工業(yè)控制中PLC編程方法探討

毛思佳

摘要：隨著工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)PLC已被廣泛應(yīng)用在自動化領(lǐng)域中。本文簡單描述了可編程控制器的編程方法，及程序結(jié)構(gòu)，為電氣維護(hù)技術(shù)人員提供了寶貴的學(xué)習(xí)資料。

關(guān)鍵詞：可編程控制器;程序語言;程序結(jié)構(gòu)

引言：

當(dāng)前，隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加以及自動化程度的不斷提高，PLC編程方法變得越來越復(fù)雜。本文通過分析現(xiàn)代主流計(jì)算機(jī)編程方法，提出了一種PLC編程方法：將程序分為三個層次，將外部設(shè)備或可重用功能封裝在一個對象的塊中，并以簡化的方法實(shí)現(xiàn)動作流程。

一、可編程控制器的組成和各部分的功能

可編程控制器的基本組成：從語義上講，PLC也是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，但與工業(yè)過程相比，它與工業(yè)過程具有更強(qiáng)的連接接口，并且比普通計(jì)算機(jī)編程語言更直接適用于控制要求。因此，PLC和計(jì)算機(jī)的組成非常相似，具有中央處理器（CPU），內(nèi)存，輸入/輸出（I/O）接口，電源，編程語言，詳見圖 1。

（一）PLC編程思路

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)通常涉及多個外部設(shè)備，并且設(shè)備的動作通常具有嚴(yán)格的時序要求。長期以來，在編程之前，先根據(jù)要求制作動作流程圖，然后根據(jù)動作流程圖編寫了程序的框架，然后將該流程圖添加到約束條件和報警信息中。過程數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理代碼可重復(fù)使用的很少，并且當(dāng)代碼量很大時，很難維護(hù)數(shù)據(jù)和代碼。PLC編程方法的缺點(diǎn)是：PLC程序中的受控對象與實(shí)際情況之間的連接不清晰，內(nèi)部邏輯和受控對象不清晰，程序后期維護(hù)困難;程序內(nèi)部邏輯關(guān)系非常復(fù)雜，控制過程不正確，容易出錯。輸入和輸出缺乏完整性，程序員經(jīng)常考慮隔離每個輸入或輸出點(diǎn)的邏輯和控制。

針對傳統(tǒng)PLC編程的不足，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)主流編程思想，提出了一種新的PLC編程方法：將程序結(jié)構(gòu)分為分層的思想，將外部設(shè)備或可復(fù)用功能與對象包裝在一起。以過程為中心來實(shí)現(xiàn)行動流程的思想。原理是：根據(jù)實(shí)際情況，將編程過程分為三個層次，分別是：時序?qū)?，外圍層和輸出層，其中輸出層是底?外圍層是中間處理轉(zhuǎn)換層，時序?qū)邮亲罱咏O(shè)備操作的用戶層。

輸出層在內(nèi)部擴(kuò)展PLC輸出點(diǎn)。無論編寫什么PLC程序，都必須控制PLC的輸出以達(dá)到設(shè)備操作的目的。為了增強(qiáng)程序的靈活性和可擴(kuò)展性，可以將PLC的每個輸出點(diǎn)視為一個對象。在程序運(yùn)行期間，輸出對象在不同的??工作階段具有不同的觸發(fā)條件。數(shù)字量輸出點(diǎn)的觸發(fā)條件轉(zhuǎn)換為內(nèi)部繼電器，模擬量輸出的觸發(fā)條件轉(zhuǎn)換為內(nèi)部繼電器和數(shù)據(jù)。

外層是設(shè)備的包裝和處理，是外部設(shè)備和外部設(shè)備功能包裝模塊的集合。復(fù)雜的PLC控制系統(tǒng)包含多個外部設(shè)備，其中一些不止一個。以PLC為對象，外部設(shè)備可以分為輸入設(shè)備，輸出設(shè)備和交互設(shè)備。輸入設(shè)備是系統(tǒng)的眼睛，并實(shí)時監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)。輸出設(shè)備是系統(tǒng)的動作執(zhí)行設(shè)備，并且單個輸出設(shè)備可以具有一個或多個動作狀態(tài)。交互式設(shè)備是與PLC交換數(shù)據(jù)的設(shè)備，并且可以是主機(jī)設(shè)備或其他通信設(shè)備。使用面向?qū)ο蟮乃枷雽⒄麄€設(shè)備或設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)封裝為一個對象?？梢源蟠鬁p少程序的重復(fù)性，并有助于外圍設(shè)備的擴(kuò)展和功能的增加。

二、可編程控制器的編程方法

（一）程序語言

當(dāng)前的PLC編程語言主要包括梯形圖，語句列表，邏輯圖和高級語言。

梯形圖-此方法更適合剛剛接觸PLC程序編程的初學(xué)者，因?yàn)樗庇^，更易于理解，只要他們具有基本的電路知識，就可以簡單的進(jìn)行編程。

語句列表-以助記符表示的PLC功能。當(dāng)PLC執(zhí)行程序時，它實(shí)際上根據(jù)語句列表的寫入順序逐一執(zhí)行助記符指示的功能。該方法更直觀地反映了編寫程序的大小;當(dāng)執(zhí)行某些指令時，語句列表中寫入的掃描時間少于梯形圖中的掃描時間。但是對于初學(xué)者和功能復(fù)雜的人來說，這很困難。

