0.8 PLC的使用

關鍵詞：系統(tǒng)配置、經(jīng)驗編程、算法編程

使用可編程序控制器，實際也就是使PLC能在系統(tǒng)自動化、網(wǎng)絡化、信息化及智能化上有所應用。這里的關鍵是要做兩個工作：

一是進行PLC系統(tǒng)配置；

二是進行PLC應用編程。

這涉及PLC使用的硬件與軟件兩大方面。

0.8.1 系統(tǒng)配置

PLC系統(tǒng)配置也就是PLC硬件系統(tǒng)的構(gòu)成。一般講，由PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，如果不考慮傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等，就是若干模塊或箱體及有關附件。而箱體或模塊又各有其型號與規(guī)格，根據(jù)工藝要求，選哪些，怎么選，各選多少，怎么組合成系統(tǒng)，就是這里要講的系統(tǒng)配置。

系統(tǒng)配置是對問題的綜合，與對問題的分析不同，同樣的題目，其答案可能是很多的。所以，系統(tǒng)配置的一個工作，就是要從多個答案中優(yōu)選一個方案。

系統(tǒng)配置要遵守一些原則，要用科學的方法，按步驟進行。

（1）系統(tǒng)配置原則。主要有如下幾點：

1）針對性原則。針對性原則就是要根據(jù)應用需要進行配置。要根據(jù)控制目的、規(guī)模及網(wǎng)絡化、信息處理要求、確定PLC的配置類型、品牌及組件。做到按需配置，有的放矢。

2）完整性原則。完整性原則就是要考慮所配置的系統(tǒng)是否完整，不能“丟項”，該配的都得配齊。完整性在一開頭就要注意。如果丟項，在安裝或使用時再追加，將帶來諸多麻煩：要另補充采購或訂貨，要追加預算，要修改工程設計，要延誤工期等。

3）可靠性原則。可靠性原則就是要使所配置的系統(tǒng)能可靠工作。具體可從四個方面考慮：一是PLC自身產(chǎn)品質(zhì)量；二是供貨方的技術服務情況；三是重要場合下的可靠性要求；四要否冗余配置。

4）發(fā)展性原則。發(fā)展性原則就是進行系統(tǒng)配置時要留有發(fā)展的余地以及對PLC選型時應盡可能用新型號。這是因為PLC工作可靠，自然壽命較長，但它的技術發(fā)展很快，其技術壽命并不長。堅持發(fā)展原則所作的配置可避免，即使PLC沒有用壞，但由于技術落后，而不得不淘汰。

5）繼承性原則。俗語說，做事情要瞻前顧后。系統(tǒng)配置堅持發(fā)展性原則可以說是瞻前，而堅持繼承性原則則是顧后。

顧后就是要考慮到曾經(jīng)使用過PLC的歷史及其情況。在作新的系統(tǒng)配置時，盡可能選用已用過廠商的產(chǎn)品，甚至于用已用過的機型。

因為PLC的外設可以共用，如編程器就可多次使用。如果新配置的系統(tǒng)的機型與原有的有繼承關系，新系統(tǒng)就可不配編程器，不就節(jié)省了嗎？

再就是一些編程工具軟件，若按繼承性原則配置，新系統(tǒng)也還可再用。

還有使用經(jīng)驗，若按繼承性原則配置，所積累的寶貴經(jīng)驗也可派上用場。甚至有的程序模塊還可移植。這對縮短編程時間，以至于正確地使用PLC都大有好處。

所以，在系統(tǒng)配置時，應堅持繼承性原則。

應該講，當今我國實行開放政策，一些企業(yè)引進不少PLC。但由于忽視繼承性，致使有的廠商擁有PLC生產(chǎn)廠商及型號很雜，給使用、維護都帶來不便，而且在經(jīng)濟上也不上算，是值得吸取的教訓。

6）經(jīng)濟性原則。經(jīng)濟是一切活動的基礎。進行系統(tǒng)配置當然要考慮經(jīng)濟。經(jīng)濟上是否合算，應作為是否采用PLC，要用什么樣的PLC的重要評價標準。顯然，進行系統(tǒng)配置，最后還應由效益作評價。

（2）系統(tǒng)配置類型。主要有：

1）基本配置。這種配置控制規(guī)模小，但所用的模塊也少。對箱體式PLC，則僅用一個CPU箱體。CPU箱體含有電源、內(nèi)裝CPU板、I/O板及接線器、顯示面板、內(nèi)存塊等，是一臺完整的PLC，送入程序，通電后即可工作。

CPU箱體依CPU性能分成若干型號，并依I/O點數(shù)，在型號下又有若干規(guī)格。基本配置就是選擇一種合適的CPU箱體，來滿足實際的要求。自然PLC廠商箱體的型號及規(guī)格多，分布得越合適，也就越便于進行這種配置。

對模塊式PLC，基本配置選擇的項目要多些。有：

CPU模塊：它確定了可進行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。選得合適與否至關重要，是系統(tǒng)配置中首先要進行的。

