1.5 PLC的編程語言

PLC是專為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術人員，為了適應他們的傳統(tǒng)習慣和掌握能力，通常PLC不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，這些編程語言有梯形圖、語句表、功能塊、結構文本。

1.5.1 梯形圖

梯形圖（LAD）表達式是在原電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎上演變而來的。它與電氣控制原理圖相呼應，形象、直觀和實用，廣大電氣技術人員很容易掌握，是PLC的主要編程語言。圖1-9所示為兩種梯形圖。

圖1-9 兩種梯形圖

由圖1-9可以看出，PLC梯形圖在形式上類似于繼電器控制梯形圖。它是用圖形符號、、、、等連接而成，這些符號依次為常開觸點、常閉觸點、并聯(lián)連接、串聯(lián)連接、繼電器線圈。梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。一般每個繼電器線圈對應一個邏輯行。梯形圖的最左邊是起始母線，每一邏輯行必須從起始母線開始畫起，然后是觸點的各種連接，最后終了于繼電器線圈。梯形圖的最右邊是結束母線，有時可以省去不畫。

在梯形圖中的每個編程元件應按一定的規(guī)則加注字母和數(shù)字串，不同的編程元件常用不同的字母符號和一定的數(shù)字串來表示。

PLC梯形圖具有以下特點：

1）梯形圖中的繼電器不是物理繼電器，每個繼電器實際上是映像寄存器中的一位，因此稱為“軟繼電器”。相應位的狀態(tài)為1，表示該繼電器線圈通電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開；相應位的狀態(tài)為0，表示該繼電器線圈失電，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合。

梯形圖中繼電器線圈是廣義的，除了輸出繼電器、輔助繼電器線圈外，還包括定時器、計數(shù)器、移位寄存器以及各種算術運算等。

2）每個繼電器對應映像寄存器中的一位，其狀態(tài)可以反復讀取，因此可以認為繼電器有無限多個常開觸點和常閉觸點，在程序中可以被反復引用。

3）梯形圖是PLC形象化的編程手段，梯形圖兩端是沒有任何電源可接的。梯形圖中并沒有真實的物理電流流動，而僅是“概念”電流，是用戶程序解算中滿足輸出執(zhí)行條件的形象表示方式。“概念”電流只能從左向右流動。

4）輸入繼電器供PLC接收外部輸入信號，而不是由內部其它繼電器的觸點驅動，因此梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點，而不出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。輸入繼電器的觸點表示相應的輸入信號。

5）輸出繼電器供PLC作輸出控制用。它通過開關量輸出模塊對應的輸出開關（晶體管、雙向晶閘管或繼電器觸點）去驅動外部負載。因此，當梯形圖中輸出繼電器線圈滿足接通條件時，就表示在對應的輸出點有輸出信號。

6）當PLC處于運行狀態(tài)時，PLC就開始按照梯形圖符號排列的先后順序（從上到下、從左到右）逐一處理，也就是說，PLC對梯形圖是按掃描方式順序執(zhí)行程序。

7）用戶程序解算時，輸入觸點和輸出線圈狀態(tài)是從I/O映像寄存器中讀取的，不是解算時現(xiàn)場開關的實際狀態(tài)。梯形圖中前面程序解算的結果馬上可以被后面程序的解算所利用。

1.5.2 語句表

語句表（STL）是一種與匯編語言類似的助記符編程表達式。在許多小型PLC的編程器中沒有CRT屏幕顯示，或沒有較大的液晶屏幕顯示，就用一系列PLC操作命令組成的語句表將梯形圖控制邏輯描述出來，并通過編程器輸入到機器中去。

不同的PLC，語句表使用的助記符不相同。以OMRON的PLC為例，對應圖1-9b的語句表為：

LD 0.00（表示邏輯操作開始，常開觸點與母線連接）

OR 100.00（表示常開觸點并聯(lián)）

AND NOT 0.01（表示常閉觸點串聯(lián)）

OUT 100.00（表示輸出）

語句是用戶程序的基礎單元，每個控制功能由一條或多條語句組成的用戶程序來完成。每條語句是規(guī)定CPU如何動作的指令，它的作用和微機的指令一樣，PLC的語句也由操作碼和操作數(shù)組成，故其表達式也和微機指令類似。

