概述SFC的功能、組成和編程規(guī)則。介紹所開發(fā)的SFC組態(tài)軟件的圖形系統(tǒng)的構(gòu)成。詳盡給出了SFC圖形系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及其基于VC++的方案實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐表明，依據(jù)這一方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的SFC組態(tài)軟件組態(tài)方式靈活、易于維護(hù)。 一、引言 順序功能圖（SFC）是一種圖形化的組態(tài)語言，主要應(yīng)用于工業(yè)過程控制上位策略組態(tài)程序的編寫，在PLC系統(tǒng)和系統(tǒng)上位組態(tài)軟件中廣泛使用。隨著4C技術(shù)的飛速發(fā)展和工業(yè)過程控制領(lǐng)域自動化程度的日益提高，控制系統(tǒng)上位圖形化的編程模式也越來越受到用戶的青睞。開發(fā)SFC組態(tài)軟件具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義[1，2]。 二、SFC的功能和組成 SFC是采用圖形化的方法來描述一個控制程序的順序行為，基于Petri網(wǎng)和IEC848標(biāo)準(zhǔn)Grafce，但又做了必要的修改。將一個程序內(nèi)部組織加以結(jié)構(gòu)化，在保持其總貌的前提下將一個控制問題分解為若干個可管理的部分，由“步”（ste [table][tr][td][/td][/tr][/table]p）和“轉(zhuǎn)換點(diǎn)”（transition）所組成，每個轉(zhuǎn)換點(diǎn)具有一定的邏輯條件。每一個步中所實(shí)現(xiàn)的功能可以用其他幾種語言，如FBD、LD、ST和IL來描述。 三、SFC組態(tài)軟件圖形系統(tǒng)的構(gòu)成 SFC為用戶提供了方便、快捷和直觀的圖形化編程模式，其圖形系統(tǒng)是整個組態(tài)軟件的核心所在筆者所開發(fā)的SFC組態(tài)軟件圖形系統(tǒng)具備下面組成部分，如圖1所示。 [align=center][img=286,207]http://www.cechinamag.com/images/Article/0e5ad53a-ebc9-4e28-8b81-cc7024918685/s6.jpg[/img] 圖1 組態(tài)軟件圖形系統(tǒng)的構(gòu)成[/align] （1）視覺效果良好的編輯窗口。為了給用戶一個清新直觀的程序編寫環(huán)境，編輯窗口應(yīng)當(dāng)給用戶一個良好的視覺效果。 （2）用戶工具欄。 （3）用戶右鍵快捷菜單。 （4）水平、垂直標(biāo)尺。水平及垂直標(biāo)尺的設(shè)置便于用戶在編輯器內(nèi)導(dǎo)航，同時具有整行選擇和整列選擇的功能。 四、SFC圖形系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 （一）語言元素管理模式的確定 SFC圖形系統(tǒng)的管理，主要是解決語言元素單體及宏體的添加、刪除、移動等操作所帶來的對象管理問題。有兩種模式可供選擇：一維線性模式和二維平面模式。在存儲管理上，都是使用鏈表和數(shù)組，區(qū)別在于根對語言元素對象的查找、定位的機(jī)制上。 1．一維線性模式 該管理模式下，全部的語言元素對象分布到幾個不同類型的鏈表和數(shù)組中存儲，查找、定位某個類型的語言元素對象時，直接使用鏈表本身和數(shù)組本身進(jìn)行操作：使用查找或遍歷的方法得到滿足條件的語言元素對象。這種模式節(jié)省內(nèi)存占用，程序?qū)崿F(xiàn)簡便。但語言元素對象較多時運(yùn)行的效率不高。 2．二維平面模式 在這種管理模式下，除了將全部的語言元素對象分布到幾個不同類型的鏈表和數(shù)組中存儲以外，還在內(nèi)存中建立一個“網(wǎng)格地圖”（GridMap）用以形成從各元素在編輯區(qū)域的顯示位置到其內(nèi)存分布的邏輯地址的映射。使用查找、定位某個類型的語言元素對象時使用網(wǎng)格地圖在內(nèi)存中快速定位相應(yīng)的語言元素對象。這種模式占用較多的內(nèi)存；但當(dāng)語言元素對象較多時可大大提高了軟件運(yùn)行的效率，方便了對語言元素對象的管理。 