邏輯關(guān)系形式的邏輯圖編程。它具有相對清晰的邏輯關(guān)系，但不容易理解。通常不使用此方法。

高級語言，例如C語言，基本語言或?qū)ｉT的高級語言。用高級語言編程的PLC通常是中級或高級PLC。

（二）程序框圖

在編程之前，它首先必須具有一些信息，這些信息是根據(jù)受控對象的要求和條件確定的，通常是：I/O點(diǎn)分布和含義表，參數(shù)定義和地址分配表，過程并對安全條件和規(guī)格對受控對象作出反應(yīng)?？驁D是編程的主要基礎(chǔ)。根據(jù)數(shù)據(jù)使用它來盡可能詳細(xì)地確定應(yīng)用程序的基本結(jié)構(gòu)。框圖包括兩種類型：程序結(jié)構(gòu)框圖和功能控制框圖。程序結(jié)構(gòu)的框圖是在內(nèi)存中前后排列的PLC所有功能部分的縮影。在使用過程中，您可以根據(jù)結(jié)構(gòu)圖了解整個程序中控制的所有功能的位置。

（三）程序結(jié)構(gòu)

軟件設(shè)計(jì)任務(wù)的復(fù)雜性決定了用戶程序的結(jié)構(gòu)。

1、線性編程：程序以線性或順序方式執(zhí)行每個指令。基本上，該程序在主程序中完成。

2、部分編程：根據(jù)動作邏輯功能的不同，將程序設(shè)計(jì)分為獨(dú)立的子程序塊，每個子程序完成一個或多個簡單獨(dú)立的任務(wù)。然后，主程序根據(jù)該過程有條件地或無條件地調(diào)用該子程序。這些子程序在每個掃描周期中只能調(diào)用一次。

3、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)：通用程序塊或子程序的獨(dú)立形成。通過為這些通用子程序塊分配不同的信息或條件，可以在每個掃描周期中重復(fù)調(diào)用這些通用程序塊。

（四）安全電路設(shè)計(jì)

工業(yè)化的控制程序，安全性和信息描述是必不可少的環(huán)節(jié)。工業(yè)設(shè)備動作流程具有一定的危險性，因此安全電路的設(shè)計(jì)應(yīng)引起注意，安全電路應(yīng)考慮并控制以下因素：

1、操作錯誤引起的危險或風(fēng)險。

2、外部附件損壞引起的危險，包括外部PLC故障和硬件電路信號。

3、由操作流程中指定的流程造成的危險。

4、特殊性引起的危險，例如，傳動設(shè)備高溫容易造成設(shè)備損壞，發(fā)生電源故障或電源模塊故障時，大多數(shù)安全電路都設(shè)計(jì)有緊急停止電路，自鎖電路和互鎖電路，外部信號保護(hù)電路，順序控制電路等。同時，外部硬件電路也應(yīng)構(gòu)成保護(hù)電路：例如熱繼電器和緊急停止按鈕。

有多種方法可以將上述軟件集成到PLC中。除了保持自己的設(shè)計(jì)風(fēng)格和必須遵守公司的指導(dǎo)要求之外，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)也至關(guān)重要，因此只有不斷努力才能找到適合您的方法。一種有效的方法。但是一些基本步驟是公開的。

（1）分解受控對象的過程和要求，繪制程序的結(jié)構(gòu)框圖，了解并掌握受控對象的控制要求和流程。

（2）確定每個單元的功能特性，繪制功能控制框圖。

（3）選擇適當(dāng)?shù)某绦蚪Y(jié)構(gòu)，并鏈接每個功能控制。

（4）認(rèn)真考慮安全電路的設(shè)計(jì)，制定故障形式和控制方案。

（5）編寫每個獨(dú)立部分的程序，并確定每個模塊程序的接口數(shù)據(jù)。

（6）調(diào)試每個獨(dú)立的塊程序，并調(diào)試每個模塊的接口程序，調(diào)試安全回路程序。

（7）在線調(diào)試設(shè)備或過程。

三、結(jié)論

通過分析和實(shí)際驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)本研究采用的編程方法邏輯清晰，層次清晰，操作穩(wěn)定。這種編程方法可以為程序調(diào)試，和程序功能擴(kuò)展提供重要的基礎(chǔ)。將這種編程方法應(yīng)用于復(fù)雜的控制系統(tǒng)可以有效地提高編程效率。同時，編程技術(shù)也可以應(yīng)用于簡單的系統(tǒng)，從而確保復(fù)雜控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)具有更清晰的分工并確保更穩(wěn)定的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐卓峰.王學(xué)軍.面向過程程序設(shè)計(jì)語言與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言及其特征比較[J].中州大學(xué)學(xué)報，1997（1）：64-67

[2]高云.計(jì)算機(jī)編程思想的發(fā)展研究[J].軟件導(dǎo)刊，2012，11（11）：5-6

[3]張海藩.軟件工程導(dǎo)論[M].5版.北京：清華大學(xué)出版社，2008 （2）：203-211

[4]常海.基于OOP的PLC編程方法探討[J].無線互聯(lián)科技，2014（2）：75-75