PLC 編程語言的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

分類：技術(shù)教程日期：2007-03-29 00:00:00

1 引言
在PLC中有多種程序設(shè)計(jì)語言,如梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設(shè)計(jì)語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器完成順序控制和邏輯控制等。通過擴(kuò)展或增強(qiáng)指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。功能表圖語言和語句描述語言是高級(jí)的程序設(shè)計(jì)語言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱，報(bào)表的報(bào)印和其他基本程序設(shè)計(jì)語言無法完成的功能。功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在PLC中得到了廣泛的應(yīng)用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時(shí)也常常被采用。由于它具有連接方便、操作簡單、易于掌握等特點(diǎn)，為廣大工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用人員所喜愛。

2 常用的程序設(shè)計(jì)語言分類
根據(jù)PLC應(yīng)用范圍，程序設(shè)計(jì)語言可以組合使用，常用的程序設(shè)計(jì)語言有以下幾種:
(1) 梯形圖(Ladder Diagram)程序設(shè)計(jì)語言
梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是用梯形圖的圖形符號(hào)來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語言，這種程序設(shè)計(jì)語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級(jí)中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在右面。
梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛的應(yīng)用。
梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是:
·與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性;
·與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于撐握和學(xué)習(xí);
·與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是:梯形圖中的能流(Power FLow)不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此應(yīng)用時(shí)需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待;
·與布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于相互轉(zhuǎn)換和程序檢查。
(2) 布爾助記符(Boolean Mnemonic)程序設(shè)計(jì)語言
布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言是用布爾助記符來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言與計(jì)算機(jī)中的匯編語言非常相似，采用布爾助記符來表示操作功能。
布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言具有下列特點(diǎn):
·采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于撐握的特點(diǎn);
·在編程器的鍵盤上采用助記符表示，具有便于操作的特點(diǎn)，可在無計(jì)算機(jī)的場合進(jìn)行編程設(shè)計(jì);
·與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,其特點(diǎn)與梯形圖語言基本類同。
(3) 功能表圖(Sepuential Function Chart)程序設(shè)計(jì)語言
功能表圖程序設(shè)計(jì)語言是用功能表圖來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。它是近年來發(fā)展起來的一種程序設(shè)計(jì)語言。采用功能表圖的描述，控制系統(tǒng)被分為若干個(gè)子系統(tǒng)，從功能入手，使系統(tǒng)的操作具有明確的含義，便于設(shè)計(jì)人員和操作人員設(shè)計(jì)思想的溝通，便于程序的分工設(shè)計(jì)和檢查調(diào)試。功能表圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是:
·以功能為主線，條理清楚，便于對(duì)程序操作的理解和溝通;
·對(duì)大型的程序，可分工設(shè)計(jì)，采用較為靈活的程序結(jié)構(gòu)，可節(jié)省程序設(shè)計(jì)、調(diào)試時(shí)間;
·常用于系統(tǒng)規(guī)模校大、程序關(guān)系較復(fù)雜的場合;
·只有在活動(dòng)步的命令和操作被執(zhí)行，對(duì)活動(dòng)步后的轉(zhuǎn)換進(jìn)行掃描，因此整個(gè)程序的掃描時(shí)間較其他程序編制的程序掃描時(shí)間要短得多。

功能表圖來源于佩特利(Petri)網(wǎng)，由于它具有圖形表達(dá)方式，能比較簡單清楚地描述并發(fā)系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)的所有現(xiàn)象，并能對(duì)系統(tǒng)中存在的象死鎖、不安全等反常現(xiàn)象進(jìn)行分析和建模，在模型的基礎(chǔ)上可以直接編程，因此得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年推出的可編程控制器和小型集散控制系統(tǒng)中也已提供了采用功能表圖描述語言進(jìn)行編程的軟件。

(4) 功能模塊圖(Function Block)程序設(shè)計(jì)語言
功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語言是采用功能模塊來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。它有若干個(gè)輸入端和輸出端，通過軟連接的方式，分別連接到所需的其它端子，完成所需的控制運(yùn)算或控制功能。功能模塊可以分為不同的類型，在同一種類型中，也可能因功能參數(shù)的不同而使功能或應(yīng)用范圍有所差別，例如，輸入端的數(shù)量、輸入信號(hào)的類型等的不同使它的使用范圍不同。由于采用軟連接的方式進(jìn)行功能模塊之間及功能模塊與外部端子的連接，因此控制方案的更改、信號(hào)連接的替換等操作可以很方便實(shí)現(xiàn)。功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是:
·以功能模塊為單位，從控制功能入手，使控制方案的分析和理解變得容易;
·功能模塊是用圖形化的方法描述功能，它的直觀性大大方便了設(shè)計(jì)人員的編程和組態(tài)，有較好的易操作性;
·對(duì)控制規(guī)模較大、控制關(guān)系較復(fù)錄的系統(tǒng)，由于控制功能的關(guān)系可以較清楚地表達(dá)出來，因此，編程和組態(tài)時(shí)間可以縮短，調(diào)試時(shí)間也能減少;
·由于每種功能模塊需要占用一定的程序內(nèi)存，對(duì)功能模塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時(shí)間，因此，這種設(shè)計(jì)語言在大中型PLC和集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)中才被采用。

