игра» по которой будем запускать алгоритм генерации случайной начальной расстановки. Одновременно не забываем поставить блокировку на все плитки во время генерации. Поверх всего этого дела помещаем Гомера. Все. Графика готова, можно играть.
Нарисованный вариант. Можно заметить что изначально все плитки у нас с единицей.
Начальная позиция.
Неудачный расклад.
И победа!
Что осталось нереализованным
На самом деле не так уж и много:
— можно приделать счетчик ходов. Делается это элементарно. В макросе «Клетка пятнашки» есть команда «6» — команда игрока. Достаточно взять от нее логический сигнал длительностью в один цикл. Вывести этот сигнал наружу. Собрать все шестнадцать сигналов по ИЛИ и завести на алгоритм сложения, охваченный обратной связью. Т.е. всего три дополнительный алгоритма и пара минут работы.
— статистика. Можно сделать счетчик выигранных и неудачных игр. Добавляется два алгоритма сложения и пару алгоритмов обвязки. Тоже пара минут работы.
— отбор раскладов. Как уже говорилось, половина раскладов не сходится изначально из-за невозможности поменять местами плитки «14» и «15». Можно при старте проверять «неудачный расклад» и сразу менять эти две плитки местами.
Сделать все это не сложно, поэтому оставлю такую возможность всем желающим.
Выводы
В этот раз за полчаса на языке FBD была реализована простенькая игрушка «Пятнашки». При этом все используемые алгоритмы простые и понятные. Вся логика обработки сигналов очевидная. Разобраться в такой программе не составит труда любому человеку, знакомому с азами логики и основами языков программирования МЭК 61131.
Для проверки накидал примерно то же самое на С. Вот что получилось:
Т.к. программированием на языке С/С++ я не владею, то скорее всего программа ужасна. Более того я сразу вижу несколько «сомнительных» мест. Однако она работает и работает без ошибок.
Главная идея состоит в том, что одна и та же программа, написанная на языке С и на языке FBD имеет разную сложность понимания человеком «со стороны». И если с языком функциональных блоков разобраться не представляет никакого труда, то с реализацией на С придется повозиться.
И хотя программа на FBD состоит из 153 блоков (и мы помним, что там еще есть 16 макросов, каждый из которых состоит из 32 блоков), но на написание ее ушло гораздо меньше времени, чем на написание 50 строчек кода на С.
Другими словами язык FBD это простой и понятный язык, предназначенный для далеких от программирования людей. Программировать простые задачки на нем легко. И разобраться в принципах работы программы, написанной другим человеком тоже обычно не составляет большой проблемы.
Язык функциональных блоковых диаграмм (FBD) и его применение
Написанная на данном языке программа для контроллера состоит из некого списка цепей, которые одна за другой выполняются сверху — вниз. Кроме того, здесь имеется возможность присвоения отдельным цепям меток, в этом случае станет доступно использование инструкций перехода на метку, дабы изменять последовательность исполнения цепей, и создавать условия и циклы.
Таким образом, программа, написанная на графическом языке FBD, представляет собой набор связанных друг с другом функциональных блоков, выходы и входы которых соединены линиями связи. Линии связи отражают определенные программные переменные, через которые происходит обмен данными от блока — к блоку.
Отдельный блок несет на себе конкретную функцию (логическое «и», «не», счетчик и т. д.), при этом один блок может иметь несколько выходов и входов. Изначально значения переменных задаются константами или со специальных входов, а выходы их связываются дальше с другими переменными программы или с выходами ПЛК.
На рисунке приведен пример программы, написанной на языке функциональных блоковых диаграмм FBD. Как видите, такое изображение программы очень наглядно отражает алгоритм, что и делает данный язык довольно простым и удобным для разработки ПО для ПЛК.
В процессе программирования на языке FBD применяются как стандартные блоки из библиотек, так и блоки, сами написанные на FBD или на иных языках стандарта МЭК 61131-3. Блок представляет собой элемент программы, своего рода подпрограмму, функциональный блок или функцию (логическое «НЕ», «ИЛИ», «И», таймер, счетчик, триггер, математическая операция, обработка аналогового сигнала и т. д.).
Из таких блоков графически составляются выражения, образующие цепи: к выходу одного блока присоединяется следующий блок, далее — еще блок, и так образуются цепи. По ходу цепи порядок выполнения блоков соответствует порядку их соединения, а результат выполнения цепи либо подается на выход ПЛК, либо записывается в какую-то внутреннюю переменную.
Рассмотрим кусочек программы, написанной на языке FBD: В умножить на 4, затем поделить на А, и записать результат в переменную result. В псевдокоде это будет выглядеть так: result := B*4/A. Возможно также добавление к блокам специальных управляющих входов EN и выходов ENO, для управления вызовами отдельных блоков: логический ноль, поданный на вход EN, запретит вызов данного блока, а выход ENO в случае ошибки сообщит о ней, и прервет тем самым выполнение цепи до конца.
Как видите, язык FBD до крайности нагляден, удобен, и потому прост в освоении даже специалистами — прикладниками, не имеющими специальной подготовки по информатике. Код выполняется последовательно, структура команд внутри кода проста, поэтому программа транслируется очень быстро и задача выполняется надежно.
Есть различные модификации языка программирования FBD, отличающиеся наличием тех или иных ограничений или расширений.
Например, существует разновидность FBC, допускающая применение только чистых функций с одним выходом без промежуточных переменных — модификация для функционального программирования.
Или модификация CFC (Continuous Function Chart), позволяющая установить порядок выполнения диаграмм не просто последовательной цепочкой, а по усмотрению разработчика ПО. С CFC разработчик получает больше свободы, хотя код получается более длинным.
Пример языка FBD в STEP 7:
Преимущество языка FBD перед языком релейных диаграмм LD возрастает с увеличением сложности алгоритма управления. Алгоритм управления написанный в FBD, позволяет легче, чем в LD, отслеживать изменения в программе и искать возможные ошибки во время отладки.
В целом, принципы работы обоих языков очень похожи. Своей популярностью они обязаны прозрачности обозначений, благодаря которой код относительно небольших программ можно быстро понять, даже без особых знаний программирования.
Мы планируем развивать эту тему здесь:
Structured Text
Книга «Изучаем Structured Text МЭК 61131-3»: Ссылка на книгу
Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!
Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:
Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;
Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;
Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.
Starter box для первых экспериментов в подарок!
После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.
Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.