可编程控制器的应用软件

    可编程控制器的应用软件是指用户根据自己的控制要求编写的用户程序。由于可编程控制器的应用场合是工业现场，它的主要用户是电气技术人员，所以其编程语言，与通用的计算机相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，又不同于汇编语言，它要满足易于编写和易于调试的要求，还要考虑现场电气技术人员的接受水平和应用习惯。因此，可编程控制器通常使用梯形图语言，又称为继电器语言，更有人称之为电工语言。另外，为满足各种不同形式的编程需要，根据不同的编程器和支持软件，还可以采用指令语句表、逻辑功能图、顺序功能图、流程图以及高级语言进行编程。    1．梯形图    梯形图是一种图形编程语言，是面向控制过程的一种“自然语言”，它沿用继电器的触点（触点在梯形图中又常称为接点）、线圈、串并联等术语和图形符号，同时也增加了一些继电器一接触器控制系统中没有的特殊功能符号。梯形图语言比较形象、直观，对于熟悉继电器控制线路的电气技术人员来说，很容易被接受，且不需要学习专门的计算机知识，因此，在PLC应用中，它是最基本、最普遍的编程语言，但这种编程方式只能用图形编程器直接编程。    PLC的梯形图虽然是从继电器控制线路图发展而来的，但与其又有一些本质的区别：    1) PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，例如：输入继电器、输出继电器、保持继电器、中间继电器等。但是，这些继电器并不是真实的物理继电器，而是“软继电器”。这些继电器中的每一个，都与PLC用户程序存储器中的数据存储区中的元件映像寄存器的一个具体基本单元相对应。如果某个基本单元为“1”状态，则表示与这个基本单元相对应的那个继电器的“线圈得电”。反之，如果某个基本单元为“0”状态，则表示与这个基本单元相对应的那个继电器的“线圈断电”。这样，就能根据数据存储区中某个基本单元的状态是“1”还是“0”，判断与之对应的那个继电器的线圈是否“得电”。    2) PLC梯形图中仍然保留了常开接点和常闭接点的名称，这些接点的接通或断开，取决于其线圈是否得电（这对于熟悉继电器控制线路的电气技术人员来说，是最基本的概念）。在梯形图中，当程序扫描到某个继电器接点时，就去检查其线圈是否“得电”，即去检查与之对应的那个基本单元的状态是“1”还是“0”。如果该接点是常开接点，就取它的原状态；如果该接点是常闭接点，就取它的反状态。例如：如果对应输出继电器Q4.0的基本单元中的状态是“1”（表示线圈得电），当程序扫描到Q4.0的常开接点时，就取它的原状态“1”（表示常开接点接通），当程序扫描到Q4.0的常闭接点时，就取它的反状态“0”（表示常闭接点断开）。    3) PLC梯形图中的各种继电器接点的串并联，实质上是将对应这些基本单元的状态依次取出来，进行“逻辑与”、“逻辑或”等逻辑运算。而计算机对进行这些逻辑运算的次数是没有限制的，因此，可在编制程序时无限次使用各种继电器的接点，且可根据需要采用常开（动合）或常闭（动断）的形式。注意，在梯形图程序中同一个继电器号的线圈一般只能使用一次。    4)在继电器控制线路图中，左、右两侧的母线为电源线，在电源线中间的各个支路上都加有电压，当某个或某些支路满足接通条件时，就会有电流流过接点和线圈。而在PLC梯形图，左侧（或两侧）的垂线为逻辑母线，每一个支路均从逻辑母线开始，到线圈或其他输出功能结束。在梯形图中，其逻辑母线上不加什么电源，元件和连线之间也并不存在电流，但它确实在传递信息。为形象化起见，可以认为在梯形图中有信息流或假想电流在流通．即在梯形图中流过的电流不是物理电流，而是“概念电流”，是用户程序表达方式中满足输出执行条件的形象表达方式，“概念电流”只能从左向右流动。    5)在继电器控制线路图中，各个并联电路是同时加电压，并行工作的，由于实际元件动作的机械惯性，可能会发生接点竞争现象。在梯形图中，各个编程元件的动作顺序是按扫描顺序依次执行的，或者说是按串行的方式工作的，在执行梯形图程序时，是自上而下，从左到右，串行扫描，不会发生接点竞争现象。    表面上看起来完全一样的继电器控制线路图与梯形图，它们产生的效果可能不完全一样，甚至某些作用完全相反。    图1-1给出一组结构上完全相同的继电器控制线路图与梯形图，控制目的都是为了实现“当S1动作后S2动作，使C自保持，使A复位”的功能。
