CN103163820B - 便于程序调试的可编程逻辑控制器及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种便于程序调试的可编程逻辑控制器，包括主控单元、输入接口电路、输出接口电路、功能单元以及通讯单元，该可编程逻辑控制器还包括模式设置单元，该模式设置单元用于将所述可编程逻辑控制器设置为仿真运行状态、正常运行状态以及停机状态，所述主控单元在可编程逻辑控制器处于仿真运行状态时根据所述通讯单元的输入改变内部变量状态、修改功能单元状态、引发硬件中断请求和/或执行逻辑运算。本发明还提供一种便于程序调试的可编程逻辑控制器的实现方法。本发明的便于程序调试的可编程逻辑控制器及实现方法，通过为可编程逻辑控制器增加仿真运行状态，使得可编程逻辑控制器只需简单的外部设备即可实现程序调试。
Description
技术领域
本发明涉及可编程逻辑控制器领域，更具体地说，涉及一种便于程序调试的可编程逻辑控制器及实现方法。
背景技术
PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器)是工业设备上常用的控制元件。通常，PLC采用可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟方式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。在PLC加载了用户程序并进入运行状态，就可根据输入端口的状态，按加载的用户程序的逻辑，产生控制输出。
现有的PLC一般具有运行(RUN)、停机(STOP)两种状态。初学者或学生在学习PLC过程中，一般会选择先编写PLC程序，然后在实际系统上调试的方式来进行。
然而，上述方式在调试时需要外部硬件信号的支持，既不方便，又增加了成本，花费接线时间，不便于调试用户程序。
此外，也有通过专用的仿真平台或仿真软件进行操作，但该类仿真平台或仿真软件往往价格昂贵。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述可编程逻辑控制器在编程学习时依赖外部硬件信号、成本较高的问题，提供一种便于程序调试的可编程逻辑控制器及实现方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是，提供一种便于程序调试的可编程逻辑控制器，包括主控单元、输入接口电路、输出接口电路、功能单元以及通讯单元，该可编程逻辑控制器还包括模式设置单元，该模式设置单元用于将所述可编程逻辑控制器设置为仿真运行状态、正常运行状态以及停机状态，所述主控单元在可编程逻辑控制器处于仿真运行状态时根据所述通讯单元的输入改变内部变量状态、修改功能单元状态、引发硬件中断请求和/或执行逻辑运算；所述通讯单元还在可编程逻辑控制器处于仿真运行状态时将内部变量参数发送给外部智能设备。
在本发明所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器中，所述模式设置单元为运行控制开关，所述运行控制开关包括三个位置，所述三个位置分别对应所述可编程逻辑控制器的仿真运行状态、正常运行状态以及停机状态。
在本发明所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器中，所述模式设置单元包括系统运行开关及跳线检测单元，其中所述系统运行开关具有正常运行和停机两个位置，所述跳线检测单元用于检测预设的硬件跳线是否短接，所述可编程逻辑控制器在预设的跳线短接且系统运行开关处于正常运行状态时处于仿真运行状态。
在本发明所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器中，所述模式设置单元包括系统运行开关及变量检测单元，其中所述系统运行开关具有正常运行和停机两个位置，所述变量检测单元用于检测系统变量是否为预设的值，所述可编程逻辑控制器在系统变量为预设的值且系统运行开关处于正常运行位置时处于仿真运行状态。
在本发明所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器中，所述功能单元包括计数器，所述通讯单元包括串行异步通讯端口、USB端口、CANlink和/或以太网络端口。
本发明还提供一种便于程序调试的可编程逻辑控制器的实现方法，所述可编程逻辑控制器包括主控单元、输入接口电路、输出接口电路、功能单元以及通讯单元，该方法包括以下步骤：
步骤(a)：在所述可编程逻辑控制器处于非停机状态时，判断所述可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，若是则执行步骤(b)，否则执行步骤(c)；
步骤(b)：所述主控单元在可编程逻辑控制器处于仿真运行状态时根据所述通讯单元的输入改变内部变量状态、修改功能单元状态、引发硬件中断请求和/或执行逻辑运算；