考慮到軟件運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)用戶對語言元素的各種操作，對語言元素的內(nèi)存定位運(yùn)算非常頻繁，由此決定的軟件運(yùn)行的效率是一個很重要的指標(biāo)，而一般的SFC程序規(guī)模通常不是很大，所以在本軟件中選擇和確定了使用二維平面式的語言元素管理模式。網(wǎng)格信息的圖形表征如圖2所示。 [align=center] [img=265,54]http://www.cechinamag.com/images/Article/0e5ad53a-ebc9-4e28-8b81-cc7024918685/s7.jpg[/img] 圖2 網(wǎng)格信息的圖形表征 [/align] 根據(jù)SFC的編程規(guī)則，每個網(wǎng)格最多只能存放3個語言元素。因此，將網(wǎng)格劃分為上、中、下3個部分，每個部分都存儲有關(guān)該處語言元素的2個重要的描述信息：該處語言元素的類型及該處語言元素在相應(yīng)鏈表和數(shù)組中的索引值。 （二）基本語言元素的操作 1．語言元素對象的選擇、添加、刪除、屬性修改、單體及宏塊的移動 • 選擇操作：包括單擊、“橡皮筋”拖動、通水平或垂直標(biāo)尺、編輯區(qū)域左上角的快捷按鈕等途徑實(shí)現(xiàn)。 • 添加操作：從語言工具箱中選擇某個語言元素，在客戶編輯區(qū)域內(nèi)單擊，即可在相應(yīng)的語言元素對象數(shù)組中添加一個新個體，自動配置對象的某些數(shù)據(jù)（如網(wǎng)格位置坐標(biāo)、選擇狀態(tài)等）。 • 刪除操作：使用鍵盤、“編輯”菜單或右鍵快捷菜單可以實(shí)現(xiàn)選中對象的刪除。 • 屬性配置和修改：通過“屬性配置”修改“對話框完成語言元素的屬性配置和修改。 • 移動操作：包括語言元素對象單體的移動和多個對象構(gòu)成的宏體的移動。由于SFC編程有著一定的規(guī)則，因此各語言元素之間的相對位置要遵守一套相當(dāng)復(fù)雜的規(guī)則（如兩個步不能直接相連等），不能夠隨意放置。因此，在設(shè)計(jì)上不但要對規(guī)則作全面的考慮，而且要以方便用戶操作為準(zhǔn)則。 2．“分支”及“匯合”元素的動態(tài)伸縮 SFC語言元素中的“分支”（ [table][tr][td][/td][/tr][/table]branch）及“匯合”（joint）元素具有不同于其他語言元素的特性。因?yàn)檫@兩種元素可以具有多個引出點(diǎn)（“分支”可以有多個分支點(diǎn)，“匯合”可以有多個匯合點(diǎn)），所以在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時應(yīng)當(dāng)使其具有動態(tài)伸縮的功能。 （三）語言元素之間的自動連接功能 SFC語言元素中的某些元素之間是可以直接連接的，即：設(shè)有任意兩個語言元素A、B，元素A在編輯區(qū)內(nèi)的網(wǎng)格坐標(biāo)位置為（x，y，z1），元素B在編輯區(qū)內(nèi)的網(wǎng)格坐標(biāo)位置為（x，y+1，z2）。其中z1、z2為網(wǎng)格內(nèi)的層次值（0，1，2分別表征上、中、下三個層次），z1、z2的取值使得A和B在網(wǎng)格圖上不直接相鄰。當(dāng)A、B滿足一定的條件時，在A和B之間可以進(jìn)行直接連接。 SFC的多種語言元素之間都具有直接連接的性質(zhì)。本設(shè)計(jì)中采用規(guī)則庫算法，當(dāng)添加、移動某個語言元素后，檢測該元素的上、下網(wǎng)格內(nèi)是否存在可以直接連接的元素；如果有則在兩個元素之間自動形成。 （四）語言元素功能組 為提高用戶使用編程的效率，將若干個語言元素組合，構(gòu)成語言元素功能組，以宏塊的形式提供給用戶使用，如步—轉(zhuǎn)換功能組、分支—匯合功能組。通過設(shè)置組的規(guī)模得到包含有不同數(shù)量語言元素的功能組。 （五）長連接功能 在用戶編程過程中，SFC語言元素的分布并非都是網(wǎng)格間直接相鄰的。例如，任意兩個語言元素A、B，A在編輯區(qū)內(nèi)的網(wǎng)格坐標(biāo)位置為（x，y，z1），B在編輯區(qū)內(nèi)的網(wǎng)格坐標(biāo)位置為（x，y+n，z2）（n≥2）。當(dāng)A、B之間滿足可連接條件時，則在A、B之間可以構(gòu)成一個長連接。 1．連接方向的判斷。根據(jù)用戶在連線起點(diǎn)元素的鼠標(biāo)輸入位置來判斷用戶要實(shí)現(xiàn)的連線的方向。