自动控制PLC编程语言介绍(Programmable Logic Controller)

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1、PLC 常用程序设计语言简介方源 可编程控制器程序设计语言: 在可编程控制器中有多种 程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结 构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系 列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、 计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操 作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的 操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和其他基本程序设计语言无法完成 的功能。功能模块图语言采用功能模

2、块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功 能，它不仅在可编程序控制器中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常 常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人 员所喜爱。 根据可编程器应用范围，程序设计语言可以组合使用，常用的程序设计语 言是： 梯形图程序设计语言 布尔助记符程序设计语言（语句表） 功能表图程 序设计语言 功能模块图程序设计语言 结构化语句描述程序设计语言 梯形图与 结构化语句描述程序设计语言 布尔助记符与功能表图程序设计语言 布尔助记符与 结构化语句描述程序设计语言 1、梯形图（Ladder Diagram）程序设计语言 梯形图

3、 程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设 计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的 条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事 件发生的结果表示在后面。 梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来 源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制 技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛 的应用。 梯形图程序设计语言的特点是： （1）与电气操作原理图相对应，具 有直观性和对应性； （2）与原有继电器逻辑控制

4、技术相一致，对电气技术人员来说， 易于撑握和学习； （3）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流 （Power FLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应 用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待； （4）与布尔助记符程序 设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。 2、布尔助记符（Boolean Mnemonic）程序设计语言 布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一 种程序设计语言。布尔助记符程序设计语言与计算机中的汇编语言非常相似，采用布尔助 记符来表示操作功能。 布尔助记符程序设计语言具有下列特点： （1）采用

5、助 记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点； （2）在编程器的键盘上采 用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计； （3）与 梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本类同。 3、功能表图（Sepuential Function Chart）程序设计语言 功能表图程序设计语言是用功能表图来描述程序的一种 程序设计语言。它是近年来发展起来的一种程序设计语言。采用功能表图的描述，控制系 统被分为若干个子系统，从功能入手，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操 作人员设计思想的沟通，便于程序的分工设计和检查调试。功能表图程序设计语言的特点 是： （1）以功能

6、为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通； （2）对 大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间； （3）常用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合； （4）只有在活动步的 命令和操作被执行，对活动步后的转换进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较其他程序 编制的程序扫描时间要大大缩短。 功能表图来源于佩特利（Petri）网，由于它具有图 形表达方式，能较简单和清楚地描述并发系统和复杂系统的所有现象，并能对系统中存有 的象死锁、不安全等反常现象进行分析和建模，在模型的基础上能直接编程，所以，得到了文泛的应用。近几年推出的可编程控制器和小型集散控制系统中也已提供

7、了采用功能表 图描述语言进行编程的软件。关于佩特利（Petri）网的一些基本概念，我在以后有机会时 再介绍给各位，以有助于对功能表图的进一步理解。 4、功能模块图（Function Block） 程序设计语言 功能模块图程序设计语言是采用功能模块来表示模块所具有的功能，不 同的功能模块有不同的功能。它有若干个输入端和输出端，通过软连接的方式，分别连接 到所需的其它端子，完成所需的控制运算或控制功能。功能模块可以分为不同的类型，在 同一种类型中，也可能因功能参数的不同而使功能或应用范围有所差别，例如，输入端的 数量、输入信号的类型等的不同使它的使用范围不同。由于采用软连接的方式进行功能模 块之间

8、及功能模块与外部端子的连接，因此控制方案的更改、信号连接的替换等操作可以 很方便实现。功能模块图程序设计语言的特点是： （1）以功能模块为单位，从控制 功能入手，使控制方案的分析和理解变得容易； （2）功能模块是用图形化的方法描 述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性； （3） 对控制规模较大、控制关系较复录的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地表达出来， 因此，编程和组态时间可以缩短，调试时间也能减少； （4）由于每种功能模块需要 占用一定的程序内存，对功能模块的执行需要一定的执行时间，因此，这种设计语言在大 中型可编程控制器和集散控制系统的编程和组态中才被采用。