內(nèi)存模塊：它可在CPU規(guī)定的范圍選擇，以滿足存儲用戶程序的容量及其他性能要求。

電源模塊：有的PLC，它是與CPU模塊合二而一的，有的是分開的。但這兩者選的原則都相同，都是依PLC用的工作電源種類、規(guī)格，和要否為I/O模塊提供工作及信號電源，以及容量需要作選擇。電源模塊多與其他模塊相配套的，型號與規(guī)格不多，容易選擇。

I/O模塊：依I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量。I/O模塊數(shù)量可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力的限制。

底板或機架：基本配置僅用一個底板或機架，稱這種配置簡單，原因就在于此。但底板也有不同規(guī)格。所以，還要依I/O模塊數(shù)作不同選擇。有的PLC，如歐姆龍公司的CJ1機，無底板。那樣的PLC就沒有什么底板或機架可選擇了。

2）擴展配置。箱體式PLC擴展配置是增加I/O箱體。I/O箱體有不同的型號和規(guī)格。可按所須增加的點數(shù)，選用相應的I/O箱體。

模塊式PLC的擴展配置有兩種：一為當?shù)財U展，另一為遠程擴展。

當?shù)財U展配置：在基本配置的基礎上，于當?shù)卦黾覫/O模塊及相應底板或機架，這可使PLC的控制規(guī)模有較可觀地擴大；

遠程擴展配置；這種配置所增加的機架可遠離當?shù)兀膸装倜祝h的可達數(shù)千米。遠程配置可簡化系統(tǒng)配線，而且也可擴大控制規(guī)模。

擴展配置時應著重弄清兩個問題：

①該型號PLC最大可能的擴展配置。顯然，充分利用最大可能的擴展配置，可降低PLC單點費用，提高使用PLC的經(jīng)濟性。

②I/O地址的分配規(guī)律。顯然，只有弄清了I/O地址是怎么分配的，才可能編寫PLC程序。

3）特殊配置。這里的特殊配置是指增加特殊（有的稱功能或智能模塊）I/O模塊的配置。特殊配置后的PLC可進行哪些方面的控制，與所配置的特殊單元緊密相關。目前，各PLC廠商已開發(fā)或正在開發(fā)越來越多的特殊單元，使PLC的控制能力越來越強。

較常見的特殊模塊，若按功能劃分，有：

高速計數(shù)單元：可計入與處理高頻脈沖信號，從處理幾十kHz，幾百kHz的都有。如果與旋轉(zhuǎn)編碼器配合使用，可測量與處理轉(zhuǎn)動或移動信號。

位置控制單元：可通過輸出脈沖控制位置移動量及位置移動速度。有單坐標控制的，還有雙坐標控制的，甚至于多坐標控制的。雙坐標或多坐標的還可實現(xiàn)兩坐標運動協(xié)調(diào)。這實際是數(shù)控技術通過PLC特殊單元予以實現(xiàn)。

模入、模出單元：可把傳感器模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量存于輸入通道中，或把輸出通道的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成模擬量作為控制信號，可對一路信號作轉(zhuǎn)換，也可對多路的，可多達8路，甚至更多，即一個單元可處理8路或更多的模擬量。有的既有模入又有模出……

溫度檢測控制單元：溫度是工業(yè)中常見的模擬量。為檢測與控制它，PLC廠商開發(fā)專門針對它的檢測與控制的單元。實質(zhì)上它也是模擬量，只是它做了更多的預處理工作，如可適用不同的溫度傳感器，可測的溫度范圍也可相應選擇，用起來更方便。檢測單元只能用于讀溫度值，并顯示，也可用作處理，但要另編程序。而控制單元，可自成控制回路，無須編程，也無須PLC運行相關程序，即可實現(xiàn)溫度控制。

回路控制單元：用于進行模擬量的回路控制。有的自身帶模擬量輸入、輸出點。如上述溫度控制單元一樣，既能采集模擬量數(shù)據(jù)，又能進行數(shù)據(jù)計算、處理，進而產(chǎn)生控制輸出，可完整地實現(xiàn)模擬量控制。而有的自身沒有模擬量輸入、輸出點，只用于進行有關控制算法計算。使用它，雖然須與別的模擬量輸入、輸出單元配合，但它的控制計算能力很強，可完成幾十、幾百路的有關控制運算，使PLC實現(xiàn)很復雜模擬量控制。

其他特殊單元：如計算機單元，可把有關個人計算機的主板、外設做成PLC的單元，插在底板上，可直接與PLC通信。再如ASCII單元，也具有運算與通信功能，可協(xié)助PLC的CPU作數(shù)據(jù)處理等。

更特殊配置算是多CPU配置，即一個PLC系統(tǒng)或機架中可配置多個CPU單元。這多個CPU可以是不同功能的，有的還可以是同一功能的。這些CPU單元共享系統(tǒng)I/O總線，但各控制各的I/O模塊或?qū)ο蟆Ｍ瑫r，各CPU間又可方便地交換數(shù)據(jù)，進行控制協(xié)調(diào)。這樣系統(tǒng)，將極大地提升PLC控制規(guī)模與功能，是目前大型PLC發(fā)展的新動向。