步骤(c)：所述主控单元读取所述输入接口电路的状态，改变内部变量状态，并根据内部变量状态执行逻辑处理。
在本发明所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器的实现方法中，在所述步骤(a)中，通过检测运行控制开关判断所述可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，所述运行控制开关包括仿真运行、正常运行以及停机三个位置，该三个位置分别对应所述可编程逻辑控制器的仿真运行、正常运行以及停机状态。
在本发明所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器的实现方法中，在所述步骤(a)中，通过检测系统运行开关及跳线判断所述可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，其中所述系统运行开关具有正常运行和停机两个位置，在预设的跳线短接且系统运行开关处于正常运行位置时所述可编程逻辑控制器进入仿真运行状态。
在本发明所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器的实现方法中，在所述步骤(a)中，通过检测系统运行开关及系统变量值判断所述可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，其中所述系统运行开关具有正常运行和停机两个位置，在系统变量为预设的值且系统运行开关处于正常运行状态时所述可编程逻辑控制器进入仿真运行状态。
本发明的便于程序调试的可编程逻辑控制器及实现方法，通过为可编程逻辑控制器增加仿真运行状态，使得可编程逻辑控制器只需简单的外部设备即可实现程序调试。本发明既可以降低成本，又可以节省时间，让初学者方便地学习和验证可编程逻辑控制器的编程与调试。
附图说明
图1是本发明便于程序调试的可编程逻辑控制器实施例的示意图。
图2是本发明便于程序调试的可编程逻辑控制器实现方法实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，是本发明便于程序调试的可编程逻辑控制器实施例的示意图。在本实施例中，可编程逻辑控制器10包括输入接口电路11、输出接口电路12、通讯单元13、模式设置单元14、主控单元15、功能单元16以及存储单元17等。
存储单元17包括用于存放系统软件的系统程序存储器以及用于存放应用软件的用户程序存储器。输入接口电路11，以及输出接口电路12是可编程逻辑控制器10与现场设备的接口。功能单元16包括计数、定位等实现特定功能的模块。通讯单元13用于以通讯方式接收和输出数据，具体可以包括串行异步通讯端口、USB端口、CANlink和/或以太网络端口等。
主控单元15是可编程逻辑控制器10的控制中枢，其按照存储单元17中的系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据。当可编程逻辑控制器10投入运行时，主控单元15首先接收现场各输入装置(输入接口电路11或通讯单元13)的状态和数据，并分别存入其I/O映象区，然后从存储单元17的用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或数学运算并将结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，主控单元15将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据通过输出接口电路12传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停机。
模式设置单元14用于将可编程逻辑控制器10设置为仿真运行状态(EM-RUN)、正常运行状态(RUN)或停机状态(STOP)。主控单元15在可编程逻辑控制器10处于仿真运行状态时，根据通讯单元13的输入改变内部变量状态、修改功能单元16状态、引发硬件中断请求和/或执行逻辑运算等。
与正常运行状态不同，在仿真运行状态下，主控模块15的I/O映象区的内部X变量的状态不是通过扫描输入接口电路11(即硬件输入端口)得到，而是通过读取通讯单元13的输入来设置修改，若没有通讯修改，则维持状态不变。若用户程序使用到了计数器等功能单元16，也是通过通讯单元13的输入来设置修改，主控单元15根据修改后的值进行相应处理；若没有通讯修改，则维持状态不变。若用户程序中开启了外部端口中断功能，则当外部设备修改了X变量状态，且满足设定条件，即可引发中断响应。
上述模式设置单元14可采用以下方式实现：采用具有三个位置的运行控制开关(代替普通PLC中具有两个档位的运行开关)，上述三个位置分别对应可编程逻辑控制器10的仿真运行(EM-RUN)、正常运行(RUN)以及停机(STOP)状态。将运行控制开关置于仿真运行位置时，即可使可编程逻辑控制器10进入仿真运行状态。
