功能區塊圖

FBD(功能塊圖編程語言)將各種功能塊進行連接，實現所需的控制功能，它是一種圖形化的高級編程語言，程序組織的本體表示為功能塊之間的鏈接，FBD採用過程元素（功能塊）和連線代表數據的信號流，類似電子線路圖，圖形化符號（box）代表函數或功能塊，通過圖形化的I/O連接線段來給它分配輸入輸出信號的布爾變數值。

功能塊有面向對象的含義，像電子電路的集成晶元一樣，封裝數據與邏輯，用戶不考慮其內部具體流程，只用考慮介面和利用。採用FBD的編程類似於現代面向對象編程的結構化特點，符合代碼反覆使用的要求，可以廣泛的使用在以PLC為基礎的各種控制系統之中。由於FBD語言是一種受限制的圖形化面向機器語言表示形式，這就表示一些IL編程語言可以由FBD來表示，FBD與電器工程中的電路圖表示很相似，比如CMP==I表示兩個整數的比較，&表示兩個布爾變數的與操作，>=I表示兩個布爾變數的或操作，=符號則代表對一個變數的賦值。

區塊的輸入和輸出利用連接線來連接，一條連接線可以連接圖中的二個邏輯接點：

• 輸入變數及區塊的輸入。

• 區塊的輸出及輸入變數。

• 一區塊的輸出及另一區塊的輸入。

連接線是有方向性的，會將資料由左側的邏輯接點連到右側的邏輯接點，兩者需要有相同的資料型態。

一連接線可以有多個右方邏輯接點，可以用來將資訊廣播給多個邏輯接點，所有的邏輯接點需要有相同的資料型態。

功能區塊圖是針對邏輯或控制模態定義的語言，是控制系統相關的的IEC 61131-3標準中支援的幾種語言之一，可以應用在可編程邏輯控制器（PLC）或分散式控制系統（DCM）中。IEC 61131-3中還支援像指令表（IL）、階梯圖（LD）、結構化文字（ST）、順序功能流程圖（SFC）等語言。

功能圖塊編程語言使用方便，它以功能塊為邏輯單元，對於表示大型控制系統邏輯清晰明了，FBD是採用圖形的方法來表達系統中的功能，邏輯清晰，對於初次進行PLC系統軟體設計的設計人員來說很好掌握，初次之外現實之中有很多的系統擁有大量的信號，保證其龐大的控制實現，FBD使用的簡單塊策略表達其關係清楚簡單，能夠減少系統的設計時間。

另外FBD語言採用塊的模式來實現其控制的特點，直觀而且邏輯清晰。被普遍的應用在電氣控制的閉環系統中，這些系統通常擁有很多的控制信號，線交叉和道口用以保證操作安全。很多的PLC聯鎖系統都用FBD語言來編程，並且FBD可以十分簡單的表示複雜聯鎖系統的內部邏輯變數操作，減少PLC程序設計複雜度。

FBD語言作為PLC系統中心處理器的編程化編程語言，由於PLC是由外部輸入輸出，處理部分和時間部分構成，所以形式化建模的首先應該是提煉FBD各條指令的語法和語義，逐一的進行建模。在對FBD建模完成之後，還要完成對PLC的其他部分，協調模塊，循環控制模塊和外部環境模塊建模，形式化建模的框架如圖所示。

在對控制程序模塊我們選擇的是FBD，對FBD語言的形式化建模，我們遵循下面的步驟：

FBD作為一種受限制的圖形化語言，為了能夠保持從FBD到時間自動機語法和語義的不變性，我們需要將FBD語言用一種中間形式的表達方式來表示。

由於FBD塊與塊之間的連接是通過邏輯變數來實現的，為了防止狀態數目過多導致空間爆炸，我們要通過部分指令的整合和忽略來縮減其中的狀態數量。

在完成對PLC控制器部分FBD語言的建模實現之後，還應當對PLC系統的協調模塊，外部物理設備和循環控制模塊的建模。