Table of Contents
مقدمة للنص الهيكلي
النص المُبَتَّب هو لغة برمجة رفيعة المستوى عرَّفها معيار الـ 61131-3 الخاص بالتحكم في المنطق القابل للبرمجة، وقد تم التصديق عليها في عام 1993 ونقحت في عامي 2002 و2013، وهو المعيار الذي أُصدر نظاماً لمشهد مجزأ بلغات PLC، وقد صُمم النص المعدَّل لسد الفجوة: في حين لا تزال نماذج البرمجيات غير ملائمة للكهرباء والبيئة البسيطة
وفي نظام نموذجي للمراقبة الصناعية، يمكن أن تتولى لجنة القانون التجاري الدولي عشرات المدخلات الناقصة، وأن تقوم بعمليات حسابية تناسبية متداخلة، وتدير البيانات الوصفية، وتتواصل مع بروتوكولات متعددة، وتنفذ حواجز أمان، ويمكن التعبير عن جميع هذه المهام بوضوح في النص المهيكل، وتساند المتغيرات والبيانات المشروطة (برنامج " ستيفي " ).
ونظرا لأن الدراسة الاستقصائية عن المواد الكيميائية جزء من المادة 61131 من النظام الداخلي، فإنها يمكن أن تكون مختلطة مع لغات أخرى في إطار المشروع نفسه، ومن النمط المشترك كتابة تدفق المراقبة الرئيسي في ديبدر أو النسيج، وحسابات مجمعة منقولة إلى مجموعة مهام مكتوبة في ST.S.Hbrid approach leverages the strengths of each language without forcing engineers into a single paradigm.0
مزايا النص الهيكلي في البرمجة الحديثة للجنة القانون الدولي
القابلية للقراءة والصيانة
ويستخدم النص المُبَرَّد كلمات رئيسية باللغة الإنكليزية بوضوح وهيكلاً حجرياً يعكس لغات البرمجة التقليدية، ويسهل الاطلاع على المعلومات والتعليقات على هذا التدفق، وعندما يرث مهندس جديد مشروعاً كبيراً، كثيراً ما تكون مدونة قواعد البيانات الاستراتيجية أكثر توثيقاً ذاتياً من رسم بياني للكثافة، ويمكن إنجاز مهام الصيانة مثل تعديل الحساب، أو إضافة حالة إنذار، أو تغيير نقطة محددة بكاملها باستخدام أرقام مستهدفة بدلاً من إعادة ترتيبها.
السلطة الشرعية
فالوظائف الحسابية المعقدة، والثلاثية، واللوغاريتمات، وعمليات البض، هي مواطنون من الدرجة الأولى في الدرجة الأولى في الدرجة الأولى في الدرجة الأولى. فعلى سبيل المثال، يتطلب تنفيذ حلقة التعاقب في مجال البيوت ذات الشروط الغذائية فقط عشرات خطوط من الرموز، وسيحتاج أخصائيو السلالم إلى بناء كتل وظيفية متطورة أو عمليات الرياضيات القائمة على السلالم التي يصعب فكها، كما يعالجون صفائف وهياكل محلية تتسم بالكفاءة.
تعديل القانون وإعادة استخدامه
ويؤيّد النص المُبَيَّن دعماً كاملاً مفاهيم الوظائف الثابتة والمناجم والبرامج التي وضعتها اللجنة الانتخابية المستقلة 61131 - 3، ويمكن إعادة استخدام مجموعة الوظائف التي تُكتب في الوثيقة ST على الفور، وذلك بكل من بياناتها الخاصة، وهذا التصميم النموذجي يقلل من الازدواجية ويعجل التطوير في مهام متكررة - مثلاً، يمكن إعادة استخدام مجموعة مهام عامة " مراقبة السيارات " لكل محرك في مصنع على خلاف نهج النسخ.
قابلية التشغيل المتبادل مع لغات اللجنة الانتخابية المستقلة الأخرى
وتتيح معظم بيئات البرمجة الحديثة في لجنة القانون الدولي الجمع بين شركة " ست " و " ديغرام " (FBD) و " Squential Function Chart " (SFC) و " مهندس " يمكن أن يستخدم شركة SFC لنموذج جهاز الدولة " ، وتنفيذ إجراءات كل دولة في نظام " ST " ، وترك مكامن السلامة في لا يحل محل اللغات الأخرى بل ويكملها، مما يتيح لاختيار الفرق.