(5) 結(jié)構(gòu)化語句(Structured Text)描述程序設(shè)計(jì)語言
結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言是用結(jié)構(gòu)化的描述語句來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。它是一種類似于高級(jí)語言的程序設(shè)計(jì)語言。在大中型的可編程序控制器系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言來描述控制系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系。它也被用于集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)。
結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言采用計(jì)算機(jī)的描述語句來描述系統(tǒng)中各種變量之間的運(yùn)算關(guān)系，完成所需的功能或操作。大多數(shù)制造廠商采用的語句描述程序設(shè)計(jì)語言與BASIC語言、PASCAL語言或C語言等高級(jí)語言相類似，但為了應(yīng)用方便，在語句的表達(dá)方法及語句的種類等方面都進(jìn)行了簡化。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言具有下列特點(diǎn):
·采用高級(jí)語言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算;
·需要有一定的計(jì)算機(jī)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言的知識(shí)和編程技巧，對(duì)編程人員的技能要求較高，普通電氣人員難以完成。
·直觀性和易操作性等較差;
·常被用于采用功能模塊等其他語言較難實(shí)現(xiàn)的一些控制功能的實(shí)施。

部分PLC的制造廠商為用戶提供了簡單的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它與助記符程序設(shè)計(jì)語言相似，對(duì)程序的步數(shù)有一定的限制。同時(shí)，提供了與PLC間的接口或通信連接程序的編制方式，為用戶的應(yīng)用程序提供了擴(kuò)展余地。

3 PLC程序設(shè)計(jì)語言應(yīng)用實(shí)例
溫度控制是許多機(jī)器的重要的構(gòu)成部分。它的功能是將溫度控制在所需要的溫度范圍內(nèi)，然后進(jìn)行工件的加工與處理。PID控制系統(tǒng)是得到廣泛應(yīng)用的控制方法之一，下面較為詳盡地介紹了PID溫度控制的PLC程序設(shè)計(jì)實(shí)例。
(1) 系統(tǒng)組成
本套系統(tǒng)采用Omron的PLC與其溫控單元以及Pro-face的觸摸屏所組成。系統(tǒng)包括CQM1H-51、擴(kuò)展單元TC-101、GP577R以及探溫器、加熱/制冷單元。

(2) 觸摸屏參數(shù)設(shè)置
設(shè)002代表現(xiàn)在的溫度，而102表示輸出的溫度。如按下開始設(shè)置就可設(shè)置參數(shù)。需要設(shè)置的參數(shù)有6個(gè)，分別是比例帶、積分時(shí)間、微分時(shí)間、滯后值、控制周期、偏移量。它們?cè)赑LC的地址與一些開關(guān)的地址如下:
比例帶 : DM51 積分時(shí)間 : DM52
微分時(shí)間 : DM53 滯后值 : DM54
控制周期 : DM55 偏移量 : DM56
數(shù)據(jù)刷新 : 22905

