可編程序控制器的五種標(biāo)準(zhǔn)編程語言

    PLC的用戶程序是設(shè)計人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求，通過PLC編程語言的編制設(shè)計的。根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標(biāo)準(zhǔn)（IEC1131-3）。PLC的編程語言包括以下五種：梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊圖語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）及結(jié)構(gòu)化文本語言（ST）。

    1、梯形圖語言（LD）

    梯形圖語言是PLC程序設(shè)計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設(shè)計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。

    梯形圖編程語言的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計人員易于掌握。

    梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流不是實(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，應(yīng)用時，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。

    圖1是典型的交流異步電動機(jī)直接啟動控制電路圖。圖2是采用PLC控制的程序梯形圖。


圖1 交流異步電動機(jī)直接啟動電路圖


圖2 PLC梯形圖

    2、指令表語言（IL）

    指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無計算機(jī)的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進(jìn)行編制。同時，指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一一對應(yīng)，在PLC編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。圖3就是與圖2PLC梯形圖對應(yīng)的指令表。


圖3 指令表

    指令表表編程語言的特點(diǎn)是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計算機(jī)的場合進(jìn)行編程設(shè)計；與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系。其特點(diǎn)與梯形圖語言基本一致。

    3、功能模塊圖語言（FBD）

    功能模塊圖語言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。圖4是對應(yīng)圖1交流異步電動機(jī)直接啟動的功能模塊圖編程語言的表達(dá)方式。


圖4 功能模塊圖

    功能模塊圖編程語言的特點(diǎn)：功能模塊圖程序設(shè)計語言的特點(diǎn)是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模塊是用圖形的形式表達(dá)功能，直觀性強(qiáng)，對于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計人員很容易掌握的編程；對規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達(dá)功能關(guān)系，使編程調(diào)試時間大大減少。

    4、 順序功能流程圖語言（SFC）

    順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場合。圖5是一個簡單的功能流程編程語言的示意圖。


圖5

    順序功能流程圖編程語言的特點(diǎn)：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對用戶程序理解；避免梯形圖或其他語言不能順序動作的缺陷，同時也避免了用梯形圖語言對順序動作編程時，由于機(jī)械互鎖造成用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時間也大大縮短。

    5、結(jié)構(gòu)化文本語言（ST）

    結(jié)構(gòu)化文本語言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是類似于高級語言的一種編程語言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量的關(guān)系。主要用于其他編程語言較難實(shí)現(xiàn)的用戶程序編制。

    結(jié)構(gòu)化文本編程語言采用計算機(jī)的描述方式來描述系統(tǒng)中各種變量之間的各種運(yùn)算關(guān)系，完成所需的功能或操作。大多數(shù)PLC制造商采用的結(jié)構(gòu)化文本編程語言與BASIC語言、PASCAL語言或C語言等高級語言相類似，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)化文本編程語言的特點(diǎn)：采用高級語言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算；需要有一定的計算機(jī)高級語言的知識和編程技巧，對工程設(shè)計人員要求較高。直觀性和操作性較差。

    不同型號的PLC編程軟件對以上五種編程語言的支持種類是不同的，早期的PLC僅僅支持梯形圖編程語言和指令表編程語言。目前的PLC對梯形圖（LD）、指令表（STL）、功能模塊圖（FBD）編程語言都以支持。比如，SIMATIC STEP7 MicroWIN V3.2。

    在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計中，要求設(shè)計人員不但對PLC的硬件性能了解外，也要了解PLC對編程語言支持的種類。

設(shè)計可編程控制系統(tǒng)時的故障防范
發(fā)表時間：2006-11-22  來源：銀狐工控網(wǎng)
關(guān)鍵字：PLC 可編程控制器 可編程控制系統(tǒng) 設(shè)計 故障防范 
   

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，大量采用了可編程序控制系統(tǒng)，可編程序控制器能在惡劣的工作環(huán)境下正常工作，但其構(gòu)成的控制系統(tǒng)由于設(shè)計、安裝、干擾等因素有時會出現(xiàn)故障。有些問題是在系統(tǒng)設(shè)計時考慮不周造成的。根據(jù)實(shí)踐中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，本文闡述可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注意的問題。


    在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，大量采用了可編程序控制系統(tǒng)，可編程序控制器能在惡劣的工作環(huán)境下正常工作，但其構(gòu)成的控制系統(tǒng)由于設(shè)計、安裝、干擾等因素有時會出現(xiàn)故障。有些問題是在系統(tǒng)設(shè)計時考慮不周造成的。根據(jù)實(shí)踐中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，本文闡述可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注意的問題。

    1、一個系統(tǒng)中使用的成熟技術(shù)至少應(yīng)占到75%以上

    “成熟技術(shù)”一是經(jīng)過一定的生產(chǎn)實(shí)踐考驗的可編程控制器產(chǎn)品或類似設(shè)計，或者確定能在未來的生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)得起考驗；二是設(shè)計工作人員對于需要使用的技術(shù)要有經(jīng)驗或有掌握它的能力。設(shè)計與配置一個可編程序控制系統(tǒng)選用的技術(shù)與設(shè)計方案切實(shí)可行。因為一個生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，一旦做出來，要長久使用下去，難以找到機(jī)會反復(fù)修改。設(shè)計的硬件系統(tǒng)和編程軟件，其中某些缺欠，可能一直隱藏在已完成的系統(tǒng)中。若遇到發(fā)生破壞作用的條件，后果難以預(yù)料。