4）安全配置。是為了確保系統(tǒng)安全而進行的配置。可選用安全PLC，也可使用冗余配置。后者指的是除所需的模塊之外，還附加有多余模塊的配置。目的是提高系統(tǒng)的可靠性。能否進行冗余配置，可進行什么樣的冗余配置，代表著一種PLC適應特殊需要的能力，是高性能PLC的一個體現(xiàn)。一般的PLC是不具備有這個性能的。

冗余配置的目的是提高整個系統(tǒng)的可靠性。冗余配置為何能提高可靠性？這是因為PLC是由各種模塊組成的，而各模塊都有其統(tǒng)計出的可靠度及失效率。在PLC非冗余配置時，任一模塊出現(xiàn)故障，都會影響PLC工作。按若干獨立事件構(gòu)成的事件的概率計算原則，PLC的可靠度應為組成它的各模塊可靠度的乘積。即

R=R₁·R₂·R₃…R_n

式中 R——PLC的可靠度；

R₁～R_n——各模塊的可靠度。

如有10個模塊組成，各模塊的失效率（以規(guī)定壽命計）為萬分之一，則其可靠度為

1-1/10000=9999/10000

這10個模塊構(gòu)成的系統(tǒng)的可靠度近似為

（9999/10000）¹⁰≈999/1000

其失效率為1-999/1000=1/1000

若為100個模塊構(gòu)成的系統(tǒng)，其失效率將為1/100。可知，系統(tǒng)越大，組成的模塊越多，出現(xiàn)故障的幾率也越大。

但若為冗余配置，情況就不同了。熱備也好，表決系統(tǒng)也好，必須至少有兩個模塊出現(xiàn)故障系統(tǒng)才不能工作。這兩個模塊同時出現(xiàn)故障這種獨立事件，構(gòu)成系統(tǒng)出故障的合成事件，其概率關系也是乘，只是失效率的乘。同樣以上例作討論，若這100個模塊均為熱備，或三選一，則只有在兩個相同的模塊同時出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)才失效。其故障率的計算可先分別算出各模塊的失效率，再合成算PLC的可靠度。即

由于各模塊為熱備或三選一，兩個同時失效，模塊才失效。兩個模塊同時失效的幾率為（同樣以單模塊失效率為萬分之一計）：

（1/10000）×（1/10000）=1/10⁸

即億分之一的幾率。

再算PLC失效率的幾率為

1-（9999999/10⁸）100≈1/1000000

為百萬分之一。確實是萬無一失。

當然，實際上不會所有的模塊都三取一或熱備，所以失效率會比這個大。

5）連網(wǎng)配置。為提高控制性能，往往要把在地理上處于不同位置的PLC與PLC，或PLC與計算機，或PLC與其他控制裝置或智能裝置通過傳送介質(zhì)連接起來，實現(xiàn)通信，以構(gòu)成功能更強、性能更好的控制系統(tǒng)。

目前PLC網(wǎng)絡大體有三個層次：設備網(wǎng)，用以與底層的設備、智能傳感器、智能執(zhí)行機構(gòu)通信，以實現(xiàn)分布控制；控制網(wǎng)，用以PLC與PLC間通信，已協(xié)調(diào)多PLC之間的控制；信息網(wǎng)，用以與管理層的計算機通信，以至于進互聯(lián)網(wǎng)，以實現(xiàn)控制的信息化。

要不要組網(wǎng)，如何組網(wǎng)，選用什么樣的通信模塊，是在配置PLC時要考慮的重要側(cè)面。連網(wǎng)是PLC技術發(fā)展中的活躍領域，內(nèi)容非常豐富，并不斷有新的技術及系統(tǒng)推出。

6）附加配置。附加配置是為PLC配備外部設備所作配置。目的是為PLC程序的編制、調(diào)試、存儲，以及數(shù)據(jù)的顯示、存儲及打印提供條件。

附加配置就是按需要選用這些外設，以使所配置的PLC系統(tǒng)合乎設計要求。

（3）系統(tǒng)配置方法。系統(tǒng)配置方法與配置類型有關。如不考慮網(wǎng)絡配置，可以用類比法、估算法、計算法及測試法。這四個方法不互相排斥，而是互相兼容與補充。為了正確地進行系統(tǒng)配置，這幾個方法可能都要用到。

1）類比法。類比法也就是經(jīng)驗法。用自己的或別人的經(jīng)驗與所要配置的系統(tǒng)作類比。從類比中初步確定要選用什么廠商的PLC，用什么型號，用哪些模塊等。

類比法雖不很準確，但由于有經(jīng)驗作借鑒，對一些較為簡單的系統(tǒng)倒是一種簡便的方法，既快又有把握。

當然，一些復雜的系統(tǒng)，由于共同性少一些，不大好類比。但類比也仍可作粗略參考，特別可用以確定用什么廠商的PLC，什么類型的PLC。

要注意的是，在類比時一定要考慮PLC的發(fā)展，應使用新的機型替代舊機型。

2）估算法。估算法主要用于算I/O點數(shù)，以粗略確定PLC的型別，用大型機、中型機、小型機還是微型機。因為機型與廠商有關，還與PLC的結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，估算好了可較有把握地進行配置。

