TIA Portal顶级编程技术-(框架的意义)

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无论您是项目工程师或者是自动化技术负责人，我们在项目开发中是否会经常遇到这些问题：

一些基础功能是否在不同的项目中总是被重复开发，比如对泵阀等基础设备的控制块、轮询调度块、通信处理块等等；不同的工程师在一些项目中总是出现同样的错误，同样的控制需求明明以前已经实现过了，换了一个人他又会重新来一遍；工程师有着各自的方法套路，同一公司做出来的项目竟然是截然不同的风格；技术资源没有得到有效积累，项目成败依赖于若干核心成员，新晋人员难以快速独挡一面；程序扩展性及维护性很差，没人愿意接手上一工程师的项目，大多数是宁愿从头写起；项目周期长，不同的工程师总是在重复造轮子，大量的时间耗费在基础工作上；对新项目没有行之有效的办法，不是拷贝一个老项目修改就是从头做起；由于老项目的质量也不是很高，导致修改量很大，工作量不降反升。工程师之间难以调剂，不同工程师之间代为调试项目非常困难，难以适应彼此的编程风格；公司已经在推行标准化了，但是并未取到良好的效果；

造成这一切的原因是我们缺乏一套好的项目框架(Framework)。项目框架是一个项目的基础与支撑结构，是经验的积累、是失败的教训、是技术的传承、也是一种创新，是一组结构设计优良的可重用代码模块。框架不仅仅是一些对设备控制程序的简单封装而形成的块，它应该通过合理的接口设计使其具备良好的可扩展性，通过简单的配置就可以实现自动编程和画面自动生成。

在软件工程里，框架被大量的使用，优秀的框架层出不穷。很多时候，软件工程的发展也就是框架的发展。但是遗憾的是在自动化行业目前还没有框架这一说法，框架的优势以及相应的先进编程理念还没有进入这个古老却又充满活力的行业。

基于框架开发可以极大的提高生产效率和项目质量，可以使我们摆脱前面所述问题的困扰。它有下面一些优点：

组件化：根据基于设备-单元控制模型的编程理念，我们要对基础设备和工艺单元分别进行组件化。基础设备主要是工业控制中常用的气缸、传感器、马达等单体设备。工艺单元通常指的是一个特定的生产工序，这个工序一般会包含若干基础设备，比如在我们熟知的锅炉控制系统中，汽包供水就可以抽象为一个工艺单元。它包含了供水马达(一般至少两台)、供水压力变送器、水位变送器(一般至少两台)和供水阀门等基础设备，它的目的是维持汽包内水位平衡。组件化的好处是降低了系统复杂性，隔离了变化的影响范围，提高了开发效率。可重用性：可重用性是组件化的一个显著优点。当然在一个优秀的框架中，除了组件的可重用性之外，还包含了一些好的设计模式等。简洁性：框架封装了基础设备和工艺单元的控制逻辑，工程师可以像搭积木那样使用，极大的提高了开发效率，降低了人工成本。可维护性：通过高分解、低耦合设计以及基于接口的编程使得框架维护变得极为简单，功能升级与换代只需要维护接口即可。可靠性：框架是众多工程师长期的积累，是经过实践稳定下来的一组可重用的设计和代码，因此可以保证极高的稳定性和可靠性。可扩展性：只需要遵守框架约定的接口原则，框架可以非常方便的添加自定义功能，以适应特定的控制需求。

当然框架也不是没有缺点，它的主要缺点是开发成本和学习成本比较高。因为设计、开发框架的技术难度和工作量较大，在框架开发初期需要一定的人力资源投入，所以前期成本较高。另一个就是学习成本，因为所有工程师首先要学习框架的使用，对框架里面各种组件接口以及功能要熟悉，因此学习成本略高。

不过综合来看，框架的优点要远远大于它的缺点。这也是为什么现在的软件工程行业优秀的框架层出不穷，Angular、Spring、vue等等，当然对于工业自动化行业也是同样的道理。我们可以有面向基础设备的通用框架，也可以有面向某一个行业的企业级框架。可以有基于TIA Portal的框架，也可以有基于集成架构(IA)的框架。

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PLC的程序框架

何为程序框架？简单地说类似于写作大纲，按照规划、既定的目标去编程。

合理的程序框架可以带来以下好处：1功能划分清晰，有利于程序的模块化、标准化；2调用结构清晰，方便别人阅读和理解；3符合“高内聚，低耦合”的标准，有利于设备后期改造及调试。

设备最基本的单元是器件，器件里面我以自己的理解大致分三种：第一种是不需要对其进行编程控制，比如按钮、断路器、隔离开关等主令器件及其它的传感器；第二种则是需要对其编程，最好是做成标准程序块，比如伺服控制器、变频器、视觉控制器、射频识别网关等控制单元；第三种是执行器件，这一类可以做成标准程序块控制，也可以不做即直接通过逻辑给输出。

以下图为例，05AUX里面是控制模块的部分功能，比如数据清除、数据处理等。04CM里面是控制模块的标准程序块。03EM是控制工位程序块的分组，这里面包含了所有工位及器件。02UN是控制设备单元程序块的分组，包含所有设备单元。01SYS则是控制整个系统设备的程序块分组。

程序框架

整个程序调用结构就非常清晰了，其中同级分组的程序块可以互相调用：

调用结构

这里引用王前厚编著的《PLC标准化编程原理及方法》第三章的分层级思想。设备的层级从上至下分别为L1，L2，L3，L4。L1设备即基础设备类型。L2设备全部由L1设备组成。L3设备是由大部的L2设备及少部分的L1设备组成。L4设备是由大部的L3设备及少部分的L2设备组成。

上面程序框架的举例是符合这种思想的。

这样一来，程序框架以及结构就跟设备整体机械框架不谋而合。所以为了方便程序的标准化，在设计电气原理图的时候就应该有这种模块化的意识。以常用的EPLAN绘制电路图举例，高层代号对应设备类型，位置框对应设备工位或者设备单元，如此就跟程序框架结构对应起来了。

相同类型的设备IO模块和点位就要设计成一致，程序读取IO就很方便，感兴趣的可以了解西门子PEEK和POKE指令。

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