    2、系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)要簡明而清晰

    硬件結(jié)構(gòu)不要追求繁瑣，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)不要追求交叉因素太多，要力求使用可編程序控制器自身配置的組網(wǎng)能力。在組成I/O機(jī)箱配套的模板時，建議型號簡單，力求一致，模板密度不宜過大。使用的結(jié)線點(diǎn)不宜過多，從目前機(jī)箱的制造和配線工藝來看，輸入與輸出配線密度不能太高。

    3、控制系統(tǒng)的功能和管理系統(tǒng)的功能應(yīng)嚴(yán)格劃分界限

    由于可編程序控制器組成的過程控制系統(tǒng)中的實(shí)時性要求很高，而網(wǎng)絡(luò)通信是允許暫時失去通信聯(lián)系，過后自己能重新恢復(fù)，但是在重新恢復(fù)之前這一間隔時間可編程序控制器會處于失控。另外，在用多個可編程序控制器系統(tǒng)組成一個大系統(tǒng)時，對于主控制的關(guān)鍵命令，除了使用可編程序控制器自身的網(wǎng)絡(luò)通信傳送它的信息外，最好有使用它的I/O點(diǎn)做成的硬件聯(lián)鎖，特別是兩者之間“急�！钡奶幚恚浑m然兩個系統(tǒng)都在自身的通信掃描中互相變換著“停止”或“急�！泵�令，但因一方在急停故障時已經(jīng)停止運(yùn)行，另一方并未收到已停止的信息而照常運(yùn)行，其后果難測。可編程序控制器控制系統(tǒng)關(guān)鍵的“急�！睉�(yīng)先切除執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源，然后將其信號送入可編程序控制器，這樣可取得設(shè)備安全保護(hù)的時間。

    4、可編程序控制器的程序要簡明且可讀

    用戶軟件的編寫是“平鋪直敘”，用戶軟件可看成是一個有序的“黑盒子”系列，每個“黑盒子”按照結(jié)構(gòu)化語言劃分，可分為幾種典型的語句。每個語句方式、手法可能十分單調(diào)，但一定要明確。在設(shè)計與編寫這些語句時，若使用不易推理的邏輯關(guān)系太多，或者語句因素太多，特殊條件太多，就會使人閱讀這些語句時十分難懂。因此，一個可編程控制器的用戶軟件的可讀性，即編寫的軟件能為大多數(shù)人讀懂，能理解可編程控制器在執(zhí)行這個語句時，“發(fā)生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能單一而流暢，這是軟件在使用和維護(hù)時的重要條件。

    5、可編程序控制系統(tǒng)在硬件和軟件上的預(yù)置，有運(yùn)行檢測的關(guān)鍵監(jiān)視條件

    可編程序控制系統(tǒng)配置了彩色圖形工作站/屏幕監(jiān)視，但從價格及反映現(xiàn)場狀態(tài)的時間來看，屏幕監(jiān)視尚不方便。關(guān)鍵的故障，或者在關(guān)鍵的機(jī)械設(shè)備附近，可配置一些指示燈，它們可以用數(shù)字量輸出做成，用來監(jiān)視程序的正常運(yùn)行，或用來調(diào)試程序，在指示燈旁配以功能標(biāo)牌，可幫助操作人員確認(rèn)可編程序控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行和及時反映故障。

    6、設(shè)計大中型可編程序控制系統(tǒng)時不要耗盡它的硬件和軟件資源

    對于設(shè)計的新系統(tǒng)，硬件上至少要保留15%左右的冗余，在軟件編制時，同樣要估計用戶軟件對計算機(jī)資源的需要與用量。尤其對中間繼電器，計數(shù)器/定時器的使用，要留有余地。因為在調(diào)試和運(yùn)行后，軟件總會被修改、補(bǔ)充，甚至重新編制。已編制的軟件讓人無法修改和完善，在工程上是不實(shí)際的。

    7、合理地配置可編程序控制器系統(tǒng)的冗余

    可編程序控制系統(tǒng)可能做出多種方式的冗余，中央處理器的雙機(jī)熱備、冷備冗余是常見的方式。另外，雙系統(tǒng)冗余，即中央處理器和全部的輸入、輸出、組網(wǎng)通信完全冗余，其價格和實(shí)用性雖然在許多工程項目中難以被人接受，但在有毒、有害的化工生產(chǎn)環(huán)境這種冗余很有必要。在設(shè)計系統(tǒng)中，要使配置冗余方式較為經(jīng)濟(jì)而又實(shí)用，力求使故障縮小在本設(shè)備身上。不要因某一設(shè)備發(fā)生故障，引起工藝流程中相關(guān)設(shè)備運(yùn)行或狀態(tài)受到?jīng)_擊。

    以上闡述的幾個方面，是在可編程序控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計時，要格外重視的問題，只有在設(shè)計系統(tǒng)時，考慮周到，系統(tǒng)投入運(yùn)行之后，設(shè)計人員才能少些遺憾。

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