估算法首先算所需的I/O點數(shù)。I點數(shù)N_i為

式中 E_i——系統(tǒng)所使用的某類輸入器件的總數(shù)，如用了5個按鈕，則為5；

P_i——該類器件可能處于的工作狀態(tài)，如按鈕，一般處于按下與松開兩種狀態(tài)。再如多位開關，可處于多種狀態(tài)；

I——輸入器件類型總數(shù)。

O點數(shù)N_o為

式中 E_i——所使用的某類輸出元件總數(shù)；如用了一臺正、反轉(zhuǎn)電動機即為1；

P_i——該類輸出器件可能處于的工作狀態(tài)，如電動機要求其正、反轉(zhuǎn)則有三種狀態(tài)，即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停車；

I——輸出器件的類型總數(shù)。

開關量總數(shù)N=N_i+N_o

另外，模擬量也要估算。有多少監(jiān)視量就有多少路輸入。有多少控制輸出，就有多少路輸出。比較好算。

估算出I/O點數(shù)及模擬量路數(shù)后，可依大、中、小型機劃分的大致標準，估算要選用的PLC機型。

一般大、中、小機型間點數(shù)均有搭接，沒有把握不妨都作考慮，再用計算法進一步確定。

3）計算法。它是估算的再精確一步。要確定用什么模塊，用多少模塊。一般要作四方面計算：

（a）模塊數(shù)計算。確定了I/O點數(shù)，還要按I/O的物理要求，確定各用什么樣的模塊。

對輸入點，要依輸入信號電壓區(qū)分，是交流的，還是直流的？信號間有什么隔離要求？……

進而確定選用多少種，各有多少輸入點的模塊。

最后，再依總數(shù)具體計算應采用多少種，各多少個模塊。

對輸出模塊要考慮輸出形式，是繼電器，半導體，還是晶閘管？還有就是公共回路。一般點數(shù)多的模塊，其公共回路就少；反之則多。選用公共回路多的模塊便于電路配線，但要用的模塊多。

選定了模塊類型，再依I/O總數(shù)計算模塊數(shù)。

模擬量也有相應的模塊要選擇。如有的是4路入，或8路入，有的是2路出，或1路出，有的還有入，還有出，等等。選了合適的模塊之后，再根據(jù)總的路數(shù)計算模塊數(shù)。

I/O模塊數(shù)計算之后，再算要使用的機架槽位數(shù)，進而確定機架數(shù)。

（b）電源容量計算。必要時，PLC電源容量也要作計算。箱體式的PLC，電源容量一般為自動滿足，可不考慮。只是在確定隔離變壓器（市電電源經(jīng)隔離變壓器再加載到PLC，以減少電網(wǎng)對PLC的干擾）時，對變壓器的容量要稍作計算。模塊式的電源種類較多，要作相應計算，然后再選型。

（c）響應時間計算。一般信號響應時間與PLC的循環(huán)時間有關，而循環(huán)時間與PLC的程序量有關。要計算，不大容易。沒有編好程序，怎么知道程序有多長？而且，同樣長的程序，用的指令不同，循環(huán)時間也不相同。當然，計算也可能，只是得放在編程之后。

有的PLC廠商提供有經(jīng)驗公式：大體的關系是內(nèi)存總量與要使用的點數(shù)有關，這既可用以確定選多大容量的內(nèi)存，也可大體確定循環(huán)時間。算出循環(huán)時間，就可進一步計算響應時間了。

特殊輸入量的響應時間更要分別計算。有的可查有關模塊的特性。

（d）投入費用計算。在模塊種類及數(shù)量確定后，一般還要依報價進行投入費用的計算。

如果配置的方案多，對每個方案的投入費用也都要計算。

費用計算精確有利于依經(jīng)濟性原則對系統(tǒng)進行配置。

4）測試法。系統(tǒng)配置時，一些重要的數(shù)據(jù)不僅要計算，有的還要進行實際測試。如循環(huán)時間，可把編完的程序，送入PLC進行實際測定。有的數(shù)據(jù)可由廠方提供，或委托廠方作測試。

類比、估算、計算及測試運用得好，可使所配置的系統(tǒng)建立在科學與經(jīng)驗的基礎之上，將有助于使系統(tǒng)配置得更為完善。

（4）系統(tǒng)配置步驟。系統(tǒng)配置是問題的綜合，與其他問題的綜合一樣，系統(tǒng)配置過程也是從粗到細一步步推進，要分步驟進行。一個配置完成后又可能再返回來，再逐步完善，直到從多個方案中挑選一個最為滿意的方案為止。