دال - التعبئة والتحكّم
ويمكن أن تكون مدونة قواعد السلوك ذات الطابع الوحيد، وأن تُراقب وتُنقسم في معظم البيئات الإنمائية، ولأنها تفصل المنطق عن رسم خرائط المعدات، فإن بإمكانكم تحفيز أجزاء كبيرة من البرنامج خارج الخط، وهذا يقلل من وقت التكليف ويتيح إجراء اختبارات دقيقة قبل أن تكون لجنة القانون الخاص مرتبطة بمعدات حية، كما أن أدوات كثيرة توفر تحليلا ثابتا والتحقق من الامتثال لمعايير التصنيف الدولي للمواد الكيميائية 61131 - 43، وتلحقون أخطاء في التسلسلات، والظروف المحتملة.
النص المُبَرَّد ضد لغات أخرى من لغات اللجنة الانتخابية المستقلة 61131 -3
Ladder Diagram (LD)
(ب) مخططات البرمجيات الكهربائية في البطولة (Dader Diagram) - ممتاز لمنطق البوليان البسيط، دوائر الأمان، والمهندسين الذين يأتون من خلفيات كهربائية، ولكن مع زيادة التعقيد، يصبح من الصعب قراءة وخطأ (Ldder) وتفوق الحسابات، ومناولة البيانات، وأي خوارزمية لا ترسم بشكل طبيعي على الاتصالات وقطع الفحم.
مقياس الشغل
فالإدارة المالية للديوكسينات هي رسوم بيانية وتعمل بشكل جيد على تحديد المنطق ذي الوجهة العالية، مثل مراقبة أو توسيع نطاق استخدام أجهزة PID، ولكنها يمكن أن تصبح مكتظة بالعديد من القطع والأسلاك، ويمكن أن تنتج هذه الخدمات نفس الأداء في عدد أقل من الخطوط، ومن السهل إصدارها، كما أن البرمجيات المزودة بمقياس للجوانب لا تزال شائعة بالنسبة لمجموعات المكتبات؛ وكثيرا ما تستخدم هذه الوسائل لتنفيذ تلك الحواجز داخليا.
Sequential Function Chart (SFC)
ويبرز هذا البرنامج الخطوات والانتقالات بصريا، غير أن الإجراءات المتخذة في إطار كل خطوة كثيرا ما تُكتب في " ST " أو " Ladder " ، إذ أن الجمع بين لجنة الخدمة المدنية الدولية للهيكل و " ST " للتنفيذ يعطي أفضل العالمين في عمليات الدفع أو آلات التجميع.
قائمة التعليمات
وقائمة التعليمات هي لغة ذات مستوى منخفض من النغمات المتناغمة، وهي لغة شبيهة بالتجمع، وهي نادرا ما تستخدم في مشاريع جديدة لأنه يصعب قراءتها وصيانتها، ويمكن للشركة أن تفعل كل ما بوسعها فعله بربطة أكثر وضوحا، وبالتالي فقد ستهلكت الرابطة في العديد من سلاسل الأدوات.
وفي الممارسة العملية، تدعم معظم النظم IEC 61131 - 3 جميع اللغات الخمس، ولكن ST أصبحت الخيار الفعلي للألغام الجديدة، وسائقي الاتصالات، والتطبيقات الكثيفة البيانات.() وتضع [(FLT:0]] IEC 61131 -3 () نفسها تعريفاً رسمياً لـ " ستينتاكس " و " سامانتيكت " .
السمات الرئيسية والبنائط في النص الهيكلي
أنواع البيانات والتغيرات
(ب) دعم أنواع البيانات المعيارية للرقم 61131 - 3: BOOL, INT, DINT, REAL, LREAL, TIME, DATE, STRing, and user-defined structures. Variables can be declared at the program, function block, or function level with the VAR, VAR INPUT, VAR OUTPUT, VAR IN OUT, and VAR STAT keywords.
