CN113608495A - 一种可编程逻辑控制实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于可编程逻辑控制技术领域，具体为一种可编程逻辑控制实现方法，该可编程逻辑控制实现方法的具体步骤如下：将各种逻辑功能块函数综合于同一个分支选择函数中，将硬件ROM资源进行分类，把一组索引地址参数集定义为一个计算单元，每个计算单元的元素包括：功能码；使能索引；输入参数索引；本方法将可编程逻辑参数化为索引地址集的形式，在进行微小的逻辑变更时，通过文本比对逻辑变更前的参数集，仅需下载变动处。在保留原有现场接入设备端下载的功能的同时，也可通过物联网、互联网等移动通信手段，在云端服务器内嵌，实现对可编程逻辑控制器设备的远程逻辑修改重置。

Description

一种可编程逻辑控制实现方法

技术领域

本发明涉及可编程逻辑控制技术领域，具体为一种可编程逻辑控制实现方法。

背景技术

现有基于现场总线形式的可编程逻辑控制方法或者设备，无法进行远程的状态修改，当逻辑条件发生变化而需要进行必要的参数调整时，必须通过调试电脑和配置软件，在设备现场通过总线转换装置接入现场总线，或者接入逻辑控制器的专用接口，才能对逻辑控制器进行配置修改。当设备处于偏远无人环境下时，即便是微小的修改也将需要耗费较大的人力和时间成本进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可编程逻辑控制实现方法，以解决上述背景技术中提出的当设备处于偏远无人环境下时，即便是微小的修改也将需要耗费较大的人力和时间成本进行的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可编程逻辑控制实现方法，该可编程逻辑控制实现方法的具体步骤如下：

将各种逻辑功能块函数综合于同一个分支选择函数中，将硬件ROM资源进行分类，把一组索引地址参数集定义为一个计算单元，每个计算单元的元素包括：

功能码：规定了本计算单元的功能类型，执行分支函数时将根据功能码设置决定本计算单元该执行何种逻辑；

使能索引：索引关联到某个RAM或ROM地址，根据存储器内数值判断是否进行本计算单元的逻辑运算，即IF...THEN...条件分支逻辑；

输入参数索引：参数1至参数n的索引地址；

输出结果索引：计算结果1至结果n输出的索引地址；

固件程序在执行时，从ROM中读取一个计算单元的索引地址集，注入分支选择函数；

分支选择函数根据索引地址集内规定的功能码选择执行何种逻辑函数，并将其他索引地址注入特定的逻辑函数内，计算并将结果注入输出的索引地址中；

固件程序在一个运算周期内顺序调用若干个计算单元索引地址集即完成了一次数据状态刷新；

所有的输入和输出均基于索引地址关联，变量间的数据传递即可通过设置的索引地址来传递；

可编程逻辑控制器的对外硬件输入输出接口，包括通讯接口的接收和发送缓存，可以事先定义好特定的内存地址，通过索引地址来配置及调用，即可实现外部信号的输入，或者逻辑计算结果的对外输出。

进一步地，所述计算单元该执行的逻辑包括逻辑运算、逻辑比较、位操作、位移、数学运算、分支选择、定时器、计数器、触发器、采样、数据类型转换、通讯接口配置。

进一步地，需要增添新的逻辑功能时，且需要的参数索引超过原有数量，根据硬件资源多少按条件扩充并重新排布地址即可。

进一步地，所述计算单元索引地址集，具体的实现方法步骤如下：

1)将图形编程界面分隔为可扩展且有编号的行和列，每个单元格均有明确的定位编号；

2)在数据库中建立功能块定义表，对每个FBD功能块进行定义，规定了该功能块的功能码，使能参数、输入参数和输出参数将在图例中位置；将连线也定义为一种FBD功能块，连线形式的功能块规定了信号传递方向；

4)在数据库中建立绘图映射表，当绘图控件在开发界面中放置功能块图时，自动于该映射表中添加该单元格中FBD功能块的相关信息，当完成整个工程的图形化编程时，在数据库的绘图映射表中也即完成了对每个绘图单元格的文本描述；

