自动化可视化编程
图形化编程方法已经出现在制造、自动化和仪器仪表领域很长时间了。软件工具——从国家仪器公司的LabView到MathWorks Simulink，包括许多专有的PLC和DCS编程工具——与Cobol或C等文本语言完全不同。
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美国国家仪器公司LabVIEW是一种基于数据流的图形化编程工具，比基于文本的编程方法更容易使用。
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图形化编程方法已经出现在制造、自动化和仪器仪表领域很长时间了。软件工具——从国家仪器公司的LabView到MathWorks Simulink，包括许多专有的PLC和DCS编程工具——与Cobol或c等文本语言完全不同，但图形编程(也称为“可视化编程”)具有显著的好处，并且在创建自动化和制造IT系统中非常常见。
可视化编程包括一个图形调色板，程序员可以在这个调色板上创建、排列和连接表示各种编程概念的图像。一旦可视化表示完成，就可以将图表翻译或编译成标准可执行程序，或者直接执行。
国家仪器公司运动控制和机电产品经理Christian Fritz说:“图形化工具是描述和编程复杂自动化系统的理想工具。从机器级到生产线或制造执行系统(MES)层，现代系统结合了并行、顺序、迭代和diactric任务，这使得在应用程序开发中很难使用基于文本的顺序编程。”
BR&L Consulting的总裁Dennis Brandl说，可视化编程是“我们在工作流和流程流中所做的事情的形式化。我们(在制造业it环境中)已经这么做了很长时间，其他行业才刚刚赶上。”
在Labautopedia(一个在线信息资源)上的一篇关于可视化编程的论文中，Mark F. Russo说，“许多非程序员都可以证明，试图“正确”基于文本的编程语言经常要求的神秘语法细节是令人惊讶的挫败感。如何公开复杂系统的功能，让非程序员也能使用，这是许多正在进行的研究的主题。”
代表了三种“流”
可视化编程工具各不相同，Russo说它们背后的概念也各不相同。他将可视化编程语言或工具包所表达的潜在“流”分为三类:数据流、材料流和控制流。
文本语言侧重于对程序数据的操作，从而使数据流本身从视图中隐藏起来。相比之下，数据流编程模型将数据作为其程序组装的主要焦点。发生的操作成为程序中数据流的副作用，”Russo解释道。
NI公司的Fritz表示，NI LabView是“一个基于数据流的图形化系统设计工具，它提供了高层次的抽象和广泛的函数库，用于I/O、分析、数据记录和机器控制和监控应用程序的控制。”
物料流动主要是指一个工艺过程中的原材料和新生产的物料。物料流对于一般用途的可视化编程工具来说并不重要，但是对于实验室或过程工业的工具来说却非常重要。
Russo说，流控制风格的可视化工具“与标准命令式编程相比，数据流或材料流工具更具有可比性。”这一组中最常见的工具是流程图。其他可视化地表示流控制的方法是状态图和活动图，它们都是构成统一建模语言(UML)标准的更大的图集的一部分，他说。
Brandl说另一个可视化编程选项是Petri网，这是一种可视化建模方法，它是工作流和流程的图形和数学形式主义。Petri网多年来一直被用于建模和模拟各种复杂系统的行为，特别是那些显示并发行为的系统，因为它们构成了某些工具的基础。Petri网已广泛应用于自动化制造和开发制造执行系统。他表示，西门子用于制造运营管理的软件Simatic IT基于Petri网的概念。
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屏幕截图显示了一个电力窗口的Simulink模型(上)，在statflow中建模的控制逻辑(下)。来源:The MathWorks
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高级建模和仿真工具是另一类可视化软件。The MathWorks的工业自动化和机械行业经理Tony Lennon说，尽管Simulink可以在一个图形画布中简洁地表示工厂模型和控制器逻辑，以及执行其他任务，但它不使用Petri网。
“Simulink不仅提供模拟和早期验证和验证，而且还提供针对C、HDL和IEC-61131结构化文本的自动代码生成，”Lennon说。“Petri网提供了一种非常抽象和一般化的方式来表示并发性和流程流。然而，它们太抽象了，不能代表动态系统和监督逻辑。”
列侬的比喻是:“想象一下，一次只用一个原子来建造整个世界，没有分子，也没有更大的东西可以使用。相比之下，Simulink为动态系统仿真和各种高级块、子系统甚至域(如Stateflow)提供了图形化平台。Stateflow支持使用分层有限状态机、真值表和流图。Stateflow的语义本质上是确定性的，使建模者能够以清晰和一致的方式定义逻辑算法。”
Simulink和statflow是基于控制流(或信号流)的软件，Lennon说。statflow提供了类似UML的状态机功能，而且还通过Simulink集成了真值表、流图和连续系统。状态流语义是确定的，因为用户定义了处理系统状态的顺序，他说。
野马工程(Mustang Engineering) HMI实践负责人布里吉特·菲茨帕特里克(Bridget Fitzpatrick)表示，类似于Petri网符号的界面越来越普遍。如果做得好，他们可以使目前的工艺工作流程的状况非常清楚。如果做得含糊不清，它们可能会成为被接受的障碍。”“一些纯粹的顺序流程以甘特图格式完成，类似于Microsoft Project或Microsoft Outlook中的日历。如果做得好，这些可能是有用和直观的，如果做得不好，就会非常复杂。”
威廉“比尔”吉尔伯特，西门子工业的工业业务发展经理，是西门子转换工业应用工程的主要联系人。他说，在编程和监控作为流程的应用程序时，他更喜欢图形化语言。他说:“主要的好处是能够图形化地交流流程流，并且能够从工程工作中提供程序的文档。”
所有语言都有自己的位置，Gilbert说，特定语言的使用必须适合应用:“关于阶梯逻辑，没有一种语言能更好地以输入和输出位的形式采用离散逻辑。顺序函数图适用于遵循或运行顺序的机器编程。图形化编程语言最适合编写面向流程的应用程序。覆盖广泛应用的控制器将提供多种语言。”
| 作者信息 |
| Renee Robbins是《控制工程》杂志的高级编辑。与她联络:renee.robbins@reedbusiness.com． |
可视化编程:HMI程序员的视角
布里奇特·菲茨帕特里克是野马工程公司HMI和异常状态管理的实践负责人。Mustang在复杂的HMI工具方面拥有非常广泛的经验，近年来每年常规生成5,000-10,000个操作显示器。她说:“我们倾向于尽可能使用本地平台工具，而不是从一个只与控制层独立接口的自定义应用程序开始。”
Mustang使用专用软件在Microsoft Visio中绘图，并将其绘图转换为控制界面，尽管这不是最常见的过程。“基本上，新的开放系统人机界面创造了新一代的接口和可能性，”她说。“在很多情况下，在系统中移动数据要简单得多。”
关于现代开放系统控制语言的图形化拖放和连接方法，“主要的好处是明显的易于使用和相对容易的故障排除。复制和克隆一个新的类似的应用程序往往也容易得多，”她说。“在大型项目中，我们倾向于为每个主要类型的控件制作一个模板，然后整理出用于批量导入或批量构建的方法。”
至于缺点，“在现实中，纯图形化的方法往往看起来很简单，但在清晰的视野中可能隐藏着陷阱，在对话框中分层，可能不完全直观。有时还会出现数据只能以有限的格式读取的问题，这对于技术水平较低的用户来说可能不太直观。错误消息传递也可能有点神秘，没有正式编码的应用程序准确。”
Fitzpatrick说:“有时候，图形化编程显然是最好的方法;在其他时候，它有点过于简单，无法有效地管理。如果太复杂，则需要其他的故障排除方法和操作人员介绍。”
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