    图1-1    一组结构相同的继电器控制线路图与梯形图    在继电器控制线路图中，当S1动作后，A得电并自保持，且为C接通、自保持创造了条件。接着S2动作，使B得电，B的常闭点先切断A，结果使A复位的目的实现了，但使C总不能得电，更不用说自保持了。在梯形图程序中，当S1动作后，A“得电”并自保持，在S2动作后，B“得电”。所以，在当前扫描周期内，当程序扫描到下面的A、B常开点时，因其线圈此时均已“得电”，它们均处于接通状态。这样，C能“得电”且自保持。待到下个扫描周期时，A被复位。达到了控制目的。    6) PLC梯形图中的输出线圈只对应存储器中的输出映像区的相应位，不能用该编程元件（如中间继电器的线圈、定时器、计数器等）直接驱动现场机构，必须通过指定的输出继电器，经I/O接口上对应的输出单元（或输出端子）才能驱动现场执行机构。    梯形图的特点：    ·PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器的名称。    ·PLC梯形图中仍然保留了常开接点和常闭接点的名称。    ·可在编制程序时无限次使用各种继电器的接点，且可根据需要采用常开（动合）或    常闭（动断）的形式。    ·在梯形图中有信息流或假想电流在流通，即在梯形图中流过的电流不是物理电流，    而是“概念电流”。    ·在梯形图中，各个编程元件的动作顺序是按扫描顺序依次执行的，或者说是按串行    的方式工作的，在执行梯形图程序时，是自上而下，从左到右，串行扫描，不会发    生接点竞争现象。    ·PLC梯形图中的输出线圈只对应存储器中的输出映像区的相应位，不能用该编程元    件（如中间继电器的线圈、定时器、计数器等）直接驱动现场机构，必须通过指定    的输出继电器，经I/O接口上对应的输出单元（或输出端子）才能驱动现场执行    机构。    2．指令语句表    指令语句就是用助记符来表达PLC的各种功能。它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言通俗易懂，因此也是应用很广泛的一种编程语言。这种编程语言可使用简易编程器编程，尤其是在未能配置图形编程器时，就只能将已编好的梯形图程序转换成指令语句表的形式，再通过简易编程器将用户程序逐条地输入到PLC的存储器中进行编程。通常每条指令由地址、操作码（指令）和操作数（数据或器件编号）三部分组成。编程设备简单，逻辑紧凑、系统化，连接范围不受限制，但比较抽象，一般与梯形图语言配合使用，互为补充。目前，大多数PLC都有指令语句编程功能。    3．逻辑功能图    这是一种由逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言，这种编程语言基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图。对每一种功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。常用“与”、“或”、“非”等逻辑功能表达控制逻辑。和功能方块有关的输入画在方块的左边，输出画在方块的右边。采用这种编程语言，不仅能简单明确地表现逻辑功能，还能通过对各种功能块的组合，实现加法、乘法、比较等高级功能，所以，它也是一种功能较强的图形编程语言。对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的人来说，是非常方便的。    图1-2为三相异步电动机起停控制程序的三种编程语言的表达方式。
    图1-2    三相异步电机起停控制程序示例    4．其他语言    除了上述语言形式外，还有些可编程控制器提供顺序功能图语言及高级语言。    顺序功能图编程方式采用画工艺流程图的方法编程，只要在每一个工艺方框的输入和输出端，标上特定的符号即可。对于在工厂中搞工艺设计的人来说，用这种方法编程，不需要很多的电气知识，非常方便。    而在一些大型PLC中，为了完成一些较为复杂的控制，采用功能很强的微处理器和大容量存储器，将逻辑控制、模拟控制、数值计算与通信功能结合在一起，配备BASIC、PASCAL、C等计算机语言，从而可像使用通用计算机那样进行结构化编程，使PLC具有更强的功能。