5)进行编译时，从数据库绘图映射表中，按照输入区->绘图区->输出区的顺序读取每个单元格内的描述，按照预定义规则提取文本描述中功能块标志和参数设置等信息；

在扫描输入区和输出区时，将用户定义的外部输入/输出变量与后台自动生成的内存地址进行索引关联，每发现一个新变量，分配一个内存地址，进而生成赋值运算的计算单元索引地址集；

在扫描绘图区时，根据单元格内功能块标志，到功能块定义表中去查询该功能块的功能码、输入参数和输出参数的信息，按照规则从绘图编译缓存中获取本单元格相邻单元格结果索引地址作为本单元格的输入参数索引，并为本单元格内功能块结果自动分配所需的内存地址，存于绘图编译缓存中的本单元内以留待后续单元格编译时获取，最后将输入索引、输出索引、功能码信息等解析为计算单元索引地址集；

对于连线形式的单元格，仅进行索引地址信息的传递，不用添加计算单元索引地址集；

当完成绘图映射表内所有单元格的解析后，即完成了整个工程的计算单元索引地址集解析工作；

6)编译结束时，所有计算单元索引地址集即可映射至数据库中ROM配置表内存储的数据；

将包含ROM地址信息和数据的通讯报文，通过有线、无线或者移动通信等各种形式传送至可编程控制器模块，由固件程序写入控制器的ROM即可完成对可编程逻辑控制器的程序下载更新；

7)图形化编程通过本编译方法，转换成了ROM配置表内ROM地址+数据的信息；

通过对不同工程ROM配置表的文本信息进行比对，可以提取出最小化的修改范围，当可编程逻辑控制功能进行微小变化时，不必进行整体的配置文件下载。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本方法将可编程逻辑参数化为索引地址集的形式，在进行微小的逻辑变更时，通过文本比对逻辑变更前的参数集，仅需下载变动处。在保留原有现场接入设备端下载的功能的同时，也可通过物联网、互联网等移动通信手段，在云端服务器内嵌，实现对可编程逻辑控制器设备的远程逻辑修改重置。

附图说明

图1为本发明可编程逻辑控制固件程序方法流程图；

图2为本发明可编程逻辑控制编译方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在可编程逻辑控制器中，程序可访问的存储器分为两类：RAM(随机访问内存)和ROM(只读存储器)。为实现对存储器的读/写操作，首先需要对RAM和ROM进行地址编号。外部存储器和CPU内部存储器的地址定义规则通常由各自的芯片厂家规定，在编写程序代码时需要对使用的存储资源进行定义。可编程控制器内由部分ROM用于保存固件程序，同时程序代码也规定了本程序执行所必需的RAM空间，编译器将会把代码变量和常量编译至某个RAM地址。

除上述为基础代码执行需要的硬件资源外，需要另外设计预留给二次开发的可编程逻辑控制所需的RAM和ROM，此处的RAM和ROM资源可由用户二次开发时调用。本方法中为预留的RAM和ROM进行虚拟编址，将所有存储资源重新以统一的编号规则进行分类和定义，在固件程序中使用读和写ROM中保存的索引地址的方式来实现对变量或常量的调用或修改。将传统的调用接口函数中注入变量的方式，改变为注入索引地址的形式。通过这样的方式，用户进行二次开发的可编程逻辑将不再是逻辑功能块代码的组合，而可以统一简化为根据索引地址关联后的分支算法选择。

实施例：

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种可编程逻辑控制实现方法，该可编程逻辑控制实现方法的具体步骤如下：