一般講，不考慮網(wǎng)絡配置，其配置步驟為

1）用類比法，大致確定可選用的廠商產(chǎn)品及機型；確定時要遵循發(fā)展性及繼承性原則。

2）用估算法，估算I/O點數(shù)及模擬量路數(shù)，并確定要選用的機型。

3）用計算法，依完整性原則計算所需的模塊數(shù)。這里可能有多個方案，那就應計算出各個方案的結(jié)果。

4）再依可靠性原則，考慮必要的冷備份、熱備份或冗余配置。若為一般系統(tǒng)，這個步驟可省略。

5）計算各個方案的投入費用，并依經(jīng)濟性原則選其中最優(yōu)者。

6）必要時再進一步做性能計算或進行實物測試。再根據(jù)計算或測試結(jié)果，對原有的配置做修正。

0.8.2 程序設計

這是使用PLC的另一個重要問題。因為PLC程序只能由用戶編制，廠商不提供。而PLC若沒有程序，則什么事情也不能干。以下分別對程序設計步驟及程序設計方法分別予以介紹。

（1）程序設計步驟

僅就單機系統(tǒng)而言，程序設計的步驟大體是：

1）弄清工藝。系統(tǒng)配置要弄清工藝，按工藝要求進行。程序設計則更應如此。弄清工藝，首先要弄清使用PLC的目的，要用到PLC的哪些功能。其次，要弄清兩方面情況：一為輸入、輸出部件的特性與分布，即系統(tǒng)的空間情況；另一為系統(tǒng)工藝過程，即系統(tǒng)的進程情況。

（a）空間情況。弄清各輸入部件性能的性能、特點，并分配相應的輸入點與其連接。分配時，既要考慮布線簡單，還要避免信號受外界干擾；弄清各輸出部件的性能、特點，分配相應的輸出點與其接線；如可能，接輸出部件的模塊最好能與輸入部件的模塊能適當隔開，以避免輸出信號對輸入的干擾；此外，還要考慮在編程時，地址使用的方便。弄清了這些，才便于合理地對其分配I/O地址。

（b）進程情況。弄清被控對象的工作要求、工藝過程及各種關系；弄清其工藝過程，看它是怎么開始的？怎么展開的？怎么終止的？弄清輸出與輸入的對應關系；如果存在時序關系時，兩者的時序是怎么對應的？弄清要采集、存儲、傳送哪些數(shù)據(jù)？弄清有哪些互鎖、聯(lián)鎖關系？有哪些特殊要求？……弄清這些問題才能著手設計算法，也才能進一步進行程序設計。

2）配置與設定硬件。為了PLC能按要求工作，在使用PLC之前，要對PLC的硬件作必要的配置與設定。如配置什么CPU及其他模塊。設定特殊模塊的機號、PLC上電時工作模式（是運行、監(jiān)控還是編程）等。有的廠商的PLC還可對PLC的內(nèi)部器件（如要使用多少定時器、計數(shù)器等）進行分配或指定。

PLC出廠時，廠商多有其默認設定。但對較復雜的系統(tǒng)，用戶必須有合乎自己情況的設定。一般說，硬件設定在開始編程之前是必須進行的。

3）分配I/O。分配I/O指的是，給每一I/O模塊、每一輸入、輸出點，分配地址。這是編程所絕對必需的。

PLC I/O點在模塊上或在箱體的地址是固定的，在模塊或箱體上都有相應的地址標記。而模塊與箱體的地址（通道號）是按一定規(guī)律分配的。只是不同廠商、不同型號的PLC，有不同的規(guī)律。常見的規(guī)律有固定分配、定位分配、順序分配及設定分配。

固定分配是固定地分配地址。如歐姆龍公司的小型機就是固定分配，其主機的I/O地址與主機的點數(shù)有關。擴展箱體的I/O地址依遠離CPU箱體，升冪依次遞增。

定位分配是按模塊所在的機架及其在機架上的位置分配其I/O地址。模塊位置確定了，其I/O地址也就確定了。

順序分配是按模塊在PLC中位置順序，依次升冪分配I/O地址。依模塊點數(shù)的不同，有的占1個字（點數(shù)不足1個通道的，按1個字計算），有的占2個字，甚至更多。如歐姆龍公司的大型機就是這么編號的，如歐姆龍公司的CQM1機也是這么編號，只是它把I與O分開，分別按其順序進行排列。

設定分配是，在指定的范圍內(nèi)，通過硬件或軟件設定，分配模塊I/O地址。如歐姆龍公司的特殊模塊，其所用的通道地址就是靠指定機號后設定的。其CJ1機可設定機架地址。

由于當今編程軟件的進步，一般都可用符號地址編程。這就有可能先用符號地址編程，編好后，再編輯符號與實際地址的對應關聯(lián)。這么做時，編寫程序可先做，而硬件設定、I/O分配后進行。但程序下載、調(diào)試前，這些工作都必須做好。

4）設計程序。首先是考慮程序的組織，可按功能，把程序先劃分成若干模塊（程序塊）。分模塊編程，然后再予以合成。按模塊編程便于移植一些已用過的程序，而且也便于調(diào)試。

