PLCのヘビ。 シーメンスへの答え

こんにちは。



最近、彼らは私にシンプルで同時にカルトゲーム「Snake」をSiemens s7-300ファミリーのコントローラーに実装する例を示した記事へのリンクを送ってきました。 そして、私は思った：誰もがシーメンス、ABBなどのようなモンスターについて知っている しかし、現代の国内の発展は日陰のままです。



この記事では、 NIIITeplopriborで30分で開発されたロシアの自動制御システム「Quint 7」でゲーム「Snake」のアルゴリズムを実装する方法を示します。 そして、より大きな関心のために、ゲームは技術的なプログラミング言語FBDで完全に実装されます。



それでは、始めましょう：



私たちの仕事は、ゲーム「Snake」を30分で書くことです。

アイデアを実装するには、次のものが必要です。

• QUINT 7ソフトウェアがインストールされたコンピューター
• P-400コントローラー
• コントローラーとコンピューター間の通信用のパッチコード
• 操作ツール（ゲーム用）および設計ツール（ゲーム自体を作成するためのライセンス）QUINT 7

ゲームアルゴリズム自体は、いくつかの大きなブロックに分割できます。

• ジェネレーター（クロック周波数を形成するため）
• 管理（プレイできるようにするため）
• ヘビの頭（私たちが制御する要素）
• ヘビの尾（これがないと、ゲームはその意味を失います。ゲームの目的は最長の尾を集めることだからです）
• 食物（ヘビが「食べて」尾の長さを長くする細胞）
• 追加のチェック（ゲームをより便利で論理的にすることができます）

発電機

最初に、ヘビの基礎を作成します。 なぜなら ヘビは常にフィールドの周りをcreepい回っているので、プログラム全体の基礎は、ヘビの速度に対応する周期でパルスを発するジェネレーターになります。 まず、この速度を1セル/秒に等しくします。 このようなジェネレーターを編成するのは非常に簡単です。 必要なのは、論理ANDアルゴリズム、パルスカウンター、比較アルゴリズム、および選択アルゴリズムだけです。 合計1分間で、最も単純なジェネレーターを作成します。



行動の原則は次のとおりです。 「 I1 」アルゴブロックの出力で、各サイクルは論理値1 <-> 0を変更します。

さらに、コンプレックス1でユニット数をカウントし、それを私たちが設定した値と比較します（この例では、サイクル時間が10 msであるため、50は1秒でカウントを開始します）。

カウンターの読み取り値が所定の値に等しい場合、カウンターに巻き付けられた値を巻き戻し（「 Calcul1 」アルゴリズム）、「 Compar1 」アルゴリズムの「=」出力から10 msの期間（1コントローラーサイクル）のクロックパルスを発行します。 最後の選択アルゴリズムは、リセット信号によってカウンターをリセットするために使用されます。



ジェネレーターが完成したら、それをコンパクトなマクロに折り畳み、翼の中で待つようにします。

運営管理

ここではすべてが非常に簡単です。 ジェネレータはすでにあります。 ヘビは野原を絶えずcreepい、動きの方向のみを変えます。 フィールド自体は2次元配列で、各セルは座標XとYで指定されます。右に移動すると、X座標は各ステップで1ずつ増加し、Y座標は変化しません。 左に移動すると、X座標は一定のY座標とともに減少しますが、上下に移動する場合も同様に、Y座標のみが変化し、X座標は一定になります。

したがって、2つのリバースカウンター（座標ごとに1つ）を設定します。コマンドに応じて、新しいクロックパルスの到着と同時に、蛇の頭の現在の座標に1を加算または減算します。 その結果、次のスキームが得られます。







これで制御回路が完成します。 マクロにまとめるまで、なぜなら 最終段階でもう少し修正します。

ヘビの頭と尾

前述のように、ヘビの頭は特定の座標XとUを持つ配列セルです。しかし、これまでのところ、この配列はありません。 さらに、少し先を見据えて（つまり、蛇の尾の作成）、配列内のこのセルにはメモリが必要であることが明らかになります。 メモリを持つ最も単純な論理要素はトリガーです。 それらには多くの種類があり、それぞれが独自の目的に使用されます。 この例では、「RSトリガー」を使用します。 ゲームに美しさを追加するには（たとえば、「蛇」と「食べ物」を異なる色で着色したり、蛇の頭を強調したりするなど）、論理メモリセルでは十分ではありません。2つではなく、少なくとも4つの状態を格納する必要があります。 つまり いくつかのトリガーから、またはセルに整数を保存するなど、別の形式でメモリセルを作成する必要があります。 しかし、これによりプログラムが多少複雑になり、このアクション全体の目標の1つは30分以内に維持することです。

ヘビ用に20 x 20のフィールドを作りましょう。 400個のトリガーが必要です。 問題は簡単に解決されます。 1つのトリガーで1つのセルを作成し、マクロに折りたたみます。 20個のセルマクロを作成し、それらを新しい大きなマクロに折りたたみます。 20個の大きなマクロを配置し、400個のメモリセルを取得します。

セルマクロ自体には、5つの入力と4つの出力があります。



インプット

1. 入力（ヘビの「頭」がこのメモリセルにあるかどうかの論理記号）
2. クロック（メインオシレーターと同期するためのクロックパルス）
3. 長さ（蛇尾の長さ）
4. リセット（リセットボタンを押して新しいゲームを開始する論理的な兆候）
5. 食べ物（論理的な兆候、このセルにはヘビの「食べ物」があります）

