常海

摘 要：將面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法應(yīng)用于PLC程序設(shè)計(jì)中，可以大大提高編程效率和可維護(hù)性。文章給出了一個(gè)在STEP7軟件中實(shí)現(xiàn)類的抽象與封裝的簡(jiǎn)單示例。

關(guān)鍵詞：PLC；面向?qū)ο?；程序設(shè)計(jì)

在PLC的編程設(shè)計(jì)中，如果外圍設(shè)備很多，則PLC程序設(shè)計(jì)將面臨編程效率低、程序維修困難等問題。把“面向?qū)ο蟆钡某绦蛟O(shè)計(jì)方法引進(jìn)PLC程序設(shè)計(jì)，可以提高代碼的使用效率，減小程序出錯(cuò)的可能性。因而提高PLC程序的編程效率和程序的可維護(hù)性。

1 傳統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的控制系統(tǒng)經(jīng)常要涉及到多個(gè)外部設(shè)備，設(shè)備的動(dòng)作往往有嚴(yán)格的時(shí)序要求。長(zhǎng)久以來，多使用“面向過程”的程序設(shè)計(jì)方法。以過程為中心構(gòu)造應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理過程代碼是相互獨(dú)立的，可重用代碼少，且代碼量大時(shí)，維護(hù)數(shù)據(jù)和代碼相當(dāng)困難。其缺點(diǎn)有：割裂被控對(duì)象在PLC程序與現(xiàn)實(shí)中的聯(lián)系，內(nèi)部邏輯與被控對(duì)象不明確，程序的后期維護(hù)困難；程序的內(nèi)部邏輯關(guān)系非常復(fù)雜，控制流程不明確，容易出錯(cuò)；輸入與輸出都缺乏整體性，程序員往往孤立考慮各輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)的邏輯和控制。

2 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)概念

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法OOP（object-orientedprogram）直接以現(xiàn)實(shí)世界中的事物為中心來思考問題，按照事物的本質(zhì)特征把它們抽象為對(duì)象，作為構(gòu)建軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。程序與現(xiàn)實(shí)世界之間具有極強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，大大降低了軟件開發(fā)的難度。

⑴類。類是對(duì)所有具有相同屬性的事物的抽象概念，相當(dāng)于模具；而對(duì)象是類中的一個(gè)實(shí)體，相當(dāng)于是用模具制造出來的一個(gè)產(chǎn)品。同一類設(shè)備的控制方法、信號(hào)反饋、故障檢測(cè)等操作相同或相似，如水泵電機(jī)、油泵電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，可以抽象為一個(gè)電機(jī)類，編寫其通用性模塊。

⑵封裝。封裝將數(shù)據(jù)與操作數(shù)據(jù)的源代碼有機(jī)結(jié)合成類。封裝將對(duì)象的屬性和方法形成一個(gè)不可分割的整體；只保留有限的對(duì)外接口，并盡可能隱藏內(nèi)部的具體細(xì)節(jié)。封裝在對(duì)象與外界之間建立了一道屏障，使外界只能通過對(duì)象所提供的接口與對(duì)象發(fā)生聯(lián)系，而不能直接修改對(duì)象的屬性值。比如驅(qū)動(dòng)電機(jī)在PLC程序中可能不僅要“啟動(dòng)”與“停止”，還需要監(jiān)測(cè)電機(jī)電流、軸溫等。擁有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)備，可將這些特性抽象，封裝在一個(gè)類里。這就可以大大簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)PLC程序的結(jié)構(gòu)，提高編程和維護(hù)的效率。

3 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則

3.1 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)