其次，分塊設計算法。算法確定后，其思路可用框圖或一些自然語言表達。算法對工藝進程的分析中形成，是編寫程序的基礎與準備。

最后，按模塊選擇編程語言，逐一編寫指令。要一條條指令的編，若為梯形圖編程，則應一個圖形符號一個圖形符號的畫，最終要形成一個指令集，或完整的梯形圖。

5）調(diào)試程序。編寫PLC程序是很細致的工作，差錯總是難免的。而任何一點差錯，即使是一小點，都可能導致PLC工作出現(xiàn)故障。所以，編寫程序后，還要進行調(diào)試，糾正種種差錯。

調(diào)試程序可通過計算機仿真進行。多數(shù)公司現(xiàn)都有相應的仿真軟件，可運行在這軟件平臺上對所編的程序進行仿真調(diào)試。

多數(shù)的程序調(diào)試是把程序送入PLC，在PLC試運行（輸入、輸出不接傳感器及執(zhí)行機構(gòu)）時作調(diào)試。這也叫在線調(diào)試。

在線調(diào)試可使用簡易編程器，先把程序送入PLC，然后分模塊或分指令一步步調(diào)。不過這種調(diào)試現(xiàn)在已不多見。

在線調(diào)試也可使用計算機，由相應軟件協(xié)助進行：先把在計算機用編程軟件編程，再下載到PLC；然后使PLC運行，通過計算機畫面或監(jiān)控的數(shù)據(jù)，了解PLC運行情況，觀察其是否與設計意圖符合；不符合，則找出原因；再修改程序，剔除毛病；再試、再看、再找、再改。一直到合乎設計意圖為止。

經(jīng)在線調(diào)試的程序，還要在現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試。只有經(jīng)聯(lián)機調(diào)試合乎要求的程序，才是合格的、可交付用戶使用的程序。

6）存儲程序。把程序錄入計算機后，就要作存儲。甚至開始編程時，編一部分就要存儲一部分。隨著程序調(diào)試通過及試運行過程的不斷完善，還要不時地作存儲。存儲時，一般只留下后來的，刪去過去的。程序不僅存于PLC的RAM中，也可存入磁盤或磁帶中。

經(jīng)試行后的程序有的可作定型。辦法是把它固化，寫入ROM存儲器。

7）程序保護。可以用硬件，也可軟件保護。

硬件：有的PLC用硬件開關設置程序保護。讀寫DIP開關ON保護，否則，不保護。

軟件：有的用軟件設定保護，如歐姆龍CPM機是DM6602字的0位，設為1，保護，0不保護。

8）程序加密。程序保護可保證程序不被刪除或修改。但其他人可讀它，重用它。為了保護知識產(chǎn)權(quán)，可對程序加密。

PLC程序加密的方法有：用指令加密；用編程軟件加密。可全程序加密，也可局部加密。

9）程序加鎖。除了程序保護、加密，還對程序可加鎖。可做到，即使PLC程序正常運行，但不產(chǎn)生控制輸出。加鎖可用置位PLC的輸出禁止位實現(xiàn)，也可自編一段小程序，使相應的輸出禁止。

提示：程序保護，程序加密，程序加鎖是不同概念，各有各的目的。可按要求全用或用其中的一種。

這里，只是對PLC單機系統(tǒng)編程步驟作一最簡略的說明。至于詳細的介紹將是本書的主要任務。以下各個章節(jié)，將對PLC編程的方方面面問題，逐一進行詳細討論。而網(wǎng)絡系統(tǒng)編程也將在本書第6章有所討論。

（2）程序設計方法

PLC編程方法很多。但歸納地講，主要是經(jīng)驗編程與算法編程。

1）經(jīng)驗編程。是運用自己的或別人的經(jīng)驗進行編程。多數(shù)是設計前先選“樣機”，并結(jié)合自己的情況，對“樣機”逐一修改，直至適合自己的情況。“樣機”多為與自己情況類似的一個或若干個成功的程序，也可為具有一些典型功能的標準程序。我們在工作過程中，可收集與積累這些“樣機”，從而不斷豐富自己的經(jīng)驗。

PLC編程，從“不懂”到“懂”，從“懂”到“會”，從“會”到“熟”，最后做到“熟能生巧”，關鍵還在于從實踐積累經(jīng)驗。沒有實踐，沒有經(jīng)驗的積累，怎么能進入“熟能生巧”的境地！

經(jīng)驗有別人的，也有自己的，都很重要。前者要靠細心學習，后者要靠用心積累。都要花一定的時間與必要的精力。

別人的經(jīng)驗有上了書的或登載在雜志上的。本書介紹的例子程序，有的是我細心學別人的，但多數(shù)是我自己的經(jīng)驗。所有的例子都經(jīng)我測試過，都經(jīng)實踐證明是可行的。我想，別的書本或雜志上介紹的經(jīng)驗也會是這樣的。所以，學習這樣成功的經(jīng)驗是必要的。

別人的經(jīng)驗還有沒有上書的或沒有登載在雜志上的，或許還是你同事的經(jīng)驗，也很值得學習。這種經(jīng)驗離你很“近”，很易借鑒。

自己的經(jīng)驗則是最重要的。要在自己的實踐中，積累自己的經(jīng)驗。同時，最好在學別人的經(jīng)驗時，也能親自做些測試，能使自己也有類似的經(jīng)歷，進而把這些經(jīng)驗變成自己的。這也是自己經(jīng)驗的重要積累。