VAR Setpoint : REAL := 100.0; processVariable : REAL; gain : REAL := 1.5; output : REAL; END_VAR
البيانات المشروطة
يدعم فرعا المؤسسة الأوروبية لإحصاءات النفط والفروع التابعة للشبكة الدولية للتكامل البيئي، وتُعتبر بيانات هذه الفئة مناسبة لاتخاذ قرارات متعددة المستويات استنادا إلى معيار أو تعداد:
CASE mode OF 1: output := Setpoint * gain; 2: output := Setpoint * 2.0; 3: output := 0.0; ELSE output := 0.0; END_CASE
اللوب والتوقيت
- تواتر حلقات العمل على نطاق واسع؛ وبدء تشغيل حلقات التدريب وإعادة التأهيل إلى حين تغيير الظروف، وهي أساسية بالنسبة لصفائف التجهيز، أو الإدارة العازلة، أو لفؤر التتزامن، على سبيل المثال، إعداد آخر 100 عينة في العازلة:
sum := 0.0; FOR i := 0 TO 99 DO sum := sum + buffer[i]; END_FOR average := sum / 100.0;
الوظائف والحواجز الوظيفية
ولا توجد لدى الوظائف أي ذاكرة داخلية أو عودة قيمة واحدة، إذ توجد في لبنات العمل ذاكرة محددة يمكن أن تكون لها متغيرات متعددة في النواتج، وهي لبنات البناء الرئيسية للبرامج النظامية، وفيما يلي مجموعة مهام بسيطة لمرشح متوسط متحرك:
FUNCTION_BLOCK MovingAverage VAR_INPUT newValue : REAL; trigger : BOOL; END_VAR VAR_OUTPUT average : REAL; END_VAR VAR buffer : ARRAY[0..99] OF REAL; index : INT := 0; count : INT := 0; END_VAR IF trigger THEN buffer[index] := newValue; index := index + 1; IF index >= 100 THEN index := 0; END_IF IF count < 100 THEN count := count + 1; END_IF average := 0.0; FOR i := 0 TO count-1 DO average := average + buffer[i]; END_FOR average := average / REAL(count); END_IF
This example shows how ST handles array indexing, conditional logical, cycles, and floatingpoint arithmetic in a clear, brief way. For a deep dive into the syntax, refer to the Copen IEC 611 —3 resources.
التطبيقات العملية للنص الهيكلي
مراقبة عمليات الدمج والتحكم في العمليات المتقدمة
فبينما تقدم العديد من البلدان النامية وحدات من PID، فإن التنفيذات الجمركية في نظام ST تسمح بالرياح المضاد للاختراق، والتعويضات من حيث التغذية، والكسب في الجدول، والتصحيح التكييفي، فعلى سبيل المثال، يمكن لإحدى وحدات التشغيل الموحدة أن ترسم مقياساً للضغط على البيوت التي تعمل في الألف ثانية، مع ارتفاع معدلات الارتباط بـ 420 ميلاً.
مراقبة الحركة والروبوت
وكثيرا ما يعرض متحكمو الحركة الحديثة مهام التطعيم والتروس والاعتراض، أما التعليم والتدريب فهو لغة الاختيار لكتابة ملفات الكام الإلكترونية، والقيام بعمليات تحويل منسقة (مثلا، القطب إلى كارتيشيان)، وتنفيذ خوارزميات تخطيط المسارات، ويصبح منطق التزامن المتعدد الجوانب الذي سيكون مستحيلا تقريبا في لادر قابلا للإدارة في إطار نظام " سترات " مع إجراء حسابات موقوتة وواقع حقيقية.
وضع البيانات وتحليلها
وتتصرف البلدان النامية غير الساحلية على نحو متزايد كأجهزة حافة، وتجمع بيانات الإنتاج لأغراض التحليل، ويمكنها كتابة بيانات إلى ملفات على بطاقة SD أو إرسال خيوط مصممة على شبكة إيثريت باستخدام TCP/IP أو MQTT. ويمكن للمهندسين استخدام " ST " لمسح موجزات إحصائية (متوسطة، انحرافات قياسية، min/max) على ذبابة الطائرة، مما يقلل الحاجة إلى مجموعة منفصلة من بيانات PC.
سائقو بروتوكول الاتصالات
ويستخدم كثير من شركات القطاع الخاص نظام " ST " لتنفيذ بروتوكولات العرف على شبكة " تسلسل " أو " إيثرنيت " ، فمثلاً يمكن أن يكتب سائق لسيّد " مودر " أو " اكس أو " أو " س.
السلامة والتعامل مع الخزنة
وكثيراً ما تسمح البلدان التي تعمل بسلامة الشركات بتأمين التعليم العالي في سياقات محددة جيداً، وتستخدم هذه المراكز لخلق أشجار خاطئة، وتنفيذ الاستبعاد المتبادل للموارد المشتركة، وتوليد منطق إنذار يسهل فهمه، ولأن نظام الرصد والتقييم يدعم أنواع النمط وقطع الأشجار المنظم، فإن موظفي الصيانة يمكنهم بسرعة تعقب أجهزة الإنذار إلى مصدرهم.
