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可編程序控制器的五種標準編程語言

    PLC的用戶程序是設計人員根據控制系統的工藝控制要求，通過PLC編程語言的編制設計的。根據國際電工委員會制定的工業控制編程語言標準（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）及結構化文本語言（ST）。

    1、梯形圖語言（LD）

    梯形圖語言是PLC程序設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用。

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

    梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點是，梯形圖中的能流不是實際意義的電流，內部的繼電器也不是實際存在的繼電器，應用時，需要與原有繼電器控制的概念區別對待。

    圖1是典型的交流異步電動機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組成。在無計算機的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進行編制。同時，指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一一對應，在PLC編程軟件下可以相互轉換。圖3就是與圖2PLC梯形圖對應的指令表。


圖3 指令表

    指令表表編程語言的特點是：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，可在無計算機的場合進行編程設計；與梯形圖有一一對應關系。其特點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是對應圖1交流異步電動機直接啟動的功能模塊圖編程語言的表達方式。


圖4 功能模塊圖

    功能模塊圖編程語言的特點：功能模塊圖程序設計語言的特點是：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功能，直觀性強，對于具有數字邏輯電路基礎的設計人員很容易掌握的編程；對規模大、控制邏輯關系復雜的控制系統，由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關系，使編程調試時間大大減少。

    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計的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉換條件，根據轉移條件對控制系統的功能流程順序進行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務，用方框表示。在方框內含有用于完成相應控制功能任務的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結構清晰，易于閱讀及維護，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調試時間。用于系統的規模校大，程序關系較復雜的場合。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：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，由于機械互鎖造成用戶程序結構復雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時間也大大縮短。

    5、結構化文本語言（ST）

    結構化文本語言是用結構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系統中，常采用結構化文本來描述控制系統中各個變量的關系。主要用于其他編程語言較難實現的用戶程序編制。

    結構化文本編程語言采用計算機的描述方式來描述系統中各種變量之間的各種運算關系，完成所需的功能或操作。大多數PLC制造商采用的結構化文本編程語言與BASIC語言、PASCAL語言或C語言等高級語言相類似，但為了應用方便，在語句的表達方法及語句的種類等方面都進行了簡化。

    結構化文本編程語言的特點：采用高級語言進行編程，可以完成較復雜的控制運算；需要有一定的計算機高級語言的知識和編程技巧，對工程設計人員要求較高。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控制系統設計中，要求設計人員不但對PLC的硬件性能了解外，也要了解PLC對編程語言支持的種類。

設計可編程控制系統時的故障防范
發表時間：2006-11-22  來源：銀狐工控網
關鍵字：PLC 可編程控制器 可編程控制系統 設計 故障防范 
   

在現代化的工業生產中，大量采用了可編程序控制系統，可編程序控制器能在惡劣的工作環境下正常工作，但其構成的控制系統由于設計、安裝、干擾等因素有時會出現故障。有些問題是在系統設計時考慮不周造成的。根據實踐中的經驗和教訓，本文闡述可編程序控制系統設計時應注意的問題。


    在現代化的工業生產中，大量采用了可編程序控制系統，可編程序控制器能在惡劣的工作環境下正常工作，但其構成的控制系統由于設計、安裝、干擾等因素有時會出現故障。有些問題是在系統設計時考慮不周造成的。根據實踐中的經驗和教訓，本文闡述可編程序控制系統設計時應注意的問題。

    1、一個系統中使用的成熟技術至少應占到75%以上

    “成熟技術”一是經過一定的生產實踐考驗的可編程控制器產品或類似設計，或者確定能在未來的生產實踐中，經得起考驗；二是設計工作人員對于需要使用的技術要有經驗或有掌握它的能力。設計與配置一個可編程序控制系統選用的技術與設計方案切實可行。因為一個生產過程控制系統，一旦做出來，要長久使用下去，難以找到機會反復修改。設計的硬件系統和編程軟件，其中某些缺欠，可能一直隱藏在已完成的系統中。若遇到發生破壞作用的條件，后果難以預料。

    2、系統的硬件結構和網絡要簡明而清晰

    硬件結構不要追求繁瑣，網絡組態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能力。在組成I/O機箱配套的模板時，建議型號簡單，力求一致，模板密度不宜過大。使用的結線點不宜過多，從目前機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、控制系統的功能和管理系統的功能應嚴格劃分界限

    由于可編程序控制器組成的過程控制系統中的實時性要求很高，而網絡通信是允許暫時失去通信聯系，過后自己能重新恢復，但是在重新恢復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組成一個大系統時，對于主控制的關鍵命令，除了使用可編程序控制器自身的網絡通信傳送它的信息外，最好有使用它的I/O點做成的硬件聯鎖，特別是兩者之間“急停”的處理；雖然兩個系統都在自身的通信掃描中互相變換著“停止”或“急停”命令，但因一方在急停故障時已經停止運行，另一方并未收到已停止的信息而照常運行，其后果難測。可編程序控制器控制系統關鍵的“急停”應先切除執行機構的電源，然后將其信號送入可編程序控制器，這樣可取得設備安全保護的時間。

    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”按照結構化語言劃分，可分為幾種典型的語句。每個語句方式、手法可能十分單調，但一定要明確。在設計與編寫這些語句時，若使用不易推理的邏輯關系太多，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人讀懂，能理解可編程控制器在執行這個語句時，“發生了什么”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時的重要條件。

    5、可編程序控制系統在硬件和軟件上的預置，有運行檢測的關鍵監視條件

    可編程序控制系統配置了彩色圖形工作站/屏幕監視，但從價格及反映現場狀態的時間來看，屏幕監視尚不方便。關鍵的故障，或者在關鍵的機械設備附近，可配置一些指示燈，它們可以用數字量輸出做成，用來監視程序的正常運行，或用來調試程序，在指示燈旁配以功能標牌，可幫助操作人員確認可編程序控制系統的正常運行和及時反映故障。

    6、設計大中型可編程序控制系統時不要耗盡它的硬件和軟件資源

    對于設計的新系統，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資源的需要與用量。尤其對中間繼電器，計數器/定時器的使用，要留有余地。因為在調試和運行后，軟件總會被修改、補充，甚至重新編制。已編制的軟件讓人無法修改和完善，在工程上是不實際的。

    7、合理地配置可編程序控制器系統的冗余

    可編程序控制系統可能做出多種方式的冗余，中央處理器的雙機熱備、冷備冗余是常見的方式。另外，雙系統冗余，即中央處理器和全部的輸入、輸出、組網通信完全冗余，其價格和實用性雖然在許多工程項目中難以被人接受，但在有毒、有害的化工生產環境這種冗余很有必要。在設計系統中，要使配置冗余方式較為經濟而又實用，力求使故障縮小在本設備身上。不要因某一設備發生故障，引起工藝流程中相關設備運行或狀態受到沖擊。

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

現在有點忙，有空發個溫控的上來，希大家多多提意見和建議