CN101872184A

CN101872184A - 可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法

Info

Publication number: CN101872184A
Application number: CN201010191818A
Authority: CN
Inventors: 陈思宁; 王善永
Original assignee: NANDA AUTOMATION TECHNOLOGY JIANGSU Co Ltd
Current assignee: NANDA AUTOMATION TECHNOLOGY JIANGSU Co Ltd
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2010-10-27

Abstract

一种可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，步骤包括：a)在上位机中编辑、生成可编程控制器顺序控制指令代码：1)编辑顺序控制图；2)生成顺序控制文本；3)生成顺序控制指令代码；b)把顺序控制指令代码下载到可编程控制器中：4)下载顺序控制指令代码；5)执行顺序控制指令代码。本方法提升用户程序的易读性、灵活性以及可编程控制器的执行效率。

Description

可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法

技术领域

本发明涉及一种可编程控制器(PLC)的顺序控制图编程及控制方法。

背景技术

IEC(International Electrotechnical Commission，国际电工委员会)61131-3是第一个为工业自动化控制系统的软件设计提供标准化编程语言的国际标准。该标准将现代软件的概念和现代软件工程的机制与传统的PLC编程语言成功地结合，又对各种工业控制系统的编程语言、软件设计的概念和软件模型等进行了标准化，适应了当今世界软件、工业控制系统的发展方向，是一种非常先进的设计技术。

IEC61131-3标准规定了两类编程语言：文本化编程语言和图形化编程语言。图形化语言有梯形图LD、顺序功能图SFC、功能块图FBD。文本化语言有指令表IL和结构文本ST。

梯形图语言LD来源于美国，它基于图形表示的继电器逻辑，是PLC编程中被最广泛使用的一种图形化语言，具有形象易学的特点，特别适用于逻辑顺控方面应用。梯形图使用网络的概念，一个LD网络的边界是在左侧和右侧所谓的电力轨线。左侧的电力轨线，名义上是为“功率流”从左向右沿着水平梯级通过各个触点、功能、功能块、线圈等提供能量，“功率流”的终点是右侧的电力轨线。期间的每一个触点代表了一个布尔变量的状态，每一个线圈代表了一个实际设备的状态，还可以有功能或功能块，根据这些元素的逻辑状态来决定是否允许能量流通过，便构成了所需要的逻辑程序。

功能块图语言FBD用来描述功能、功能块和程序的行为特征，还可以在顺序功能图中描述步、动作和转变的行为特征。功能块用矩形块来表示，每一功能块的左侧有不少于一个的输入端，在右侧有不少于一个的输出端，线条代表的是信号的流向，所传递的信息可能是一个布尔数值、整型数值、实数或者是一个字符串，在程序中，它可看作两个过程元素之间的信息流。

顺序功能图语言SFC将机械动作或步骤逐步分解成顺序功能图的组成元素，再根据其动作顺序连接起来，以完成整体的机械动作。

指令表语言IL是一种低级语言，极类似于“汇编语言”，因此它的长短处均与“汇编语言”相似，可用来描述功能、功能块和程序段行为，也可用来调用和转移等。它常用于工程人员自行编制一些没有标准功能模块的特殊算法，具有很大的灵活性和较高的透明度。

结构文本语言ST是一种专门为工业控制而开发的高级语言，极类似于PASCAL语言。它具有很强的编程能力，用于对变量赋值、回调功能和功能块、创建表达式、编写条件语句和迭代程序等。结构文本非常适合应用在有复杂的算术计算的应用中。

迄今为止，IEC61131-3标准已被大多数PLC设备制造商所采纳，并对PLC的体系结构产生了巨大影响；而且越来越多的DCS及远程I/O制造商也开始采用IEC61131-3的编程标准对分散过程控制及远程I/O模块进行编程组态，IEC61131-3标准已经成为自动控制领域的一种通用编程标准。

但是，用这些编程方式来实现顺序控制，首先要理解顺序控制的全过程，再用各自的控制方式来实现。由此可见，以上这些编程语言有如下一些共同的缺点：

(1)程序内部逻辑关系非常复杂，控制流程不明确，直观性差，用户难以理解，接受起来比较困难；

(2)采用静态内存分配的方式分配固定的内存空间，使得每款PLC产品的不同类型的变量都有最大个数的限制；

(3)采用循环扫描的方式执行用户程序，扫描周期的长短直接影响到PLC的性能指标，并且对程序执行的多样性要求(如由事件驱动某一段程序的执行、程序的并行处理等)均无能为力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，以提升用户程序的易读性、灵活性以及可编程控制器的执行效率。