無須將鼠標(biāo)輸入位置精確定位到元素的連接端子上，只需處于元素塊的上、下區(qū)域內(nèi)就可以由軟件自動判斷用戶要實(shí)現(xiàn)的連線方向。 2．自動判斷是否可以連接終點(diǎn)元素。當(dāng)確定了連接起點(diǎn)后，使用智能算法自動判斷鼠標(biāo)當(dāng)前位置元素是否可為連接終點(diǎn)元素，并通過鼠標(biāo)光標(biāo)變形提示用戶。 3．可視化的連線設(shè)計(jì)。 4．用戶模糊輸入支持。 用戶無須將鼠標(biāo)輸入位置精確定位到元素的連接端子上，只需處于元素塊的上、下區(qū)域內(nèi)并確定后，就可以由軟件將連線精確連接到元素的上或下連接端子上。 （六）剪貼板功能和OLE拖放 為便于用戶的操作，提供了對SFC各語言元素的剪貼板和拖放功能支持，使用戶可以在多個SFC組態(tài)子窗口中方便快捷地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和共享。 （七）文字注釋功能 在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上將文字注釋功能與SFC語言元素功能分開并分別管理。在顯示模式上，采用了兩個圖層：處于頂層的SFC語言元素層和處于底層的用戶注釋層，通過可選的圖層切換功能可以實(shí)現(xiàn)兩個圖層的顯示和隱藏。文字注釋功能包括添加、刪除、移動、注釋等。在編輯區(qū)域內(nèi)對文字注釋進(jìn)行的操作不影響語言元素。 五、SFC[b]圖形系統(tǒng)基于VC++的實(shí)現(xiàn) [/b] 使用VC++語言實(shí)現(xiàn)組態(tài)方案。VC++所具有的高度友好的集成開發(fā)環(huán)境和功能強(qiáng)大的大大提高了用戶進(jìn)行軟件開發(fā)的效率。限于篇幅，在此只給出功能設(shè)計(jì)中一些較為重要的項(xiàng)目的VC++實(shí)現(xiàn)[3]。 （一）基本語言元素對象的構(gòu)造 使用C++描述，將語言元素抽象成C++類。構(gòu)造1個基類和7個由此基類派生的子類，分別對應(yīng)于SFC中的7種基本語言元素。基類CSFCComponent描述了圖形系統(tǒng)中的SFC語言元素的基本特性： Class CSFCComponent ｛ Public： BYTE m_Grid Y；//網(wǎng)格坐標(biāo)X BYTE m_Grid X [table][tr][td][/td][/tr][/table]；//網(wǎng)格坐標(biāo)Y Bool m_bSelected；//選擇狀態(tài) CSFCComponent（）； virtual～CSFCComponent（）； ｝； 步、轉(zhuǎn)換和跳轉(zhuǎn)3種語言元素具有較大相似性，除了繼承CSFCComponent的全部屬性外，還各自具有其他特有的屬性，以下以步的構(gòu)造為例。 步對象的構(gòu)造： Class CSFCSterx putlic CSFCComponent ｛ public …//步對象的其他屬性 Void Draw（CDC＊ pdc，int index，int grid_width,，int grid_height）； CSFCStep（）； vitual～CSFCStep（）； ｝； 并行分支、并行匯合、單行分支和單行匯合具有較大相似性。以下以并行分支的構(gòu)造為例。 Class CSFCParallelbranch public CSFCComponnet ｛ Public Void Draw（CDC＊ pdc，int grid_width，int grid_height）； BYTE m_GridNum；//跨越的格數(shù) CSFCParallelbranch（）； virtual～CSFCParallelbranch（）； ｝； 連接對象是一種較為特殊的對象，實(shí)現(xiàn)各語言元素之間的連接。如下構(gòu)造： Class CSFCLink ｛ public void Draw（CDC＊ pdc，int grid_width，int grid_height）； BYTE gridx;//所連接的語言元素的位置坐標(biāo)； BYTE gridy_upper，gridy_lower；//所連接的語言元素上、下的位置坐標(biāo) BYTE layer_upper，layer_lower；//所連接的 語言元素的網(wǎng)格層次值： CSFCLink（）； &nbs [table][tr][td][/td][/tr][/table]p; virtual～CSFCLink（）； ｝； （二）語言元素對象二維平面管理模式的實(shí)現(xiàn) 構(gòu)造如下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表征網(wǎng)格地圖中的網(wǎng)格信息。 