Function Block Diagram (FBD)

Über Function Block Diagrams

Function Block Diagram (FBD) ist eine der fünf SPS-Programmiersprachen, die durch IEC 61131-3:2013 — dem internationalen Standard für industrielle Automatisierung — definiert werden. Es ist die zweitmeist gezeichnete SPS-Sprache in Produktionscode (nach Ladder) und die natürliche Wahl, wenn ein Programmabschnitt als Datenfluss leichter lesbar ist als als Leistungsschienen-und-Rungen-Relais. AND/OR-Logik, Timer (TON/TOF/TP), Zähler (CTU/CTD), Vergleich (EQ/NE/GT/GE/LT/LE), Mathematik (ADD/SUB/MUL/DIV/MOVE), Flankenerkennung (R_TRIG/F_TRIG), bistabile Latches (SR/RS) — alle als benannte Port-Boxen dargestellt, die von links nach rechts verdrahtet sind.

Schematex folgt den visuellen Konventionen von IEC 61131-3 §6.4 mit IEC 60617-12 Unterscheidungssymbolen (& für AND, ≥1 für OR, =1 für XOR, 1 für NOT/BUF). Leitungen sind nach Datentyp eingefärbt (BOOL schwarz, INT blau, REAL orange, TIME magenta) gemäß der De-facto-Konvention von TIA Portal. Schwestersprache zu ladder (§6.3, rungenbasiert) und sfc (§6.5, sequenzbasiert); zusammen bilden sie den visuellen Teil von IEC 61131-3.

1. Ihr erstes FBD-Netzwerk

Das kleinste nützliche FBD-Netzwerk: ein Block, zwei Eingänge, ein Ausgang.

fbd
network 0:
  Out = AND(A, B)

A und B werden automatisch als BOOL-Eingänge (linke Klemmen) deklariert, und Out wird automatisch mit dem OUT-Port des AND-Blocks (rechte Klemme) verdrahtet. Der Block sitzt zwischen ihnen mit Port-Stummeln und Beschriftungen.

2. Variablen

Deklarieren Sie Variablen vor allen Netzwerken. Jede Variable hat einen Namen, einen IEC-Datentyp und einen optionalen Anfangswert.

fbd "Tank Control"

var StartBtn: bool
var TankLevel: real
var SetPoint: real = 80.0
var DwellTimer: timer
var Pulse: counter

Unterstützte Typen: bool, int, dint, uint, udint, real, lreal, time, date, tod, string, wstring, byte, word, dword, timer, counter. Jeder andere Bezeichner wird als benutzerdefinierter Funktionsblock-Typ behandelt.

Optionale Bereichspräfixe (Standard = lokal): var_input, var_output, var_in_out, var_global, var_external.

3. Netzwerke

Ein Netzwerk ist ein unabhängiges Stück Datenfluss, das innerhalb sich selbst von links nach rechts ausgewertet wird; Netzwerke werden pro Scan von oben nach unten über das Programm ausgewertet.

network 0 "Start latch":
  ...

network 1:
  ...

Die Nummer ist optional — Netzwerke werden automatisch nummeriert, wenn sie fehlt. Der Titel (in Anführungszeichen) wird oben links im Netzwerkrahmen dargestellt.

4. Block-Aufrufe — Inline-Ausdrucksnotation

Der klarste Weg, ein kombinatorisches Netzwerk zu schreiben, ist als einzelner verschachtelter Ausdruck:

network 0:
  Out = OR(A, AND(B, ~C))

Der Parser erstellt den Aufrufbaum: äußeres OR mit A an Eingang 1 und dem AND-Ergebnis an Eingang 2; AND hat B und das negierte C. Der Renderer legt sie von links nach rechts an (Eingänge bei Schicht 0, AND bei Schicht 1, OR bei Schicht 2, Ausgang bei Schicht 3).

~C fügt eine Negationsblase (kleiner offener Kreis) am Eingangsport hinzu — entspricht dem Einfügen eines NOT-Blocks an dieser Leitung, aber übersichtlicher.