أفضل الممارسات لتطوير النصوص الهيكلية
اعتماد اتفاقية للتسجيل في الأسماء المتماسكة
(ه) استخدام الأسماء المجدية للمتغيرات والوظائف وقطع الوظائف.() ملاحظة هنغارية (مثلاً، (و) نقطة ثابتة بالنسبة لنقاط إقليمية، xStart ] بالنسبة لإشارات بدء التشغيل BOOL) شائعة في التشغيل الآلي الصناعي.
التعليق والوثيقة
وتؤيد اللجنة الاستشارية تعليقات وحيدة (/) وتعليقات مغلقة (*) - حرر تعليقات توضح نية الحساب أو وحدات المتغير أو الافتراض وراء فرع مشروط، وتتجنب تعليقات واضحة مثل " مكتب الزيادة " وتحتفظ أيضا بسجل مراجعة في رأس كل مجموعة من العناصر الوظيفية.
قانون الهيكل المزود بوظائف وحواجز عمل
(ب) تقسيم البرنامج إلى وحدات صغيرة قابلة للشهادة - ينبغي أن تكون لكل مجموعة من وحدات المهام مسؤولية واحدة، وإذا تجاوز عدد الوحدات 200 خط أو كان لديها أكثر من 10 مدخلات/نواتج، النظر في إعادة التصنيع، واستخدام نظام VAR IN OUT للبيانات التي يعدلها المبنى، ومن الواضح أن مدخلات الرقابة منفصلة عن مدخلات البيانات.
بدء جميع المتغيرات
ويمكن أن تتسبب المتغيرات غير المبدعة في سلوك لا يمكن التنبؤ به، إذ تُسند دائماً قيمة أولية في الإعلان (مثلاً، [(FLT:0]]] [القائمة: INT:=0) فيما يتعلق بالهياكل المعقدة، وتستخدم مجموعة مهام الاستهلال أو تُحدّد حالات التخلف في مجمع VAR.
اختبار في المحاكاة الأولى
ويوفر معظم بائعي شركة PLC بيئات محاكاة تنفذ نظام ST بدون معدات حقيقية، ويكتبون اختبارات للوحدة لأداء مهام حاسمة - على سبيل المثال، التحقق من أن مجموعة PID تعيد الناتج المتوقع للمدخلات المعروفة، وتستخدمون أكياساً للتأكيدات (مثلاً، IF]...
مراجعة مراقبة الشفرات والمدونة
:: معالجة الرمز ST مثل أي برامجيات أخرى: استخدام نظام مراقبة النسخ (Git, SVN) لتتبع التغييرات، واستعراض المدونة للصيد من الأخطاء المنطقية وتحسين المعرفة الجماعية، ويمكن للعديد من هذه الاقتصادات أن تصدر " ST " كنص سهل، مما يجعل المقارنات المنشورة مباشرة.
For a more detailed set of guidelines, consult the PLCopen Software Engineering Guide.]
التدريب على النصوص الهيكلية واعتمادها
وعلى الرغم من أن التعليم العالي جزء من معيار التعليم المتكامل منذ عام 1993، فقد تم تدريب العديد من المهنيين العاملين في مجال التشغيل الآلي في المقام الأول على اللغات الخاصة بالسلّم أو المورد، ويسمح منحنى التعلم بالنسبة إلى التعليم العالي نسبياً لكل شخص لديه خبرة في مجال البرمجة الأساسية، ويستفيد من التعليم الإلكتروني أو التعليم الإلكتروني الذي يقدمه البائعون، ومن دورات دراسية من منظمات مثل الجمعية الدولية للتلقّم على أساس التكوين وأفضل الممارسات.
وكثيرا ما تبدأ الشركات التي تعتمد نظام " ست " بإعادة كتابة مجموعة واحدة من الوظائف المعقدة في نظام الدراسات العلمية مع الاحتفاظ بباقي المشروع في لادر، ومع تزايد الثقة، تنتقل الأفرقة إلى أقسام أكبر، ومع مرور الوقت تصبح الدراسة الاستقصائية اللغة المفضلة للتنمية الجديدة، مع الاحتفاظ بقائمة " لادر " إلا لمنطق البوليين البسيط أو دوائر السلامة التي يكون فيها الوضوح الشكلي إلزاميا.