⑴以“對(duì)象”或“數(shù)據(jù)”為中心，對(duì)象接收了消息就發(fā)生動(dòng)作。對(duì)象自然對(duì)應(yīng)領(lǐng)域的模塊性，可被用作組件去構(gòu)成更復(fù)雜的應(yīng)用。對(duì)象封裝的是某一實(shí)際需求的成分，改變某一對(duì)象對(duì)整個(gè)系統(tǒng)幾乎沒有影響；⑵類與類以層次結(jié)構(gòu)組織。屬于某個(gè)類的對(duì)象除了具有該類的特性外，還繼承其更高層次所有全部性質(zhì)；⑶由于類的模塊性與繼承性，可在原有對(duì)象的數(shù)據(jù)類型和功能的基礎(chǔ)上通過重用、擴(kuò)展和細(xì)化設(shè)計(jì)新的應(yīng)用程序，達(dá)到事半功倍的效果；⑷程序開發(fā)容易。系統(tǒng)中控制方法和功能相同或相似的設(shè)備很多時(shí)，這一特點(diǎn)尤為突出；⑸程序調(diào)試方便。只要把系統(tǒng)調(diào)試的可能性柔性地編到類的通用模塊中，便可應(yīng)對(duì)同類設(shè)備所有預(yù)料的突發(fā)問題。只須修改一個(gè)通用模塊，或者僅僅是修改幾個(gè)參數(shù)，也可應(yīng)對(duì)沒有預(yù)料到的問題；⑹系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)展方便。對(duì)象的存在使程序的可讀性大大增強(qiáng)，數(shù)據(jù)的封裝使得在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和功能擴(kuò)展時(shí)，不需知道設(shè)備的具體情況，只要知道設(shè)備的輸人輸出的接口即可。

3.2 設(shè)計(jì)原則

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本原則如下：⑴對(duì)象設(shè)計(jì)。把設(shè)備分類，抽象和封裝公共的屬性，賦予其現(xiàn)實(shí)的意義。⑵控制流程的設(shè)計(jì)。編寫處理邏輯關(guān)系與工藝流程的控制程序，形成功能模塊，通過接口來調(diào)用被控設(shè)備。既能使工藝流程清晰，又使被控對(duì)象明確，從而提高了程序的可維護(hù)性。

4 基于STEP7軟件的示例

STEP7軟件具備模塊化的編程方法，可將自動(dòng)化任務(wù)分解為能夠反映某種過程工藝、功能或可以反復(fù)使用的更小的任務(wù)塊（FC或FB），主程序循環(huán)塊OB1通過調(diào)用這些塊來完成整個(gè)自動(dòng)化任務(wù)。對(duì)應(yīng)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法中類的抽象和封裝，主程序調(diào)用不同的類進(jìn)行實(shí)例化，編寫控制程序。

在某工程項(xiàng)目中，使用西門子S7-300PLC控制三臺(tái)同1型號(hào)變頻器。輸人變量有：變頻器啟動(dòng)ST，變頻器停止SP，變頻器輸出電流I1，變頻器所驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸溫T1。輸出變量有：變頻器啟動(dòng)輸出Q，經(jīng)過數(shù)值變換后的變頻器電流I2，經(jīng)過數(shù)值變換后的電機(jī)軸溫T2。按照OOP方法的要求，針對(duì)控制對(duì)象與變量，使用STEP7軟件函數(shù)功能塊抽象出變頻器對(duì)象FC1，實(shí)現(xiàn)如下功能：（1）使用ST和SP接口變量控制輸出變量Q。（2）使用I_BCD函數(shù)實(shí)現(xiàn)I NT型變量（輸入電流） 轉(zhuǎn)換為BCD型變量（內(nèi)部程序使用）。在主程序OB1的梯形圖中放人三個(gè)被控變頻器的FC1，將外部變量（輸入：ST，SP，I1，T1。輸出：Q，I2，T2）分別與FC1定義的變量對(duì)應(yīng)起來進(jìn)行控制.

5 結(jié)論

基于OOP的程序設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用使PLC程序的實(shí)現(xiàn)更加容易，更加可靠，也為程序的調(diào)試和后續(xù)的維護(hù)及功能的擴(kuò)展提供了廣闊的空間。它在PLC程序設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以使它的設(shè)計(jì)向著工業(yè)化的設(shè)計(jì)方向發(fā)展，使大型PLC程序在集體合作設(shè)計(jì)時(shí)分工更加明確，性能更加可靠。

[參考文獻(xiàn)]

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