为达到上述目的，本发明提供一种可编程控制器的顺序控制图编程方法，包括：

(1)编辑顺序控制图：以图形方式编辑顺序控制图程序，根据被编程PLC的控制动作，选取对应功能框，根据动作顺序，用连线连接各个功能框，生成顺序控制图；

(2)生成顺序控制文本：对顺序控制图进行合法性检查，不规范编程或程序错误进行有效提示和错误定位，然后将检查正确的顺序控制图程序按照PLC的控制逻辑生成顺序控制文本；

(3)生成顺序控制指令代码：首先对顺序控制文本进行词法分析，词法分析的任务是从左至右逐个字符地对每一条语句进行扫描，产生一个个单词符号，然后进行语法分析，语法分析的任务是分析每行语句是否符合要求，分析每个操作符后面的操作数个数和操作数类型是否正确，最终生成顺序控制指令代码；

(4)下载顺序控制指令代码：通过以太网或者串行口将顺序控制指令代码下载到PLC中；

(5)执行顺序控制指令代码：在PLC中执行顺序控制指令代码，产生动作，反馈信息，完成PLC顺序控制功能。

附图说明

图1是本发明的总流程框图；

图2是本发明实施例的顺序控制图编程步骤的示意图。

具体实施方法

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的编程步骤是由上位机(计算机)来生成顺序控制指令代码，可编程控制器(PLC)作为下位机来执行顺序控制指令代码。上位机把编制得到的程序代码下载到PLC中，同时，上位机也在监控PLC的代码执行状况。

本发明的步骤如下：

1.编辑顺序控制图(test.scc)：在编程界面中，提供了开始框、结束框、执行框、条件框、限时条件框、连接符、注释等基本功能框。生成一个顺序控制图，就是上述功能框的复杂组合。顺序控制图中每个功能框之间的连接关系，表示了顺序控制图程序中每步执行的先后次序，每一步的输入输出，一定要与上下相连，否则就会出错。支持剪切、复制、粘贴、删除、撤消、恢复、查找、替换等多种操作功能。

本发明可以使用VC++语言实现编程方案(提供编程界面等功能)，VC++所具有的高度友好的集成开发环境和强大的功能大大地提高了软件开发的效率。使用C++描述，将语言元素抽象成C++类。构造1个基类和8个由此基类派生的子类，子类分别对应于顺序控制图的7个基本功能框以及连线。基类描述了图形系统中的顺序控制图语言元素的基本特性：类型、坐标、颜色、描述、表达式、参数等等，子类还各自具有其他特有的属性。连线是一种较为特殊的对象，实现各功能框之间的连接，包括点数、点坐标、输入功能框序号、输出功能框序号等属性。

顺序控制图的管理，主要是解决语言元素单体及宏体的添加、删除、移动等操作所带来的对象管理问题。全部的语言元素对象分布到几个不同类型的链表和数组中存储，查找、定位某个类型的语言元素对象时，直接使用链表本身和数组本身进行操作：使用查找或遍历的方法得到满足条件的语言元素对象。这种模式节省内存占用，程序实现简便。

2.生成顺序控制文本(test.fc)：通过扫描上述语言元素对象，将顺序控制图转换成顺序控制文本。这是一种自定义高级语言，极类似于C语言，具有相似的结构、书写风格以及语法规范。它除了有一般的赋值运算、算术运算、关系运算、逻辑运算、函数运算以及循环语句外，还扩充了一些实际工程中常用的特殊功能语句，如：延时、定时器、报警、脉冲开出、程序闭锁等。顺序控制文本语言的定义，为顺序控制图中图形的转换创造了条件。

转换过程实际上就是一个编译的过程。转换程序首先在语言元素对象中查找开始框(翻译为begin语句)，然后查找连接到此开始框的连线，再通过连线查找它所连接的下一个功能框(根据功能框的不同，翻译为不同的语句，如条件框翻译为跳转语句，限时条件框翻译为循环语句，执行框翻译为表达式以及特殊功能语句，等等)，依次类推，直到找到结束框(翻译为end语句)。在转换过程中，自动判断出顺序控制图在图形上的错误(如有无开始框、结束框，功能框是否连线，功能框内容是否为空，等等)。