将各种逻辑功能块函数综合于同一个分支选择函数中，将硬件ROM资源进行分类，把一组索引地址参数集定义为一个计算单元，每个计算单元的元素包括：

功能码：规定了本计算单元的功能类型，执行分支函数时将根据功能码设置决定本计算单元该执行何种逻辑；

使能索引：索引关联到某个RAM或ROM地址，根据存储器内数值判断是否进行本计算单元的逻辑运算，即IF...THEN...条件分支逻辑；

输入参数索引：参数1至参数n的索引地址；此处考虑到执行效率和编译规则简单化，本处采取最大化原则，索引参数数量设置为分支函数中的逻辑功能最多需要的数量；

输出结果索引：计算结果1至结果n输出的索引地址；

固件程序在执行时，从ROM中读取一个计算单元的索引地址集，注入分支选择函数；

分支选择函数根据索引地址集内规定的功能码选择执行何种逻辑函数，并将其他索引地址注入特定的逻辑函数内，计算并将结果注入输出的索引地址中；

固件程序在一个运算周期内顺序调用若干个计算单元索引地址集即完成了一次数据状态刷新；

所有的输入和输出均基于索引地址关联，变量间的数据传递即可通过设置的索引地址来传递；

可编程逻辑控制器的对外硬件输入输出接口，包括通讯接口的接收和发送缓存，可以事先定义好特定的内存地址，通过索引地址来配置及调用，即可实现外部信号的输入，或者逻辑计算结果的对外输出。

优选的，所述计算单元该执行的逻辑包括逻辑运算、逻辑比较、位操作、位移、数学运算、分支选择、定时器、计数器、触发器、采样、数据类型转换、通讯接口配置。

优选的，需要增添新的逻辑功能时，且需要的参数索引超过原有数量，根据硬件资源多少按条件扩充并重新排布地址即可。

优选的，为实现用户的零代码或者轻代码进行可编程逻辑控制系统开发，必须借助某种形式的二次开发方法，IEC 61131-3标准为此目的诞生。国际电工委员会(IEC)于1993年12月所制定IEC 61131标准的第3部分，该标准用于规范可编程逻辑控制器(PLC)，DCS，IPC，CNC和SCADA的编程系统的标准，包括了5种PLC的标准编程语言，其中有3种图形语言：梯形图(LAD)、功能块图(FBD)和顺序功能图(SFC)；两种文本语言：结构化文本(ST)和指令表(IL)。所述计算单元索引地址集，具体的实现方法步骤如下：

1)将图形编程界面分隔为可扩展且有编号的行和列，每个单元格均有明确的定位编号；

2)在数据库中建立功能块定义表，对每个FBD功能块进行定义，规定了该功能块的功能码，使能参数、输入参数和输出参数将在图例中位置；将连线也定义为一种FBD功能块，连线形式的功能块规定了信号传递方向；

4)在数据库中建立绘图映射表，当绘图控件在开发界面中放置功能块图时，自动于该映射表中添加该单元格中FBD功能块的相关信息，当完成整个工程的图形化编程时，在数据库的绘图映射表中也即完成了对每个绘图单元格的文本描述；

5)进行编译时，从数据库绘图映射表中，按照输入区->绘图区->输出区的顺序读取每个单元格内的描述，按照预定义规则提取文本描述中功能块标志和参数设置等信息；

在扫描输入区和输出区时，将用户定义的外部输入/输出变量与后台自动生成的内存地址进行索引关联，每发现一个新变量，分配一个内存地址，进而生成赋值运算的计算单元索引地址集；

在扫描绘图区时，根据单元格内功能块标志，到功能块定义表中去查询该功能块的功能码、输入参数和输出参数的信息，按照规则从绘图编译缓存中获取本单元格相邻单元格结果索引地址作为本单元格的输入参数索引，并为本单元格内功能块结果自动分配所需的内存地址，存于绘图编译缓存中的本单元内以留待后续单元格编译时获取，最后将输入索引、输出索引、功能码信息等解析为计算单元索引地址集；

对于连线形式的单元格，仅进行索引地址信息的传递，不用添加计算单元索引地址集；

当完成绘图映射表内所有单元格的解析后，即完成了整个工程的计算单元索引地址集解析工作；

6)编译结束时，所有计算单元索引地址集即可映射至数据库中ROM配置表内存储的数据；

将包含ROM地址信息和数据的通讯报文，通过有线、无线或者移动通信等各种形式传送至可编程控制器模块，由固件程序写入控制器的ROM即可完成对可编程逻辑控制器的程序下载更新；

7)图形化编程通过本编译方法，转换成了ROM配置表内ROM地址+数据的信息；

通过对不同工程ROM配置表的文本信息进行比对，可以提取出最小化的修改范围，当可编程逻辑控制功能进行微小变化时，不必进行整体的配置文件下载。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种可编程逻辑控制实现方法，其特征在于：该可编程逻辑控制实现方法的具体步骤如下：

