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工業(yè)控制軟件工程對(duì)于高度可靠且易于廣泛使用的用戶有獨(dú)特的要求。這就是為什么圖形語(yǔ)言一直是工控編程的主體，而工控工程師往往在采用它們之前成熟了計(jì)算機(jī)科學(xué)的最新趨勢(shì)（例如，符號(hào)尋址和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在進(jìn)入工控之前已經(jīng)成熟。年）更多信息可在真工鏈獲取。

面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）在 1990 年代開(kāi)始被計(jì)算機(jī)科學(xué)家使用，但由于其復(fù)雜性和缺乏支持的圖形語(yǔ)言環(huán)境，其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用一直很緩慢。幸運(yùn)的是，工業(yè)軟件供應(yīng)商已經(jīng)開(kāi)始解決這些問(wèn)題，并在沒(méi)有任何復(fù)雜性的情況下為控制領(lǐng)域提供了許多 OOP 的好處。

本文將展示其中一個(gè)工具的示例，展示工程師如何通過(guò)掌握一小部分 OOP 概念來(lái)利用這些優(yōu)勢(shì)，并展示使用對(duì)象進(jìn)行編程如何成為控制基于對(duì)象的自然而直觀的技術(shù)。物理世界。

工業(yè)控制中OOP的定義

在“面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）”一詞的解釋中，工業(yè)控制界和計(jì)算機(jī)科學(xué)界往往是不同的。為了避免本文中的混淆，我們將工業(yè)控制解釋為面向?qū)ο蟮墓I(yè)編程（OOIP），并區(qū)分如下：

面向?qū)ο缶幊?(OOP)

包括完整的計(jì)算機(jī)科學(xué) OOP 功能

主要基于文本

通常是受過(guò)高等教育的計(jì)算機(jī)科學(xué)家領(lǐng)域

面向?qū)ο蟮墓I(yè)編程 (OOIP)

使用封裝、實(shí)例化和抽象概念將功能塊 (FB) 實(shí)例化為其他 FB 的能力

以圖形為主

控制工程師和工廠技術(shù)人員只需很少的培訓(xùn)即可使用。

OOIP的演變

在工業(yè)自動(dòng)化的早期，編程是固定的。我們讀取輸入，縮放輸入，對(duì)輸入生成警報(bào)，執(zhí)行控制算法以生成輸出，對(duì)輸出執(zhí)行警報(bào)，縮放輸出，并使用內(nèi)存映射 I/O 寫入輸出（如圖所示）圖1）。后來(lái)有空了，我們合并了一些重復(fù)的代碼，但其實(shí)過(guò)程還是很簡(jiǎn)單的。

廣告明星服務(wù)人山人海！砍10次，3分鐘打到極致，只等你！圖 1：原始扁平化編程風(fēng)格

當(dāng)控制軟件開(kāi)始適應(yīng)多個(gè)任務(wù)時(shí)，工業(yè)程序員采用了集中式面向任務(wù)的方法。這種方法將操作劃分為單獨(dú)的任務(wù)，然后一系列集中處理對(duì)程序中的標(biāo)簽執(zhí)行每個(gè)單獨(dú)的操作。第一個(gè)任務(wù)將讀取所有輸入，第二個(gè)任務(wù)將縮放所有輸入，下一個(gè)任務(wù)將在縮放點(diǎn)上執(zhí)行警報(bào)，依此類推，如圖 2 所示。

圖 2：面向任務(wù)的編程風(fēng)格

這種集中的面向任務(wù)的方法比平面方法有很大的改進(jìn)，但是在向程序添加新功能時(shí)，它需要修改每個(gè)任務(wù)。此外數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用面向?qū)ο蠓椒ㄅcc++描述，面向任務(wù)的編程常常使得在控制代碼中查看信息流和理解因果關(guān)系變得困難。這些缺點(diǎn)使得程序設(shè)計(jì)更加困難，工廠技術(shù)人員也難以維護(hù)（尤其是年輕的團(tuán)隊(duì)成員，他們?cè)贠OP中學(xué)習(xí)，對(duì)面向任務(wù)的編程不滿意）。

圖 3：面向?qū)ο蟮木幊田L(fēng)格

OOIP，如圖3 所示，轉(zhuǎn)變了面向任務(wù)的流程。這個(gè)函數(shù)不是分散在許多任務(wù)中，而是包含在“對(duì)象”中。由于工業(yè)控制工廠是由對(duì)象（例如：電機(jī)、傳送帶、閥門和傳感器）組成的，面向?qū)ο蟮木幊淌枪I(yè)控制的自然選擇……甚至可能比最初為 OOP 創(chuàng)建的計(jì)算機(jī)編程還要多！實(shí)際上，可以將控件的對(duì)象設(shè)計(jì)成與工廠中的對(duì)象相對(duì)應(yīng)，使控制程序開(kāi)始看起來(lái)與工廠設(shè)計(jì)非常相似，如圖4所示。 使用正確的控制圖編輯器，工廠設(shè)計(jì)圖和控制圖可以在同一張圖中！

圖 4：在 OOIP 中，控制設(shè)計(jì)是根據(jù)與物理工廠或設(shè)備設(shè)計(jì)中的對(duì)象相匹配的對(duì)象構(gòu)建的。