還有一些失敗的經(jīng)驗，這往往是不會公開的，但這些經(jīng)驗也是要學習，也要積累。“失敗是成功之母”嘛。

經(jīng)驗的積累要用自己的腦記，更要用電腦記。最好進行分類，建立一個自用的程序“庫”，以便于隨時引用。

經(jīng)驗還有待升華。升華有三個層次：

最低的層次如上述，可建立一些典型程序集（庫），供今后再用。若程序較復雜，還可建一些功能塊或子程序，以便今后引用。

其次，要總結(jié)出有效算法。得出一些規(guī)律性的處理問題的方法。

最高層次的升華是，把經(jīng)驗上升到理論的高度，為豐富PLC編程理論做貢獻。我想，隨著PLC使用的普及與提高，是會有越來越多、從經(jīng)驗中升華出來的、而又能用以指導實踐的PLC的編程理論的。

經(jīng)驗積累、經(jīng)驗升華都是為應用。經(jīng)驗應用有三方面：

用作工程設計模板：設計新系統(tǒng)時，選用一個或幾個與現(xiàn)有工程類似的、已取得成功的工程，作樣板進行設計。這既可減輕設計的工作量，又增加設計的成功率。這也是信息可重用的一大好處。

用作編程參考：在無成功的工程可作樣板時，在新設計的邏輯中，仍有相當一部分控制邏輯，可采用或借用已有典型邏輯，這也可減少設計的工作量，增加設計的成功率。

用作算法設計參考：在既無樣板可參照，又無典型可采用時，還可運用過去的一些成功的算法。

經(jīng)驗是寶貴的，但是，經(jīng)驗，特別是個人經(jīng)驗，總是有限的。所以，經(jīng)驗的應用也還要與編程理論相結(jié)合。而本書所做的就是，結(jié)合個人積累的編程經(jīng)驗，做些編程理論及相關算法研究，為與讀者經(jīng)驗的結(jié)合提供參考。

2）算法編程。是針對問題先設計解決問題的算法，再根據(jù)所設計的算法編程。如果說經(jīng)驗編程用的主要是感性知識，那算法編程主要用的則是理性知識。要弄通相關的編程理論。否則這個算法也不好設計。

（a）算法（Algorithm）概念。它原是數(shù)學計算的名詞。在公元前200多年，歐幾里德根據(jù)自然數(shù)的理論，在他的《幾何原本》（Euclid′s Elements，第Ⅶ卷，命題i和ii）一書中，提出了求解兩個自然數(shù)最大公因數(shù)的“輾轉(zhuǎn)相除算法”，使得這個最大公因數(shù)的求解變得很容易了。這也說明算法對于解決問題的重要。

歐幾里德的這個算法（Euclid′s Algorithm），如用表達式表達，則是

算法還可用框圖表達。對上述算法如圖0-20所示。該圖中方塊表示“運算”，菱形表示“判斷”，連線及其箭頭表示“聯(lián)系與去向”。

算法也可用圖表表達。表0-1所示為上述算法圖表。該表列了5個步驟：第1步為求解開始，進行求“余數(shù)計算”。第2步為“判斷”，根據(jù)判斷結(jié)果分成2個走向，或求解結(jié)束，或繼續(xù)求解。顯然這個圖表也可清晰地反映上述求解過程。

算法也可用文字表達。上例可做如下表達：當求解開始后，先是求yy被xx整除，并把余數(shù)存于zz中。然后判斷zz是否為0？如等于0，則xx即為公因數(shù)，運算結(jié)束；如不等于0，則xx賦值給yy，zz賦值給xx，并重復開始的步驟。

顯然，文字表達是不夠精煉的，特別是求解的問題較復雜時，更難以讓人理解。但也可使用比文字簡單的一些文字符號，也稱為偽代碼表達。則也很簡練。

圖0-20 求解公因數(shù)歐氏算法框圖

表0-1 求公因數(shù)算法圖表

當然，求這個最大公因數(shù)還可想出很多其他算法。但是無論如何，如果沒有算法，這個公因數(shù)是無法求得的。

那什么是算法？從上可知，算法是指解題的步驟。什么是好算法？就是步驟少，每一步的含義明確、運算簡單。運用它能夠從已知數(shù)求得未知的結(jié)果。

更一般地講，一個有效的、好的數(shù)學算法，一般有5個特征，即要有輸入（已知數(shù)）、輸出（未知數(shù)），同時還要滿足有窮性、確切性、可行性。

PLC主要用于控制，還可用于運算。當然，為了控制也要運算。所以，PLC的運算是很多的。特別是邏輯運算更多。PLC編程就是編寫好的控制與運算程序，讓PLC一步步去執(zhí)行，以實現(xiàn)所要求的控制與運算。