كما أن الاتجاه العالمي نحو معايير التشغيل الآلي المفتوحة والقابلية للتنقل بين مختلف الأطراف يخدم " ST. " لأن IEC 61131 - 3 ST متطابقة في معظم المنابر (مع اختلافات طفيفة في اللهجة)، ويمكن للمهندسين إعادة استخدام مهاراتهم عند التحول بين العلامات التجارية لمركبات PLC، مما يقلل تكاليف إعادة التدريب ويجعل القوة العاملة أكثر مرونة.
مستقبل النص الهيكلي في مجال التشغيل الصناعي
ومع اعتماد المصانع لمبادئ الصناعة 4.0، فإن المطالب على البرمجة من جانب لجنة القانون الدولي تزداد، إذ أن هذه الفئة من البلدان هي في وضع فريد يمكنها من تلبية تلك الطلبات، وقدرتها على العمل مع صفائف كبيرة، والاتصال عبر شبكة Ethernet، والقيام بحسابات معقدة، تجعلها الخيار الطبيعي للمهام المحوسبة التي تدمج التحكم في تحليل البيانات، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تقوم لجنة التحرير الوطنية العاملة بالتعلم على الآلات باستخدام نموذج متدرب مسبقا، على إرسال البيانات.
وثمة اتجاه آخر يتمثل في تقارب الرقابة القائمة على أساس القانون الجنائي وقانون الإجراءات المدنية (مثلاً، تشغيل المراكز غير الرسمية في الوقت الحقيقي لينكس)، وكثيراً ما تعرض هذه البرامج الدراسة الاستقصائية لللغات الرئيسية، مع إتاحة الوصول الكامل إلى موارد نظام التشغيل، مما يفتح الباب أمام القدرات المتقدمة مثل الربط الشبكي لقاعدة البيانات، وخواديم الشبكة، والوصلات بين المستعملين العرفيين - وجميعها مبرمجة في النظام الموحد.
كما أن معيار IEC 61499 ] الذي يستند إلى المعيار 61131 - 3 للتحكم الموزع، يدعم أيضاً تركيبة نصية مماثلة للرقم ST. As distributed functioning (smart sensors, decentralized control) بشأن المكاسب، وستستخدم هذه المادة كبغ يدمج الأجهزة المتغايرة، وأخيراً، فإن حركة الدخول المفتوحة المصدر في بيئة تؤدي إلى إنتاج آلي.
وباختصار، فإن النص الهيكلي ليس اتجاها عابرا، بل هو لغة ناضجة وممتثلة للمعايير تعالج تعقيدات التشغيل الآلي الحديث مع بقاءه في متناول اليد، فالمهندسين الذين يستثمرون الوقت في إدارة النظام الموحد سيجدون أنفسهم مجهزين لمعالجة مشاكل الرقابة الأكثر تحديا - من الاقتراح المتعدد الجوانب إلى تحقيق الاستخدام الأمثل للعملية المعززة.
خاتمة
وقد أصبح النص الهيكلي أداة لا غنى عنها في مجموعة أدوات مهندس التشغيل الآلي، إذ إن وضوحه، وسلطته الحسابية، والهيكل النموذجي يتيحان منطقا متطورا للمراقبة يكون غير عملي بلغات رسومية، وعندما يقترن ذلك بصيغة أخرى من لغات IEC 61131 - 3، فإن نظام " ST " يوفر أفضل من كلا العالمين: التصميم البصري المناسب لضبط التسلسل العالي المستوى و " نظاما أكثر دقة " قابلة للحفظ " للبرمجيات المركبة " .
وبالنسبة للمهندسين الجدد إلى اللغة، فإن مكافآت التعلم ST تفوق كثيرا الجهد الأولي، إذ تبدأ بكتابة مهام بسيطة، أو بكتابة منضدة قائمة على أساس لادر أو مجموعة من الوظائف، وتأخذ تدريجياً وظائف أكثر تعقيداً، ومع الممارسة العملية، ستجدون أن التعليم التقني لا ينقذ وقت التنمية فحسب، بل ينتج أيضاً رمزاً يسهل فكه وإعادة استخدامه وتقاسمه بين الأفرقة، ومستقبل التشغيل الآلي هو برنامج آلي، ولغته المحتملة.