(3) PLC程序
002:PID的輸入字
102:PID的輸出字
[NETWORK]
Name="Action Check" //常規(guī)檢查
[STATEMENTLIST]
LD 253.13 //常ON
OUT TR0
CMP 002 #FFFF
//確定溫控單元是否完成初始化
AND NOT 255.06 //等于
OUT 041.15 //初始化完成
LD TR0
AND 041.15
OUT TR1
AND NOT 040.10
//不在參數(shù)設(shè)置狀態(tài)
MOV DM0050 102
//將設(shè)置溫度DM50傳送給PID輸出字
LD TR1
MOV 002 DM0057
//將002傳送到DM57
　　
[NETWORK]
Name="Setting Start" //設(shè)置開始
[STATEMENTLIST]
LD 253.13
OUT TR0
AND 229.05
//觸摸屏上的開始設(shè)置開關(guān)
DIFU 080.05 //設(shè)置微分
LD TR0
AND 041.15
AND 080.05
SET 040.01 //開始設(shè)置標(biāo)志位1
SET 040.10 //開始設(shè)置標(biāo)志位2
　　
[NETWORK]
Name="Poportion" //比例帶設(shè)置
[STATEMENTLIST]
LD 040.01
OUT TR0
AND NOT 042.01
MOV #C110 102
//讀輸出邊與輸入邊的比例帶
CMP 002 #C110
//比較輸入字是否變成C110
AND 255.06 //等于
SET 042.01 //設(shè)置比例帶標(biāo)志
LD TR0
AND 042.01
MOV DM0051 102
//將比例帶的設(shè)定值寫入輸出字
CMP 002 DM0051 //是否寫入
AND 255.06
SET 040.01 //復(fù)位標(biāo)志1
RSET 042.01 //復(fù)位比例帶標(biāo)志
SET 040.02 //向下繼續(xù)設(shè)置標(biāo)志
　　
[NETWORK]
Name="Integral"http://積分時(shí)間設(shè)置
[STATEMENTLIST]
LD 040.02
OUT TR0
AND NOT 042.02
MOV #C220 102
//讀輸出邊與輸入邊的積分
CMP 002 #C220
//比較輸入字是否變成C220
AND 255.06
SET 042.02 //設(shè)置積分標(biāo)志
LD TR0
AND 042.02
MOV DM0052 102
//將積分的設(shè)定值寫入輸出字
CMP 002 DM0052 //是否寫入
AND 255.06
RSET 040.02
RSET 042.02
SET 040.03 //向下繼續(xù)設(shè)置標(biāo)志
　　
[NETWORK]
Name="differential"http://微分時(shí)間設(shè)置
[STATEMENTLIST]
LD 040.03
OUT TR0
AND NOT 042.03
MOV #C330 102
//讀輸出邊與輸入邊的微分
CMP 002 #C330
//比較輸入字是否變成C330
AND 255.06
SET 042.03 //設(shè)置微分標(biāo)志
LD TR0
AND 042.03
MOV DM0053 102
//將微分的設(shè)定值寫入輸出字
CMP 002 DM0053 //是否寫入
AND 255.06
RSET 040.03
RSET 042.03
SET 040.04 //向下繼續(xù)設(shè)置標(biāo)志
　　
[NETWORK]
Name="Hysteresis"http://滯后值設(shè)置
[STATEMENTLIST]
LD 040.04
OUT TR0
AND NOT 042.04
MOV #C440 102
//讀輸出邊與輸入邊的滯后值
CMP 002 #C440
//比較輸入字是否變成C440
AND 255.06
SET 042.04 //設(shè)置滯后值標(biāo)志
LD TR0
AND 042.04
MOV DM0054 102
//將滯后值的設(shè)定值寫入輸出字
CMP 002 DM0054 //是否寫入
AND 255.06
RSET 040.04
RSET 042.04
SET 040.05 //向下繼續(xù)設(shè)置標(biāo)志
　　
[NETWORK]
Name="Period" //控制周期設(shè)置
[STATEMENTLIST]
LD 040.05
OUT TR0
AND NOT 042.05
MOV #C550 102
//讀輸出邊與輸入邊的控制周期
CMP 002 #C550
//比較輸入字是否變成C550
AND 255.06
SET 042.05 //設(shè)置控制周期標(biāo)志
LD TR0
AND 042.05
MOV DM0055 102
//將控制周期的設(shè)定值寫入輸出字
CMP 002 DM0055 //是否寫入
AND 255.06
RSET 040.05
RSET 042.05
SET 040.06 //向下繼續(xù)設(shè)置標(biāo)志
　　
[NETWORK]
Name="Shift" //偏移量設(shè)置
[STATEMENTLIST]
LD 040.06
OUT TR0
AND NOT 042.06
MOV #C660 102
//讀輸出邊與輸入邊的偏移量
CMP 002 #C660
//比較輸入字是否變成C660
AND 255.06
SET 042.06 //設(shè)置偏移量標(biāo)志
LD TR0
AND 042.06
MOV DM0056 102
//將偏移量的設(shè)定值寫入輸出字
CMP 002 DM0056 //是否寫入
AND 255.06
RSET 040.06
RSET 042.06
SET 040.00
　　
[NETWORK]
Name="Return" //返回
[STATEMENTLIST]
OUT TR0
AND NOT 042.00
MOV #C070 102 //讀輸入邊的處理值
CMP 002 #C070 //比較輸入字變成C070
AND 255.06
SET 042.00 //返回標(biāo)志
LD TR0
AND 042.00
MOV DM0050 102
//將設(shè)定溫度值寫入輸出字
RSET 040.00
RSET 042.00
RSET 040.10