顯然，這里的程序也有輸入、輸出，也要有窮性、確切性、可行性。具有算法的五大特征。

為了讓PLC進行上述求兩個正整數(shù)的最大公因數(shù)計算，如果用算法編程，那就要用程序去實現(xiàn)歐幾里德算法。

在本書一開頭，就講到，“入出信息變換、可靠物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點”。所以，在本質(zhì)上講，PLC只是輸入到輸出變換的工具。而輸入到輸出的變換是靠運行PLC程序?qū)崿F(xiàn)的。所以，從廣義上講，PLC程序也可說成，用PLC指令表達的PLC輸入到輸出變換的步驟。

簡而言之，對照數(shù)學算法，PLC的算法，則是用文字、公式、圖形表達的、實現(xiàn)輸入輸出變換的、有限的、明確的及可實現(xiàn)的步驟。

可知，PLC算法與PLC程序之間所差的只是表達方法的不同。算法可以說成是程序的原型、雛形、思路、提綱，而程序則是算法的成型、具體化及實現(xiàn)。

所以，一般講，設計程序前，要先設計算法。這正與寫文章一樣，在寫之前，一般要寫提綱、打腹稿，或構(gòu)想思路。

圖0-21所示為一個問題通過算法運用“computer”實現(xiàn)輸入到輸出的求解（轉(zhuǎn)換）示意。當然，對PLC這里的“computer”即為“PLC”了。

可知，算法指的就是告訴“computer”或“PLC”的“一系列解決問題的清晰指令”，這些“指令”“能夠?qū)Ψ弦欢ㄒ?guī)范的輸入，在有限的時間內(nèi)獲得所要求的輸出”。據(jù)講，在計算機出現(xiàn)前，這“computer”是泛指從事數(shù)學計算的人。現(xiàn)在計算機出現(xiàn)了，這里“computer”自然主要是計算機，而對本書講就是PLC了。

圖0-21 計算機算法應用示意

對于PLC，算法編程可分為兩個步驟：設計算法及實現(xiàn)算法。前者是為了探求解決問題的思路、方法或步驟；后者是為了運用PLC資源，編寫PLC程序。

（b）算法設計。數(shù)學算法設計有各種策略，常用的有窮舉搜索法、遞歸法、回溯法、貪心法、分治法等。PLC的算法設計與PLC要實現(xiàn)的功能有關，其策略不完全與數(shù)學算法相同。可使用的策略有：

從輸入推算到輸出：演繹法

從輸出反推到輸入：歸納法

化整為零：規(guī)模化大為小

動態(tài)規(guī)劃：步驟從多到少

模塊化設計：從頂?shù)降祝缮现料?/p>

……

對PLC算法則與PLC的應用有關。用于順序控制則有順序控制算法，用于模擬量控制，則有模擬量控制算法等。

算法設計是為了解決問題。解決問題是對問題的綜合，不像問題的分析，一個問題一般只有一個答案，而它可能有很多解決方案。

所以，算法設計除了尋找可能解決問題算法，還有個算法優(yōu)化問題。即怎樣用最少的步驟，最簡的操作，最好的效果去實現(xiàn)算法要達到的目的。

為此，需要對算法進行分析或評價。其主要依據(jù)是，算法的時間復雜度，空間復雜度。前者，主要看步驟多少及執(zhí)行各步驟的時間。后者，主要看算法預計要使用的硬件資源。顯然，所用的步驟越少，時間越短，使用的硬件資源越少，這個算法就越好。

PLC的算法必須針對實際，解決實際問題。因此，設計算法，必須了解實際情況（所謂有關工藝）以及有關處理實際問題的理論，否則算法設計也無從入手。試設想，上述求公因數(shù)的算法，如算術都不懂，何以有此算法？

本書以后各章的內(nèi)容，主要也就是研究實際應用的種種算法，并且還要探討怎樣用目前國內(nèi)最常用的PLC去實現(xiàn)這些算法。

（c）算法實現(xiàn)。對PLC編程，有了算法，還要編成PLC的程序，PLC才能執(zhí)行這個算法。這也就是算法實現(xiàn)。它涉及問題有，指令選用及資源利用。

a）指令選用。這與PLC編程語言的選擇、編程軟件或編程工具的使用及具體用什么廠商的PLC，以及什么樣的PLC密切相關。

至于具體選用什么指令，應做到先用、多用高效率、執(zhí)行時間短的指令。多用子程序、跳轉(zhuǎn)、步進指令等。以使所編的程序具備比較簡練，運行時間短，程序的可讀性好等優(yōu)點。

b）資源利用。涉及I/O分配及內(nèi)部器件，如定時器、計數(shù)器、存儲器的運用。I/O分配除了考慮實現(xiàn)算法的方便，還要考慮硬件接線，及防止輸入信號受干擾。

一般講，PLC的內(nèi)部器件是足夠多的，但也要運用得當，要有規(guī)律性，便于理解、便于查找、便于更換等。

提示：算法的實現(xiàn)也是問題的綜合。同樣的算法，實現(xiàn)它的程序可以很多。所以，對程序評價，除了評價它的算法，還要評價算法實現(xiàn)。