3.生成顺序控制指令代码(test.sco)：对顺序控制文本进行词法分析和语法分析，排除一些语法上的错误，编译生成自定义顺序控制指令代码。指令代码由操作码和操作数组成。操作码包括：堆栈指令(PUSH、POP)，运算指令(ADD、SUB、MUL、DIV、EQ等)，跳转指令(JMP、JFALSE等)，时间指令(DELAY、STIMER、RTIMER等)，程序管理指令(EXEC、CALL、KILL、LOCK、UNLOCK等)，特殊指令(LOG、PULSE等)。操作数可以是常数、字符串、指令标号、变量等等。

4.下载顺序控制指令代码：通过以太网、串行口或其它通信接口将顺序控制指令代码下载到PLC中，并存储到存储器中。

5.执行顺序控制指令代码：在PLC中执行顺序控制指令代码，产生动作，反馈信息。顺序控制图的执行有三种方式：自动执行、监视执行和调试执行。自动执行方式就是PLC在执行程序的过程中，信息不上送，这时在调试计算机上不能实时反映程序的执行过程；监视执行方式就是PLC在执行程序的过程中实时把程序执行结果往上送，这时调试计算机上能实时反映程序的执行过程，调试人员能及时掌握各种设备的运行情况(从程序上就能反映出来)；调试执行方式提供多种手段来调试程序，例如设断点、清断点、执行一步、继续执行、重新开始执行、停止执行等等。程序在执行过程中，正在执行的功能框显示为红色，已执行的为兰色，未执行的为灰色。

6.可编程控制器可以载有多任务实时操作系统，例如VxWorks、Linux、μC/OS-II，其优先级管理、多任务调度和事件触发机制使得应用任务的循环周期与程序长短无关。在多任务操作系统的调度管理下，多个顺序控制图程序并行协同运行，由它们共同实现项目的控制要求。在这多个任务中，根据不同程序对实时性能的不同需求，设计人员可以指定不同的优先等级，从而实现确定的实时多任务控制。

以本方法应用于水泵控制为例，

图2给出了本例的编辑顺序控制图步骤的操作界面示意图。图中，本方法在可视化图形编程界面中直观地依据被控制对象的工作流程，来编辑基本功能框。

下面代码是根据上述顺序控制图生成的顺序控制文本：

int m_i1； yacc_14：

int m_i2； step(4)；

int m_i3； sleep(200)；

int m_i4； exit(0)；

int m_i5； yacc_15：

float m_f1； step(5)；

float m_f2； sleep(200)；

float m_f3； pulse(％Q11，2000)；

float m_f4； yacc_16：

float m_f5； step(6)；

begin； stimer(10，20000.yacc_111)；

yacc_10： lex_16：

step(0)； msdelay(100)；

sleep(1000)； if((％I0014＝＝1))goto lex_16；

yacc_11： rtimer(10)；

step(1)； yacc_110：

sleep(200)； step(10)；

if((％I0001＝＝1))goto yacc_18； sleep(200)；

yacc_12： log(″2#泵启动成功！″)；

step(2)； yacc_17：

sleep(200)； step(7)；

pulse(％Q10，2000)； sleep(200)；

yacc_13： exit(0)；

step(3)； yacc_18：

stimer(10，20000，yacc_15)； step(8)；

lex_13： sleep(200)；

msdelay(100)； exit(0)；

if((％I0013＝＝1))goto lex_13； yacc_111：

rtimer(10) ； step(11)；

yacc_19： sleep(200)；

step(9)； log(″2#泵启动失败！″)；

sleep(200)； goto yacc_17；

log(″1#泵启动成功！″)； end；

顺序控制图编程方法实现的关键技术以及有益效果：

(1)通过多任务实时操作系统的引入，其优先级管理、多任务调度、事件触发机制解决了传统PLC循环扫描方式影响响应速度的问题，并且多个顺序控制图可以同时执行，实现了控制过程的并发性，允许一个程序的不同部分以不同的扫描周期进行扫描。