将各种逻辑功能块函数综合于同一个分支选择函数中，将硬件ROM资源进行分类，把一组索引地址参数集定义为一个计算单元，每个计算单元的元素包括：

功能码：规定了本计算单元的功能类型，执行分支函数时将根据功能码设置决定本计算单元该执行何种逻辑；

使能索引：索引关联到某个RAM或ROM地址，根据存储器内数值判断是否进行本计算单元的逻辑运算，即IF...THEN...条件分支逻辑；

输入参数索引：参数1至参数n的索引地址；

输出结果索引：计算结果1至结果n输出的索引地址；

固件程序在执行时，从ROM中读取一个计算单元的索引地址集，注入分支选择函数；

分支选择函数根据索引地址集内规定的功能码选择执行何种逻辑函数，并将其他索引地址注入特定的逻辑函数内，计算并将结果注入输出的索引地址中；

固件程序在一个运算周期内顺序调用若干个计算单元索引地址集即完成了一次数据状态刷新；

所有的输入和输出均基于索引地址关联，变量间的数据传递即可通过设置的索引地址来传递；

可编程逻辑控制器的对外硬件输入输出接口，包括通讯接口的接收和发送缓存，可以事先定义好特定的内存地址，通过索引地址来配置及调用，即可实现外部信号的输入，或者逻辑计算结果的对外输出。

2.根据权利要求1所述的一种可编程逻辑控制实现方法，其特征在于：所述计算单元该执行的逻辑包括逻辑运算、逻辑比较、位操作、位移、数学运算、分支选择、定时器、计数器、触发器、采样、数据类型转换、通讯接口配置。

3.根据权利要求1所述的一种可编程逻辑控制实现方法，其特征在于：需要增添新的逻辑功能时，且需要的参数索引超过原有数量，根据硬件资源多少按条件扩充并重新排布地址即可。

4.根据权利要求1所述的一种可编程逻辑控制实现方法，其特征在于：所述计算单元索引地址集，具体的实现方法步骤如下：

1)将图形编程界面分隔为可扩展且有编号的行和列，每个单元格均有明确的定位编号；

2)在数据库中建立功能块定义表，对每个FBD功能块进行定义，规定了该功能块的功能码，使能参数、输入参数和输出参数将在图例中位置；将连线也定义为一种FBD功能块，连线形式的功能块规定了信号传递方向；

4)在数据库中建立绘图映射表，当绘图控件在开发界面中放置功能块图时，自动于该映射表中添加该单元格中FBD功能块的相关信息，当完成整个工程的图形化编程时，在数据库的绘图映射表中也即完成了对每个绘图单元格的文本描述；

5)进行编译时，从数据库绘图映射表中，按照输入区->绘图区->输出区的顺序读取每个单元格内的描述，按照预定义规则提取文本描述中功能块标志和参数设置等信息；

在扫描输入区和输出区时，将用户定义的外部输入/输出变量与后台自动生成的内存地址进行索引关联，每发现一个新变量，分配一个内存地址，进而生成赋值运算的计算单元索引地址集；

在扫描绘图区时，根据单元格内功能块标志，到功能块定义表中去查询该功能块的功能码、输入参数和输出参数的信息，按照规则从绘图编译缓存中获取本单元格相邻单元格结果索引地址作为本单元格的输入参数索引，并为本单元格内功能块结果自动分配所需的内存地址，存于绘图编译缓存中的本单元内以留待后续单元格编译时获取，最后将输入索引、输出索引、功能码信息等解析为计算单元索引地址集；

对于连线形式的单元格，仅进行索引地址信息的传递，不用添加计算单元索引地址集；

当完成绘图映射表内所有单元格的解析后，即完成了整个工程的计算单元索引地址集解析工作；

6)编译结束时，所有计算单元索引地址集即可映射至数据库中ROM配置表内存储的数据；

将包含ROM地址信息和数据的通讯报文，通过有线、无线或者移动通信等各种形式传送至可编程控制器模块，由固件程序写入控制器的ROM即可完成对可编程逻辑控制器的程序下载更新；

7)图形化编程通过本编译方法，转换成了ROM配置表内ROM地址+数据的信息；

通过对不同工程ROM配置表的文本信息进行比对，可以提取出最小化的修改范围，当可编程逻辑控制功能进行微小变化时，不必进行整体的配置文件下载。

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