出力：

1. 出力（論理記号、フィールド上のこのセルを埋めるかどうか）
2. GameOver（ヘビが尻尾を踏んだ場合のゲーム終了の論理的な兆候）
3. Yum_yam（ヘビが食物で細胞に足を踏み入れたので、ヘビのために新しい食物を生成する必要があるという論理的な兆候）
4. Another_test（食物が入ったセルが、すでにヘビが占有しているフィールドにランダムに投げ込まれ、新しいランダムなセルの座標を再生する必要があるという論理的な兆候）

セルの入力と出力が定義され、額面で何が欲しいかが明確になった後、セルのロジックを説明します。

「食べ物」

ここでの最大の問題は、乱数を取得することです。 なぜなら 「ランダム」コマンドはありません。 インターネット上で擬似乱数を生成する方法はたくさんあります。 この例では、そのうちの1つが実装されています。 特定の大きな変化数が取られます-秒単位のコントローラーのアップタイム。 そして、それは絶えず変化する分周器に分割されます（積分器に実装されます）。 商の残りが取得され、これは乱数であると考えられています。 実際、もちろん偶然ではありません。一見すると、特定の領域で除数が「歩いている」ために小さな数字が落ちる確率は大きい数字よりも大きいことに注意してください。残りから。 それらを1から20の範囲に持ってくると、その値がすでにランダムな値に非常に似ている数値が得られます。

すべての部品を接続し、プログラムをとかす

これで、プログラムのすべての部分が準備できました。 私たちはそれらを債券でつなぎます。 最初の近似では、私たちのゲームはすでに機能しています。 最後の仕上げは残った。



1.フィールドから出て行くことを確認します。

それはすべてゲームの実装に依存します。 「管理」の第2段階では、ヘビの頭の座標がXとYであるカウンターがあったことを思い出してください。これらの座標を0と21と比較するだけです（サイズ20 x 20と座標1のフィールドがあるため） -20）。 いずれかの条件が満たされた場合、「ゲームの終了」という記号を設定します（ORによって「GameOver」という記号を追加する必要があります）。 パックマンのゲームのように行うことができ、ヘビがフィールドの外に出たときに反対側に現れます。 これを行うには、対応する座標をリセットするだけで十分です。



2.コマンドが正しいことを確認します。

私たちの蛇はすぐに180度回転することはできません。 そのため、小さなチェックを追加します。これは、反対方向のコマンドを次々に与えることを許可しません。



行動の原則は次のとおりです。 チームが到着したら、それが既存のチームの反対かどうかを確認します。 そうでない場合は、新しいコマンドをメモリに書き込み、出力に送信します。 その場合、メモリへの書き込みは機能せず、古いコマンドが出力に残ります。 必要に応じて、この属性を別のマクロ出力に取り出して、そこからオーディオ信号を生成できます。



3.「開始」および「リセット」チーム。

利便性のために作られました。 「開始」チームは、ジェネレーターに信号を送信するトリガーを投入します。 Resetコマンドはこのトリガーをリセットし、ジェネレーターを停止します。 同時に、リセットはすべてのメモリセルとすべてのカウンタのデータをリセットします。

インターフェースを作成してプレイします

ゲームに割り当てられた時間から数分が残ります。これは、ゲームのグラフィカルインターフェイスを固定するのに十分な時間です。

正方形から20x20のフィールドを描画します。 各ボックスは、独自のメモリセルに対応しています。 プロパティを設定すると、対応するメモリセルが0、ボックスがグレー、1がグリーン（または好きな色）になります。



インターネットで写真を検索することで、フィールドの美しいフレームと、意味に適した何らかのヘビのパターンを見つけます。

フィールドの横にコントロールボタンを配置し、マウスとキーボードのコントロールをWASDキーで接続します。

近くに「開始」ボタンと「リセット」ボタンを配置します。 そして、負けたときに表示される大きな碑文「GameOver」。



プログラムをコンパイルしてコントローラーにロードします。 運用管理ステーションを起動してプレイします。

まとめると

この記事では、コントローラーPTK QUINT 7の FBD言語でのプログラミングの原理について少し説明しました。 多大な労力をかけずに、ゲーム「Snake」を実装しました。 なぜなら FBD言語は主に技術者に焦点を合わせているため、基本ロジック（たとえば、AND、OR、トリガー、カウンターの操作のロジック）に精通している人なら誰でも、作業の原理を理解し、プログラムを書き始めることができます。 この場合、プログラミングや回路の豊富な経験は必要ありません。



このアルゴリズムは、図に示すアルゴリズムを機能的に同様のアルゴリズムに置き換えるだけで、FBDプログラミング言語をサポートするシステムに実装できます。 ここで使用されるアルゴリズムは基本的なものであり、すべてのシステムにあります。



FBD言語でプログラムを作成するときは、アルゴリズムの実行順序に従うことが重要です。 上記で書いたように、上記のプログラムは最適ではなく、1つの目的にのみ必要な追加アルゴリズムが装備されています-実行順序を制御し、すべてのアルゴリズムの開発をクロック信号で同期します。



もちろん、簡単な操作でプログラムを改善できます。たとえば、時間とともにヘビの速度を上げることができます。 または、パラメータ「空腹」を入力します。これに応じて、特定の期間中に受け取らなかったヘビは新しい食物を受け取らないため、加速されます。 さらに、注意深い読者は、ヘビを新しいセルに移動するときにヘビの長さを覚える機能に注意を払うことができ（ここでは、注意を引くために特別に小さなエラーが配置されています）、これは間違っていると思います 通常、ヘビは尾からではなく頭から伸びます。 何でもできます。 それは欲望と時間の問題です。



最後まで読んでくれたみんなに感謝します。 面白かったと思います。