Type def strict GRID_INFO ｛ Selector component_type[3]；//語言元素的類型，3個元素分別表示網(wǎng)格的上、中、下3個層次； WORD array_index[3]；//語言元素在其相應(yīng)類型的鏈表或數(shù)組中的索引值，作為語言元素在內(nèi)存的邏輯地址使用，3個元素分別表示網(wǎng)格的上、中、下3個層次內(nèi)的語言元素在相應(yīng)數(shù)組中的索引值； ｝； 此網(wǎng)格地圖就構(gòu)成了從各元素在編輯區(qū)域的顯示位置到其內(nèi)存分布的邏輯地址的映射。其中selector為SFC語言元素選擇子，枚舉類型，如下定義。 Typedef enum selector｛ null，mouse_select，step，transition，parallel_branch，parallel_joint，alternative_branch，alternative_joint，jump，link，text step_transition_group，transition_step_group，alternative_group，text_move，text_rubberbcandselect，longlink_cut｝； 當(dāng)用戶在SFC語言元素工具箱中選擇不同的語言元素時，當(dāng)前選擇子變量取不同的值。 網(wǎng)格的集合即構(gòu)成網(wǎng)格地圖，網(wǎng)格地圖如下定義： GRID_INFO＊＊m_GridMap 其程序?qū)崿F(xiàn)為： This->m_GridMap=（GRID_INFO＊＊）：：malloc（size of（void＊）＊this->m_gridy_num）； for（int y=0；y<=this->m_gridy_num-1；y++） ｛ this->m_GridMap[y]=（GRID_INFO＊）：：malloc（size of（GRID_INFO）＊this->m_gridx_num）； ｝ //初始化格圖： for（y=0；y<=this->m_gridy_num-1；y++） ｛ ::memset（this->m_GridMap[y]，0，size of（GRID_INFO）＊this->m_gridx_num）； ｝ （三）剪貼板功能和OLE拖放的實(shí)現(xiàn) 在SFC組態(tài)器工程中，實(shí)現(xiàn)了對SFC基本語言元素和文本注釋對象的剪貼板功能和OLE拖放，鑒于SFC基本語言元素和文本屬于兩種不同的范疇，因此對于其剪貼板及的操作采用了兩種不同的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模式。文本的剪貼板及OLE操作采用Windows系統(tǒng)級定義的剪貼板格式實(shí)現(xiàn)進(jìn)程內(nèi)以及進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)傳輸和共享，該技術(shù)已經(jīng)比較成熟，實(shí)現(xiàn)起來也較為簡單；而對于基本語言元素所構(gòu)成的數(shù)據(jù)對象而言，其數(shù)據(jù)格式是自定義的，不在系統(tǒng)級剪貼板格式范疇內(nèi)，需要使用自定義的數(shù)據(jù)傳輸格式[4]。 經(jīng)研究分析和實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級剪貼板格式以外的數(shù)據(jù)共享，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)以下兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)： （1）自定義一種剪貼板格式，用以標(biāo)識用戶要進(jìn)行的剪貼操作和存儲用戶數(shù)據(jù)區(qū)域在系統(tǒng)中的地址。 （2）實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)生成者與使用者間的數(shù)據(jù)共享協(xié)議，對放入到剪貼板上的實(shí)體數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行了自定義。 