9、 5、结构化语句 （Structured Text）描述程序设计语言 结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描 述语句来描述程序的一种程序设计语言。它是一种类似于高级语言的程序设计语言。在大 中型的可编程序控制器系统中，常采用结构化语句描述程序设计语言来描述控制系统中各 个变量的关系。它也被用于集散控制系统的编程和组态。 结构化语句描述程序设计语 言采用计算机的描述语句来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或 操作。大多数制造厂商采用的语句描述程序设计语言与 BASIC 语言、PASCAL 语言或 C 语言 等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都

10、进行了简 化。 结构化程序设计语言具有下列特点： （1）采用高级语言进行编程，可以 完成较复杂的控制运算； （2）需要有一定的计算机高级程序设计语言的知识和编程 技巧，对编程人员的技能要求较高，普通电气人员无法完成。 （3）直观性和易操作 性等性能较差； （4）常被用于采用功能模块等其他语言较难实现的一些控制功能的 实施。 部分可编程序控制器的制造厂商为用户提供了简单的结构化程序设计语言，它 与助记符程序设计语言相似，对程序的步数有一定的限制，同时，提供了与可编程序控制 器间的接口或通信连接程序的编制方式，为用户的应用程序提供了扩展余地。1 可编程序控制器的英文为 Programmable C

11、ontroller，在二十世纪 70-80 年代一直简称为PC。由于到 90 年代，个人计算机发展起来，也简称为 PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国 AB 公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC-Programmable Logic Controller)，为了方便，仍简称 PLC 为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为 PCS 可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。2 PLC 的发展是市场情况2.1 PLC 的发展历史1968 年美国 GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出

12、了第一代可编程序控制器，满足了 GM 公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代 PLC 产品了。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以 PLC 发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。在多年

13、的生产实践中，逐渐形成了 PLC、DCS 与 IPC 三足鼎立之势，如表 1，还有其它的单回路智能式调节器等在市场上占一定的百分比。在 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。由于 PLC 机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分 DCS 的市场(过程控制)并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业 PC(IPC)的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC 和 FCS 也挤占了一部分 PLC 市场，所以近年来 PLC 增长速度，总的说是渐缓。目前全世界有 200 多厂家生产 300 多品种 PLC 产品，主要应用在汽车(23%)、

14、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。2.2 PLC 的市场情况国内 PLC 生产厂约 30 家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产，因此可以说 PLC 在我国未形成制造产业。作为原理、技术和工艺均无尖端技术难度的产品，只要努力，是能形成制造产业的。在 PLC 应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入 10 万台套 PLC 产品，年销售额 30 亿元人民币，应用的行业也很广。但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。我国市场上流行的有如下几家 P

15、LC 产品:(1) 施耐德公司，包括早期天津仪表厂引进莫迪康公司的产品，目前有Quantum、Premium、Momentum 等产品;(2) 罗克韦尔公司(包括 AB 公司)PLC 产品，目前有 SLC、Micro Logix、Control Logix等产品;(3) 西门子公司的产品，目前有 SIMATIC S7-400/300/200 系列产品;(4) GE 公司的产品;日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品。PLC 的市场的潜力是巨大的，不仅在我国，即使在工业发达的日本也有调查表明，PLC 配套的机电一体化产品的比例占 42%，采用继电器、接触器控制尚有 24%。所以说，需要应用 PL

16、C 的场合还很多，在我国就更是如此了。从技术创新的角度看，我国大中型企业还要大力发展 CIMS(计算机集成制造系统)，在机械制造厂要形成 FMS 柔性制造系统，PLC 是基础，所以 PLC 市场是广阔的。PLC 具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久的占有市场的根本原因，我们下面重点阐述几个问题，并研究其发展趋势。3 PLC 的硬件和软件 3.1 PLC 的分类PLC 在 90 年代已经形成微、小、中、大、巨型多种 PLC。按 I/O 点数分，可分为:l 微型 PLC: 32 I/Ol 小型 PLC: 256 I/Ol 中型 PLC: 1024 I/Ol 大型 PLC: 4096 I/Ol 巨型 PLC: 8195