5. Block-Aufrufe — Instanzbenannte Notation

Wenn Sie die Ausgänge eines Blocks von anderswo referenzieren müssen, geben Sie ihm ein Instanz-Tag:

network 0:
  Pulse = R_TRIG(CLK: Sensor)
  Count = CTU(CU: Pulse.Q, R: Reset, PV: 100)
  Done  = GE(IN1: Count.CV, IN2: 100)

Pulse.Q, Count.CV referenzieren Ausgangsports benannter Instanzen. Das Instanz-Tag wird kursiv über dem Block-Header dargestellt.

Argumentlisten akzeptieren benannte Ports (CU: Pulse.Q) oder positionelle (CTU(Pulse.Q, Reset, 100)) — benannte Ports werden für die Lesbarkeit empfohlen und sind erforderlich, wenn Sie einen Port überspringen.

6. Inline-Konstanten

Eingangsports können Literale direkt aufnehmen — keine Leitung erforderlich:

network 0:
  Dwell = TON(IN: BottleSensor, PT: T#50ms)
  Cap   = LIMIT(MN: 0.0, IN: Setpoint, MX: 95.0)
  Mode  = SEL(G: ManualSwitch, IN0: AutoMode, IN1: ManualMode)

T#50ms, 0.0, 95.0 werden als kleiner gelber gerahmter Text links von ihrem Port dargestellt. Zeitliterale folgen IEC 61131-3: T#10ms, T#5s, T#3m20s, T#1h. Boolesche Werte sind true / false (Groß-/Kleinschreibung irrelevant).

7. Standard-Blockbibliothek

AND, OR, NAND, NOR, ADD, MUL, MAX, MIN akzeptieren eine beliebige Anzahl von Eingängen (Standard 2). Übergeben Sie zusätzliche positionelle Argumente oder verwenden Sie [inputs: N] zum Erweitern.

network 0:
  All4 = AND(A, B, C, D)
  Sum  = ADD(X, Y, Z)

8. Größeres Beispiel — Flaschenzähler

fbd "Bottle Counter"

var ConveyorRunning: bool
var BottleSensor: bool
var BatchDone: bool
var BatchSize: counter
var DwellTimer: timer

network 0 "Debounce sensor with 50ms dwell":
  Dwell = TON(IN: BottleSensor, PT: T#50ms)

network 1 "Count one bottle on rising edge of debounced signal":
  Pulse     = R_TRIG(CLK: Dwell.Q)
  BatchSize = CTU(CU: Pulse.Q, R: BatchDone, PV: 24)

network 2 "Batch done":
  BatchDone = MOVE(BatchSize.Q)

Drei Netzwerke: Entprellung → Flankenerkennung → Zählen → Flag. Jedes Netzwerk ist ein DAG; der Renderer leitet Leitungen durch Manhattan-Pfade.

9. Einschränkungen in v0.1

Die aktuelle Engine implementiert die Standard-Block-Teilmenge, die die meisten Teams täglich verwenden. Folgendes ist zurückgestellt und wird in einer Folgeversion ergänzt:

• EN/ENO-Leistungsflussschienen ([en]-Block-Attribut, [rail: on]-Header) — fügt eine Enable-Schiene oben im Netzwerk hinzu, Herstellerkonvention aus Studio 5000 / TIA Portal.
• Benutzerdefinierte Funktionsblöcke mit pins_in: / pins_out:-Deklarationen — für benutzerdefinierte Motorsteuerungen, PID-Instanzen usw.
• Seitenverbinder (connector_out / connector_in) für Leitungen, die sich über mehrere Seiten erstrecken.
• Bitstring-Blöcke (SHL, SHR, ROL, ROR, AND_BIT, OR_BIT usw.).
• Erweiterte Mathematik (SQRT, LN, LOG, EXP, SIN, COS, TAN, ASIN, ACOS, ATAN).
• ANSI-Unterscheidungsform-Modus ([shape: ansi]) — die logic-Engine bietet dies bereits für rein-boolesche Diagramme.
• CTUD bidirektionaler Zähler, TP retentiver Timer (RTO).

Wenn Sie diese Funktionen jetzt benötigen, eröffnen Sie ein Issue oder verwenden Sie die ladder-Engine für den vollständigen IEC 61131-3 LD-Teilsatz.

Verwandte Beispiele

Sofort einsetzbare Szenarien aus der Beispielgalerie: