功能块图（FBD）

关于功能块图

功能块图（FBD）是IEC 61131-3:2013（工业自动化国际标准）定义的五种 PLC 编程语言之一。它是生产代码中使用量第二高的 PLC 语言（仅次于梯形图），也是当程序片段以数据流方式表达比继电器梯级更直观时的首选。AND/OR 逻辑、定时器（TON/TOF/TP）、计数器（CTU/CTD）、比较（EQ/NE/GT/GE/LT/LE）、数学运算（ADD/SUB/MUL/DIV/MOVE）、沿检测（R_TRIG/F_TRIG）、双稳态锁存器（SR/RS）——所有这些均以具名端口的方块形式从左到右连线渲染。

Schematex 遵循 IEC 61131-3 §6.4 视觉规范，并使用 IEC 60617-12 特征符号（& 表示 AND，≥1 表示 OR，=1 表示 XOR，1 表示 NOT/BUF）。导线按数据类型着色（BOOL 黑色、INT 蓝色、REAL 橙色、TIME 品红色），遵循 TIA Portal 事实标准。它与**梯形图（§6.3，梯级式）和sfc**（§6.5，顺序式）同属姊妹语言；三者共同构成 IEC 61131-3 的可视化编程部分。

1. 第一个 FBD 网络

最小的可用 FBD 网络：一个功能块、两个输入、一个输出。

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

A 和 B 自动声明为 BOOL 输入（左侧端点），Out 自动连线到 AND 块的 OUT 端口（右侧端点）。功能块位于它们之间，带有端口引脚和标签。

2. 变量

在任何网络之前声明变量。每个变量包含名称、IEC 数据类型以及可选的初始值。

fbd "Tank Control"

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

支持的类型：bool、int、dint、uint、udint、real、lreal、time、date、tod、string、wstring、byte、word、dword、timer、counter。其他任何标识符均视为用户自定义功能块类型。

可选的作用域前缀（默认为局部变量）：var_input、var_output、var_in_out、var_global、var_external。

3. 网络

一个网络是一段独立的数据流，在网络内部从左到右求值；各网络之间按程序扫描顺序从上到下依次求值。

network 0 "Start latch":
  ...

network 1:
  ...

编号是可选的——若省略，网络将自动编号。标题（引号内）显示在网络框架的左上角。

4. 功能块调用——内联表达式记法

编写组合逻辑网络最清晰的方式是写成单个嵌套表达式：

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

解析器构建调用树：外层 OR 的输入 1 接 A，输入 2 接 AND 的结果；AND 接 B 和取反的 C。渲染器从左到右依次排列（输入在第 0 层，AND 在第 1 层，OR 在第 2 层，输出在第 3 层）。

~C 在输入端口添加一个取反气泡（小空心圆）——相当于在该导线上插入一个 NOT 块，但更简洁。

5. 功能块调用——实例命名记法

当需要从其他地方引用某个功能块的输出时，为其指定一个实例标签：

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 引用命名实例的输出端口。实例标签以斜体显示在功能块标题上方。

参数列表支持命名端口（CU: Pulse.Q）或位置参数（CTU(Pulse.Q, Reset, 100)）——推荐使用命名方式，当需要跳过某个端口时也必须使用命名方式。

6. 内联常量

输入端口可直接接受字面量，无需连线：

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 以小黄色方框文本形式渲染在各自端口的左侧。时间字面量遵循 IEC 61131-3 格式：T#10ms、T#5s、T#3m20s、T#1h。布尔值为 true / false（不区分大小写）。

7. 标准功能块库

AND、OR、NAND、NOR、ADD、MUL、MAX、MIN 接受任意数量的输入（默认 2 个）。传入额外位置参数或使用 [inputs: N] 可扩展输入数量。

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

8. 完整示例——瓶子计数器

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)

三个网络：去抖 → 沿检测 → 计数 → 标志位。每个网络是一个有向无环图；渲染器通过曼哈顿路径进行走线。

9. v0.1 已知限制

当前引擎实现了大多数团队日常使用的标准功能块子集。以下功能暂缓实现，将在后续版本中添加：

• EN/ENO 能流轨（[en] 块属性，[rail: on] 标头）——在网络顶部添加使能轨，这是 Studio 5000 / TIA Portal 的厂商规范。
• 用户自定义功能块，支持 pins_in: / pins_out: 声明——用于自定义电机控制器、PID 实例等。
• 页面连接器（connector_out / connector_in）——用于跨页面连线。
• 位串运算块（SHL、SHR、ROL、ROR、AND_BIT、OR_BIT 等）。
• 扩展数学函数（SQRT、LN、LOG、EXP、SIN、COS、TAN、ASIN、ACOS、ATAN）。
• ANSI 特征形状模式（[shape: ansi]）——logic 引擎已为纯布尔图提供此功能。
• CTUD 双向计数器、RTO 保持定时器。

如果您目前需要以上功能，请提 issue，或使用 ladder 引擎获取完整的 IEC 61131-3 LD 子集。

相关示例

来自示例库的可直接使用场景：