PLC程序開發 ， 簡化程序最佳方式——面向對象編程

作者：Richard Jafrate

面向對象編程,是一種利用對象、方法和屬性，來組織和簡化程序元素的最佳方式。

最新發布的IEC-61131-3標準更新包括面向對象編程（OOP）語言。雖然面向對象編程是高大上的術語，但它其實是關於組織和簡化的。組織是指程序元素進行分組以及分組所採用的機制。組織良好的程序更直觀和更易於使用。面向對象的特徵旨在改善和促進健全的組織項目。簡化是指向外部世界提供簡化的介面。封裝之下，對象內部的複雜細節則保留在程序中。

何為對象？

編程中的「對象」，就是將功能和數據整合在一起，用其來實現對實際設備、過程和其它結構的狀態和行為的建模。在IEC 61131-3標準中，對象是帶額外特性的功能塊。功能塊可以定義方法和屬性，從而可以進一步劃分代碼和擴展介面。方法和屬性可以使用任何IEC-61131-3語言來實現。語言的選擇在每個方法或屬性的基礎上確定，這使其很容易根據環境來使用最適合的語言。

示例項目包含一個功能塊，該功能塊實現一個簡單的加/減計數器（如圖1所示）。在其它面向對象編程（OOP）語言中使用的「類」，是「函數功能塊」的同義詞。兩者的定義都必須在使用前進行實例化。類的實例或功能塊被稱為「對象」。

圖1：該示例工程包含了一個簡單的增/減計數器的功能塊。圖片來源： Mitek 自動化

定義方法

「方法」，是能夠訪問所定義的函數塊內部數據和參數的函數。它們也可以有輸入、輸出參數和返回值，這和普通函數一樣。

方法，可以用梯形圖來定義。當輸入參數為「真」時，計數器遞增，最後達到一個最大值。在功能塊的主體中，定義PMaxCount和Count參數。由於方法可以訪問功能塊的數據和參數，方法內部就可以使用PMaxCount和Count參數。返回值被寫入到CountUp，它是方法本身的名字。

在方法中定義NotMax變數，並將其分配給方法的調用堆棧。這意味著，前一個運行周期的變數值不會保持。在功能塊主體中定義的變數被分配到內存中，並在不同的運行周期中保持一致。

另一種方法是定義遞減計數器，比如使用結構化文本語言來實現。當輸入參數為「真」時，計數器遞減，直到減為零為止。Count 是功能塊的輸出參數，並將返回值寫入變數CountDn，這也是方法的名稱。此方法提供了一種簡單方便的方法，將整個程序分解成更小、更易於管理的程序塊。這種設計，更易於匹配不同的語言。

從函數塊本體調用這些方法，是很簡單的事情（如圖2所示）。由於這些方法是使用關鍵字「私有」定義的，所以只能在函數中調用它們。使用關鍵字「公共」定義的方法，也可以在外部調用。

圖2：用戶可以從功能塊本體來調用這些方法，並使用關鍵詞作為方法的防護。

定義屬性

「屬性」是類似於變數的函數，可以在表達式中使用，與使用變數的方法相同。不同於綁定到某個存儲位置，屬性與get()和set()功能綁定。當需要從屬性中讀取數據時，就需要執行get()功能。當需要向屬性寫入數據時，就需要執行set()功能。

「公有」與「私有」關鍵詞，也可以用來控制屬性的訪問許可權。「私有」意味著屬性只能在定義的功能塊內部使用。「公有」，則意味著該屬性可用在外部調用。然而，「公有」與「私有」關鍵詞也可以用於get()和set()函數的定義。這就使得該屬性，外部可讀，內部可寫。

在最基本的形式中，屬性從內部變數讀取、或寫入數據。它們的附加功能可用於驗證數據值或執行其它操作。例如，可在程序中添加MaxCount屬性。這允許將最大計數設置為指定的值，且其當前值可讀。數據通過MaxCount屬性傳遞給set()和get()函數，就像變數一樣。get()函數返回功能塊變數PMaxCount的值。set()函數驗證輸入值，以便在將結果寫入PMaxCount之前確保它是一個正數。

圖3：重置屬性沒有潛在讀寫操作對象。

在圖3所示的例子中，在項目中增加了使用梯形圖語言實現的複位功能。重置屬性沒有潛在的讀寫操作對象變數。當寫入「真」時，執行複位操作。當讀取屬性時，計算表達式的值，並返回結果。

值得一提的是，項目結構和組織如何反映到項目樹中。在項目中，每個程序、函數塊、方法和屬性都用一個節點表示。雙擊節點，就會在主窗口的文檔頁打開一個選項卡。標籤可以被移除並以單獨的窗口顯示。get()和set()功能都可以單獨顯示，因此可以用於屬性定義的顯示。

圖4：程序可以像功能塊一樣定義內部數據、參數、方法和屬性。

面向對象程序元素的優化

面向對象包括很多，但它最根本的目的就是以一種最優的方式組織程序元素。對象、方法和屬性，是實現這一目標的主要手段，對於理解和掌握這些概念，是最基本的。

項目初期，可採用較小的程序步驟來組織常規程序；基於對象的設計可以稍後進行。熟悉使用這些技術以後，會讓你更容易考慮所有其它的可能性。沒有理由不做嘗試。

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