要實(shí)現(xiàn)OOIP，控制工程師只需要掌握兩個(gè)關(guān)鍵的OOP概念：封裝和實(shí)例化。

包裝形式

封裝允許創(chuàng)建對(duì)象，其中包含控制其匹配工廠對(duì)象所需的所有函數(shù)和數(shù)據(jù)。用戶不需要知道或理解底層實(shí)現(xiàn)......他們只是使用它！一個(gè)很好的比喻是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)封裝了活塞、閥門、軸承和許多其他物體和復(fù)雜的功能。駕駛員不需要知道發(fā)動(dòng)機(jī)是如何工作的，他們只需要了解發(fā)動(dòng)機(jī)的界面并與之交互：?jiǎn)?dòng)按鈕和油門踏板。

出現(xiàn)在圖 4 左下方并在圖 5 中有詳細(xì)說(shuō)明的模塊是 OOIP 封裝的一個(gè)很好的例子。該模塊封裝了模擬輸入的所有復(fù)雜性，包括縮放、鉗位、濾波、放大、變化率報(bào)警和高/低報(bào)警。程序員只關(guān)心塊的配置（_CI左端的輸入）和程序的輸出（和）。程序員不需要理解或擔(dān)心底層的復(fù)雜性。放下它并使用它......就像汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣。

圖 5：模擬輸入功能塊

實(shí)例化

實(shí)例化是聲明和使用一個(gè)對(duì)象的多個(gè)副本而不制作對(duì)象副本的能力。在-3 中，這些對(duì)象被稱為“功能塊”。功能塊是數(shù)據(jù)類型，就像整數(shù)或?qū)崝?shù)是數(shù)據(jù)類型一樣。通過(guò)以與聲明整數(shù)實(shí)例完全相同的方式聲明它們來(lái)創(chuàng)建功能塊的“實(shí)例”。在幕后，編譯器為功能塊的每個(gè)實(shí)例中的變量分配唯一的內(nèi)存，其方式與為實(shí)例分配內(nèi)存的方式完全相同。而且，正如您可以聲明無(wú)限數(shù)量的整數(shù)（最大存儲(chǔ)容量）一樣，您也可以聲明無(wú)限數(shù)量的特定功能塊實(shí)例。

圖 6：在連續(xù)函數(shù)圖編輯器中實(shí)例化對(duì)象

我喜歡在培訓(xùn)課程中使用的類比是福特野馬，如圖 7 所示。1964 年的福特野馬是車輛的“類型”（完全相同）整數(shù)是日期“類型” ）。在創(chuàng)建它的實(shí)例之前，您無(wú)法駕駛 1964 年福特“Type”（以完全相同的方式，除非您聲明它，否則您無(wú)法使用它）。因此，指示福特裝配線為您創(chuàng)建 1964 年福特野馬實(shí)例的工單類似于指示編譯器為您分配內(nèi)存的語(yǔ)句。這樣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用面向?qū)ο蠓椒ㄅcc++描述，您車道上的 1964 年 Ford 就成為這種數(shù)據(jù)類型的實(shí)例。

圖 7：功能塊

但是正如您可以聲明（并且編譯器可以為其分配內(nèi)存）許多整數(shù)一樣，工廠可以制造“車輛”類型“的許多實(shí)例。這樣，您的鄰居就可以擁有自己的 1964 年 Ford ，它完全獨(dú)立于您的。它們的功能完全封裝在物體的每一個(gè)實(shí)例中（無(wú)法承受潛在的量子糾纏）。

接下來(lái)是

本系列的第 2 部分將展示如何使用其他三個(gè)概念：抽象、接口和嵌套將較低級(jí)別的對(duì)象組裝成更復(fù)雜的對(duì)象，以及如何重用這些概念從一組對(duì)象構(gòu)建整個(gè)工廠或機(jī)器?；緲?gòu)建塊。它還將展示如何將 I/O 映射到分布在整個(gè)設(shè)計(jì)中的對(duì)象，如何向?qū)ο筇砑訁?shù)輸入以增強(qiáng)其可重用性，以及如何創(chuàng)建中央配置服務(wù)以允許從單個(gè) CSV 管理這些參數(shù)。文件或 SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)。

總結(jié)

工具供應(yīng)商開(kāi)始向控制工程師提供OOIP的優(yōu)勢(shì)。為了利用這些好處，控制工程師只需要掌握兩個(gè)關(guān)鍵的 OOP 概念：封裝和實(shí)例化。有了這些知識(shí)，控制工程師就可以將工廠對(duì)象的功能封裝成匹配的控制對(duì)象，然后將這些對(duì)象實(shí)例化，創(chuàng)建一個(gè)類似于工廠設(shè)計(jì)的控制設(shè)計(jì)。 OOIP 不僅使設(shè)計(jì)易于構(gòu)建，還使工廠技術(shù)人員可以輕松地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行故障排除，并便于未來(lái)的控制工程師進(jìn)行維護(hù)。正如工業(yè)控制領(lǐng)域采用了其他最好的通用軟件進(jìn)步一樣，面向?qū)ο蟮墓I(yè)編程也遵循相同的模式。 OOIP顯然是控制工程的未來(lái)，振工鏈的工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)。