在模式设置单元14采用上述三档开关方式时，当运行控制开关由仿真运行位置转至正常运行位置时，可编程逻辑控制器10重新开始运行，进入正常运行模式；当运行控制开关由仿真运行位置转至停机位置时，可编程逻辑控制器10停止扫描用户程序，进入停机状态。
上述模式设置单元14也可采用以下方式实现：在具有两个状态的运行控制开关上增加跳线。此时模式设置单元14包括系统运行开关以及跳线检测单元，其中系统运行开关具有正常运行(RUN)和停机(STOP)两个位置，跳线检测单元用于检测预设的硬件跳线(例如硬件跳线JP)是否短接。在预设的跳线短接且系统运行开关处于正常运行位置时，可编程逻辑控制器10即进入仿真运行状态。在系统运行开关切换到停机位置，则无论跳线是否短接，可编程逻辑控制器10为停机状态。
在模式设置单元14采取跳线方式时，在系统运行开关处于正常运行位置，若改变跳线设置，即插入短接跳线，或去掉短接跳线，都不会改变当前的运行模式；只有在系统运行开关处于停机位置，改变跳线设置，可编程逻辑控制器10的系统程序会在系统运行开关由停机位置切换到正常运行位置时，检测该跳线状态，决定使可编程逻辑控制器10进入仿真运行模式或是正常运行模式。
上述模式设置单元14还可采用以下方式实现：在具有两个状态的运行控制开关上增加系统变量M，在系统运行开关处于运行位置，由该系统变量M决定是正常运行模式，还是仿真运行模式。此时模式设置单元13包括系统运行开关以及变量检测单元，其中系统运行开关具有正常运行和停机两个位置，变量检测单元用于检测系统变量M是否为预设的值，在系统变量M为预设的值且系统运行开关处于正常运行状态时，可编程逻辑控制器10进入仿真运行状态。例如，当系统变量M被置为1时，若系统运行开关处于运行位置，则可编程逻辑控制器10进入仿真运行状态；将该系统变量M清0，若系统运行开关处于正常运行位置，则使可编程逻辑控制器10进入正常运行状态。也可以反过来设置，即当系统变量M为0时，若系统运行开关处于运行位置，则可编程逻辑控制器10进入仿真运行状态；当系统变量M为1时，若系统运行开关处于正常运行位置，则为正常运行状态。若系统运行开关处于停机位置，则无论该系统变量M是何值，可编程逻辑控制器10为停机状态。
在模式设置单元14采用系统变量加系统运行开关方式时，若在仿真运行状态改变系统变量M的值，可编程逻辑控制器10重新开始运行，进入正常运行模式；当系统运行开关由正常运行位置转至停机位置，可编程逻辑控制器10进入停机状态，并且可编程逻辑控制器10自动设置系统变量M，下次再次启动运行时，默认为正常运行模式。
在上述的便于程序调试的可编程逻辑控制器中，通讯单元13在可编程逻辑控制器处于仿真运行状态时，还可将内部变量参数发送给连接到该通讯单元13的外部智能设备。且上述通讯单元13可包括：串行异步通讯端口、USB端口、CANlink和/或以太网络端口。
如图2所示，是本发明便于程序调试的可编程逻辑控制器的实现方法实施例的流程图，其中可编程逻辑控制器包括主控单元、输入接口电路、输出接口电路、功能单元以及通讯单元，该方法包括以下步骤：
步骤S21：在可编程逻辑控制器处于非停机状态时，判断该可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，若是则执行步骤S22，否则执行步骤S26。
步骤S22：可编程逻辑控制器的主控单元读取通讯单元的各通讯端口对I/O映像区的内部变量的操作。
步骤S23：根据通讯单元的输入设置I/O映像区的内部变量的状态。
步骤S24：刷新I/O映像区的内部变量相关计数器，对外部中断请求进行核实，并执行步骤S25。
步骤S25：执行其他操作，例如使用用户程序进行逻辑运算等。
步骤S26：读取输入接口电路状态。
步骤S27：根据输入接口电路的状态设置I/O映像区的内部变量的状态，并执行步骤S25。
上述步骤S21可通过以下方式实现：通过检测运行控制开关判断所述可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，该运行控制开关包括仿真运行、正常运行以及停机三个位置，该三个位置分别对应可编程逻辑控制器处于仿真运行状态、正常运行状态及停机状态。
上述步骤S21也可通过以下方式实现：通过检测系统运行开关(该系统运行开关具有正常运行状态和停机状态两个状态)及跳线判断可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，在预设的跳线短接且系统运行开关处于正常运行状态时可编程逻辑控制器设置为仿真运行状态。
上述步骤S21还可通过以下方式实现：通过检测系统运行开关(该系统运行开关具有正常运行状态和停机状态两个状态)及系统变量值判断可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，在系统变量为预设的值且系统运行开关处于正常运行状态时，可编程逻辑控制器设置为仿真运行状态。
