ファンクションブロックダイアグラム（FBD）

ファンクションブロックダイアグラムについて

ファンクションブロックダイアグラム（FBD）は、産業オートメーションの国際標準であるIEC 61131-3:2013が定める5つのPLCプログラミング言語のうちの1つです。生産コードにおいて2番目に多く使われるPLC言語（ラダーに次ぐ）であり、プログラムの一部がパワーレール・ラングリレーよりもデータフローとして読む方が分かりやすい場合の自然な選択です。AND/ORロジック、タイマー（TON/TOF/TP）、カウンター（CTU/CTD）、比較（EQ/NE/GT/GE/LT/LE）、数学（ADD/SUB/MUL/DIV/MOVE）、エッジ検出器（R_TRIG/F_TRIG）、バイステーブルラッチ（SR/RS） — すべて名前付きポートのボックスとして左→右に配線されます。

SchematexはIEC 61131-3 §6.4のビジュアル規約とIEC 60617-12の識別記号（ANDは &、ORは ≥1、XORは =1、NOT/BUFは 1）に従います。ワイヤーはTIA Portalのデファクトスタンダードに従いデータ型で色分けされます（BOOL黒、INT青、REALオレンジ、TIMEマゼンタ）。ladder（§6.3、ラングベース）および**sfc**（§6.5、シーケンスベース）の姉妹言語であり、これらが合わさってIEC 61131-3のビジュアル半分を構成します。

1. 最初のFBDネットワーク

最小限の実用的FBDネットワーク：1つのブロック、2つの入力、1つの出力。

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

A と B はBOOL入力として自動宣言され（左側端子）、Out はANDブロックの OUT ポートに自動配線されます（右側端子）。ブロックはポートスタブとラベルとともにそれらの間に配置されます。

2. 変数

ネットワークの前に変数を宣言します。各変数は名前、IECデータ型、およびオプションの初期値を持ちます。

fbd "Tank Control"

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

サポートされる型：bool、int、dint、uint、udint、real、lreal、time、date、tod、string、wstring、byte、word、dword、timer、counter。その他の識別子はユーザー定義ファンクションブロック型として扱われます。

オプションのスコーププレフィックス（デフォルト = ローカル）：var_input、var_output、var_in_out、var_global、var_external。

3. ネットワーク

ネットワークはデータフローの独立した一単位であり、内部では左→右に評価され、プログラム全体ではスキャンごとに上→下に評価されます。

network 0 "Start latch":
  ...

network 1:
  ...

番号はオプションです — 省略した場合は自動的に番号付けされます。タイトル（引用符で囲む）はネットワークフレームの左上に表示されます。

4. ブロック呼び出し — インライン式記法

組み合わせネットワークを記述する最も明確な方法は、単一のネストされた式として書くことです。

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

パーサーは呼び出しツリーを構築します：外部ORは入力1に A、入力2にANDの結果を持ち、ANDは B と否定された C を持ちます。レンダラーはそれらを左→右に配置します（入力はレイヤー0、ANDはレイヤー1、ORはレイヤー2、出力はレイヤー3）。

~C は入力ポートに否定バブル（小さな開いた円）を追加します — そのワイヤーにNOTブロックを挿入することと同等ですが、よりすっきりしています。

5. ブロック呼び出し — インスタンス名記法

ブロックの出力を別の場所から参照する必要がある場合、インスタンスタグを付けます。

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 は名前付きインスタンスの出力ポートを参照します。インスタンスタグはブロックヘッダーの上にイタリック体で表示されます。

引数リストは名前付きポート（CU: Pulse.Q）または位置指定（CTU(Pulse.Q, Reset, 100)）を受け付けます — 名前付きは可読性のために推奨され、ポートをスキップする際に必須です。

6. インライン定数

入力ポートはワイヤー不要でリテラルを直接受け取れます。

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 はポートの左に小さな黄色のボックステキストとして表示されます。時間リテラルはIEC 61131-3に従います：T#10ms、T#5s、T#3m20s、T#1h。ブール値は true / false（大文字小文字不問）。

7. 標準ブロックライブラリ

AND、OR、NAND、NOR、ADD、MUL、MAX、MINは任意の数の入力を受け付けます（デフォルト2）。追加の位置引数を渡すか [inputs: N] を使用して拡張してください。

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

8. より大きな例 — ボトルカウンター

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)

3つのネットワーク：デバウンス → エッジ検出 → カウント → フラグ。各ネットワークは1つのDAGであり、レンダラーはワイヤーをマンハッタンパスでルーティングします。

9. v0.1の制限事項

現在のエンジンは、多くのチームが日々使用する標準ブロックのサブセットを実装しています。以下は延期されており、フォローアップで追加される予定です：

• EN/ENOパワーフローレール（[en] ブロック属性、[rail: on] ヘッダー）— ネットワーク上部のイネーブルレールを追加。Studio 5000 / TIA Portalのベンダー規約。
• ユーザー定義ファンクションブロック（pins_in: / pins_out: 宣言付き）— カスタムモーターコントローラー、PIDインスタンスなど用。
• ページコネクター（connector_out / connector_in）— 複数ページにまたがるワイヤー用。
• ビット文字列ブロック（SHL、SHR、ROL、ROR、AND_BIT、OR_BITなど）。
• 拡張数学（SQRT、LN、LOG、EXP、SIN、COS、TAN、ASIN、ACOS、ATAN）。
• ANSI識別形状モード（[shape: ansi]）— logic エンジンはすでに純粋ブールダイアグラムにこれを提供しています。
• CTUD 双方向カウンター、TP リテンティブタイマー（RTO）。

これらがすぐに必要な場合は、issueを開くか、IEC 61131-3 LDの完全なサブセットのために ladder エンジンを使用してください。

関連例

サンプルギャラリーからすぐに使えるシナリオ：