Tworzenie schematów blokowych

Określenie „schemat blokowy” odnosi się do jednego z typów schematów używanych przez inżynierów do przedstawienia interakcji wysoko poziomowych w systemie. Wykorzystanie schematów blokowych pozwala projektantom na oddzielenie potrzeb analizy od potrzeb projektu systemu oraz założeń wstępnych przed etapem końcowym, które określają komponenty tworzące system.

Liczba stylów schematów blokowych jest prawie nieskończona. Przykłady bloków trójwymiarowych ze skierowanymi liniami (na górze), schematu z graficznymi reprezentacjami urządzeń (na środku) i bloki dwuwymiarowe (na dole).

Wielu autorów próbowało sformułować zasady tworzenia schematów blokowych. Przeważnie okazały się mieć ograniczone zastosowanie. Niektóre z użytecznych reguł:

  • przedstawiają podsystem za pomocą prostokąta,
  • łączą bloki używając jednokierunkowych strzałek,
  • utożsamiają każdy blok z nazwą podsystemu,
  • przypisują funkcje przejścia do każdego wyjścia w każdym bloku,
  • nazywają wszystkie wejścia i wyjścia zgodnie z przypisanymi do nich zmiennymi (np. Vi jako napięcie wejściowe oraz Vo jako napięcie wyjściowe).

Sposób przedstawiania schematów blokowych różni się diametralnie. Czasami schematy blokowe są w Control Engineering przedstawiane za pomocą dwuwymiarowych prostokątnych kształtów, czasem trójwymiarowych bloczków, a czasami korzystamy z graficznych reprezentacji. Co jest bardzo istotne, akurat te ostatnie ukazują ważne zależności w zwięzły i łatwy do zrozumienia sposób.

Programowanie z wykorzystaniem bloków funkcyjnych

Ponieważ schematy blokowe są graficznym językiem opisującym działania w złożonym systemie, istnieje możliwość nadania im specjalnej formy w postaci języka do programowania sterowników PLC. Język funkcjonalny schematów blokowych (FBD) jest jednym z pięciu języków zdefiniowanych w trzeciej części standardu IEC 61131. Jest to rzetelny język programowania, dlatego też ściśle określone są wszystkie reguły dotyczące tego, w jaki sposób powinno się tworzyć schemat blokowy. Bezpośrednimi liniami łączy się zmienne wejściowe z wejściami funkcji, wyjścia funkcji ze zmiennymi wyjściowymi oraz wyjścia funkcji z wejściami kolejnych funkcji. Bardzo ważne jest, aby mieć na uwadze, że bloki przedstawiają matematyczne lub logiczne operacje, które wykonywane są w czasie. Nie reprezentują one jednostek fizycznych, takich jak procesory czy przekaźniki, które wykonują te operacje. Zasady tworzenia schematów blokowych wymagają tworzenia logicznej sekwencji wykonywanej w kierunku od strony lewej do prawej i od góry do dołu. Zasada ta wyraża fakt, że język funkcjonalny bloków funkcyjnych jest komputerowym językiem programowania, obrazującym operacje wykonywane w czasie.

Dostępne są pakiety oprogramowania do tworzenia schematów blokowych dla większości zastosowań inżynierskich. Microsoft Visio Technical zawiera zarówno szablony ogólnego przeznaczenia, jak i specjalizowane do tworzenia schematów blokowych. Oczywiście inżynierowie od dawna kreślili i nadal kreślą schematy blokowe na papierze, tablicach, a czasem na tym, co mają w danej chwili pod ręką. Takie bowiem działanie jest często najszybszą i najłatwiejszą drogą do porządkowania swoich myśli.

Artykuł pod redakcją Łukasza Urbańskiego
z Wydziału Elektrycznego Politechniki Szczecińskiej