采用本发明的可编程逻辑控制器，配合组态软件，即可组成低成本仿真实验系统，替代昂贵的设备，也不必担心设备或器件的损坏，允许更多的学员进行学习训练。与现有的通用PLC相比，无需为外部设备提供输入信号，配合上位机软件，可实现各种PLC应用系统的无损调试。从而达到既降低成本，又节省时间，让初学者或学生尽快掌握PLC技术的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种便于程序调试的可编程逻辑控制器，包括主控单元、输入接口电路、输出接口电路、功能单元以及通讯单元，其特征在于：该可编程逻辑控制器还包括模式设置单元，该模式设置单元用于将所述可编程逻辑控制器设置为仿真运行状态、正常运行状态以及停机状态，所述主控单元在可编程逻辑控制器处于仿真运行状态时根据所述通讯单元的输入改变内部变量状态、修改功能单元状态、引发硬件中断请求和/或执行逻辑运算；所述通讯单元还在可编程逻辑控制器处于仿真运行状态时将内部变量参数发送给外部智能设备。
2.根据权利要求1所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器，其特征在于：所述模式设置单元为运行控制开关，所述运行控制开关包括三个位置，所述三个位置分别对应所述可编程逻辑控制器的仿真运行状态、正常运行状态以及停机状态。
3.根据权利要求1所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器，其特征在于：所述模式设置单元包括系统运行开关及跳线检测单元，其中所述系统运行开关具有正常运行和停机两个位置，所述跳线检测单元用于检测预设的硬件跳线是否短接，所述可编程逻辑控制器在预设的跳线短接且系统运行开关处于正常运行位置时处于仿真运行状态。
4.根据权利要求1所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器，其特征在于：所述模式设置单元包括系统运行开关及变量检测单元，其中所述系统运行开关具有正常运行和停机两个位置，所述变量检测单元用于检测系统变量是否为预设的值，所述可编程逻辑控制器在系统变量为预设的值且系统运行开关处于正常运行状态时将处于仿真运行状态。
5.根据权利要求1所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器，其特征在于：所述功能单元包括计数器，所述通讯单元包括串行异步通讯端口、USB端口、CANlink和/或以太网络端口。
6.一种便于程序调试的可编程逻辑控制器的实现方法，所述可编程逻辑控制器包括主控单元、输入接口电路、输出接口电路、功能单元以及通讯单元，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤(a)：在所述可编程逻辑控制器处于非停机状态时，判断所述可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，若是则执行步骤(b)，否则执行步骤(c)；
步骤(b)：所述主控单元在可编程逻辑控制器处于仿真运行状态时根据所述通讯单元的输入改变内部变量状态、修改功能单元状态、引发硬件中断请求和/或执行逻辑运算；
步骤(c)：所述主控单元读取所述输入接口电路的状态，改变内部变量状态，并根据内部变量状态执行逻辑处理。
7.根据权利要求6所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器的实现方法，其特征在于：在所述步骤(a)中，通过检测运行控制开关判断所述可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，所述运行控制开关包括仿真运行、正常运行以及停机三个位置，该三个位置分别对应所述可编程逻辑控制器的仿真运行、正常运行以及停机状态。
8.根据权利要求6所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器的实现方法，其特征在于：在所述步骤(a)中，通过检测系统运行开关及跳线判断所述可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，其中所述系统运行开关具有正常运行和停机两个位置，在预设的跳线短接且系统运行开关处于正常运行位置时所述可编程逻辑控制器进入仿真运行状态。
9.根据权利要求6所述的便于程序调试的可编程逻辑控制器的实现方法，其特征在于：在所述步骤(a)中，通过检测系统运行开关及系统变量值判断所述可编程逻辑控制器是否处于仿真运行状态，其中所述系统运行开关具有正常运行和停机两个位置，在系统变量为预设的值且系统运行开关处于正常运行位置时所述可编程逻辑控制器进入仿真运行状态。
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