SFC組態(tài)器中的數(shù)據(jù)類型多且內(nèi)容比較復(fù)雜，各元素之間要遵守嚴(yán)格的邏輯排序規(guī)則，在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)剪貼板和OLE拖放功能時要作全面的考慮。除了要將用戶當(dāng)前選中的SFC組件拷貝和剪切到剪貼板上外，還應(yīng)將拷貝和剪切前的元素連接及排序位置一同記錄到剪貼板上。以此為出發(fā)點(diǎn)，在本工程中，自定義了一種名為“sfc_selected_components”的剪貼板格式。 在拷貝/剪切操作時，按照下面步驟實(shí)施：①注冊剪貼板格式；②打開剪貼板；③清空剪貼板；④根據(jù)要操作的對象數(shù)據(jù)計(jì)算要使用的全局內(nèi)存量；⑤釋放上次分配的內(nèi)存，分配本次操作所需的內(nèi)存；⑥存儲數(shù)據(jù)；⑦關(guān)閉剪貼板。 OLE拖放技術(shù)的實(shí)現(xiàn)較剪貼板而言，其數(shù)據(jù)存取的原理基本相同，但形式更加簡潔，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)存儲的系統(tǒng)全局地址的傳遞的表達(dá)方式上有所不同。另外，OLE拖放協(xié)議相對簡單，不涉及與其他數(shù)據(jù)類型的兼容性問題[5]。 （四）文字注釋功能 文字注釋對象如下構(gòu)造： Class CText ｛ Public： CRect m_rec；//以滾動大坐標(biāo)系為準(zhǔn)，不以局部小坐標(biāo)系為準(zhǔn) DWORD text_color； LOGFONT if；//記錄文字顯示所使用的字體數(shù)據(jù) Bool m_bSelected；//是否選中：缺省false CPoint top_left；//記錄文字的左上角位置 CString text；//文字內(nèi)容，缺省為空 CRect jisuan_rect（CPoint，point，int hangshu，CString longest_str，CDC＊ pdc）； Void draw（CDC＊ pdc）； CText（）； virtual～CText（）； ｝； Class CSFCText public CText ｛ public： void draw（CDC＊ pdc）； CSFCText（）； virtual～CSFCText（）； ｝ 文字注釋對象的復(fù)制、剪切和粘貼操作在CSF-CView的CopyText、CutText和PasteText函數(shù)中實(shí)現(xiàn)。 六、結(jié)束語 以上所述SFC組態(tài)軟件圖形系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和基于VC++的實(shí)現(xiàn)都已在筆者開發(fā)的“WorldFIP現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)上位策略組態(tài)軟件”的SFC子系統(tǒng)中全部實(shí)現(xiàn)，并已應(yīng)用于對WorldFIP現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的工程組態(tài)。實(shí)踐表明，依據(jù)這一方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的SFC組態(tài)軟件組態(tài)方式靈活、易于維護(hù)，在人機(jī)界面上面向用戶、高度友好、簡便直觀，大大提高了用戶組態(tài)編程的效率，具有較大的推廣和應(yīng)用價值。 參考文獻(xiàn) [1] 王錦標(biāo).現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表,1997,（2）. [2] 方來華,吳愛國,何熠.組態(tài)軟件核心技術(shù)研究[J].化工自動化及儀表,2004,（1）. [3] 齊舒創(chuàng)作室.VC++6.0開發(fā)技巧與實(shí)例剖析[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999. [4] 新編WINDOWS API參考大全編寫組.新編WINDOWS API參考大全[M].北京:電子工業(yè)出版社,2000. [5] 潘愛民.COM原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999.