(2)在程序中可以很直观地看到设备的动作顺序，比较容易读懂程序，因为程序按照设备的动作顺序进行编写，规律性较强。

(3)在设备故障时能够很容易的查找出故障所处在的位置。

(4)转换为顺序控制指令代码来执行，运行速度快，效率高。

(5)提供了大量与实际生产过程相关的操作，功能强大，使用灵活，扩充方便。

(6)能对任何一个用户程序进行控制(调用、执行、停止、加锁、解锁等)，实现程序之间闭锁功能，不需要复杂的互锁电路，更容易设计和维护系统。

(7)通过建立各种类型变量的索引表，使得PLC系统实现动态内存分配，解决了传统PLC测点数量的局限性，使PLC能够应用到更多场合，加大了市场竞争力。

Claims

1.一种可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，其特征是步骤包括：

a)在上位机中编辑、生成可编程控制器顺序控制指令代码：

1)编辑顺序控制图：以图形方式编辑顺序控制图程序，根据被编程可编程控制器的控制动作，选取对应功能框，根据动作顺序，用连线连接各个功能框，生成顺序控制图；

2)生成顺序控制文本：将顺序控制图程序按照可编程控制器的控制逻辑生成顺序控制文本；

3)生成顺序控制指令代码：首先对顺序控制文本进行词法分析，词法分析的任务是从左至右逐个字符地对每一条语句进行扫描，产生一个个单词符号，然后进行语法分析，语法分析的任务是分析每行语句是否符合要求，分析每个操作符后面的操作数个数和操作数类型是否正确，最终生成顺序控制指令代码；

b)把顺序控制指令代码下载到可编程控制器中：

4)下载顺序控制指令代码：将顺序控制指令代码下载到可编程控制器中；

5)执行顺序控制指令代码：在可编程控制器中执行顺序控制指令代码，完成可编程控制器顺序控制功能。

2.根据权利要求1所述的可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，其特征是所述步骤1)中，功能框包括开始框、结束框、执行框、条件框、限时条件框、连接符和注释。

3.根据权利要求1所述的可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，其特征是所述步骤2)中，先对顺序控制图进行合法性检查，不规范编程或程序错误进行有效提示和错误定位，提示改正。

4.根据权利要求1所述的可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，其特征是所述步骤2)中，先对顺序控制图进行合法性检查，不规范编程或程序错误进行有效提示和错误定位，提示改正。

5.根据权利要求1所述的可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，其特征是所述步骤2)中，顺序控制文本是自定义高级语言，包括赋值运算、算术运算、关系运算、逻辑运算、函数运算、循环语句、延时、定时器、报警、脉冲开出和程序闭锁。

6.根据权利要求1所述的可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，其特征是所述步骤3)中，顺序控制指令代码由操作码和操作数组成；操作码包括：堆栈指令、运算指令、跳转指令、时间指令、程序管理指令、特殊指令；操作数是常数、字符串、指令标号或变量。

7.根据权利要求1所述的可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，其特征是所述步骤4)中，下载指令代码是通过以太网、串行口或者USB口进行。

8.根据权利要求1所述的可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，其特征是所述步骤5)中，可编程控制器产生动作并反馈动作信息，反送给上位机。

9.根据权利要求1所述的可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，其特征是所述步骤5)中，在可编程控制器中执行顺序控制指令代码，执行有三种方式，即自动执行、监视执行和调试执行；

自动执行方式：可编程控制器在执行程序的过程中，信息不上送，这时在上位机上不能实时反映程序的执行过程；

监视执行方式：可编程控制器在执行程序的过程中实时把程序执行结果往上送，这时上位机实时反映程序的执行过程，即正在执行的功能框、已执行的功能框和未执行的功能框分别标识出来；

调试执行方式：上位机实时反映程序的执行过程，并根据反映的执行过程来调试程序；调试程序的手段包括设断点、清断点、执行一步、继续执行、重新开始执行、停止执行。

10.根据权利要求1所述的可编程控制器的顺序控制图编程及控制方法，其特征是所述步骤5)中，可编程控制器载有多任务实时操作系统，该操作系统的优先级管理、多任务调度和事件触发机制使得应用任务的循环周期与程序长短无关；在多任务操作系统的调度管理下，多个顺序控制图程序并行协同运行，由它们共同实现控制要求；对于多个任务，根据不同程序对实时性能的不同需求，设计人员指定不同的优先等级，从而实现确定的实时多任务控制。