PLC的語句：操作碼+操作數(shù)

操作碼用來指定要執(zhí)行的功能，告訴CPU該進行什么操作；操作數(shù)內包含執(zhí)行該操作所必需的信息，告訴CPU用什么地方的數(shù)據(jù)來執(zhí)行此操作。

操作數(shù)應該給CPU指明為執(zhí)行某一操作所需要信息的所在地，所以操作數(shù)的分配原則是：

1）為了讓CPU區(qū)別不同的編程元件，每個獨立的元件應指定一個互不重復的地址。

2）所指定的地址必須在該型機器允許的范圍之內。超出機器允許的操作參數(shù)，PLC不予響應，并以出錯處理。

語句表編程有鍵入方便、編程靈活的優(yōu)點，但不如梯形圖形象、直觀。

1.5.3 功能塊

功能塊（FB）是一個將處理功能標準化的基本程序單元。功能塊由PLC生產廠家以庫文件形式提供，或由用戶自行定義。

功能塊定義時包括兩部分：算法和變量定義。

1.算法

功能塊的算法可由梯形圖或結構文本編寫，OMRON由編程軟件CX-P（5.0及以上版本）實現(xiàn)。

2.變量定義

變量定義要求列出每個變量的類型和屬性。

（1）變量類型

內部變量：只能在功能塊內部使用的變量。內部變量不能與功能塊的I/O參數(shù)直接建立聯(lián)系，例如，從功能塊的輸入?yún)?shù)直接獲得數(shù)據(jù)，或將數(shù)據(jù)直接從功能塊輸出。

輸入變量：輸入變量從功能塊外面指定的輸入?yún)?shù)中獲得數(shù)據(jù)。每個功能塊都有一個默認輸入變量EN，EN為使能變量，功能塊創(chuàng)建時自動生成，不需要用戶定義，當EN處于ON時，功能塊執(zhí)行。

輸出變量：輸出變量可以將數(shù)據(jù)賦給功能塊外面指定的輸出參數(shù)。每個功能塊都有一個默認輸出變量ENO，ENO為使能輸出變量，功能塊創(chuàng)建時自動生成，不需要用戶定義，功能塊執(zhí)行時，ENO處于ON狀態(tài)。

外部變量：外部變量是由CX-P定義保存的系統(tǒng)變量（條件標志和一些輔助區(qū)域位），或用戶定義的全局符號（可用于每個實例中）。

（2）屬性

屬性是為變量指定名稱、數(shù)據(jù)類型、初始值等。

編程時，功能塊嵌入到程序中，稱作“例程”或“功能塊例程”，每個例程要有一個名稱。一個功能塊可以創(chuàng)建多個例程嵌入到程序中，如果這些例程具有相同的名稱，則它們使用相同的內部變量；如果這些例程具有不同的名稱，則它們使用的內部變量不同。

在程序中每創(chuàng)建一個例程，就需要為功能塊的輸入變量、輸出變量設置相應的參數(shù)：I/O內存地址或者常數(shù)。

使用功能塊編程便于程序結構化，具有更好的設計質量和更短的設計時間。一旦為功能塊創(chuàng)建了標準程序并將其保存為文件，便可將功能塊嵌入程序中并設置功能塊的I/O參數(shù)，功能塊可在程序中反復使用。當創(chuàng)建/調試程序時，反復使用現(xiàn)有功能塊將節(jié)省大量的時間并減少編碼錯誤，而且程序更容易理解。

OMRON為用戶提供了功能強大的功能塊庫文件，可安裝在CX-P（5.0及以上版本）中，使用非常方便。OMRON新型號的PLC（如CS1、CJ1/CJ2、CP1等）支持功能塊編程。

1.5.4 結構文本

隨著PLC技術的發(fā)展，PLC的高級功能越來越多，如果仍然用梯形圖來實現(xiàn)，會很不方便。為了方便用戶使用PLC的數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、打印報表等功能，許多大中型或先進的PLC都配備了結構文本（ST）編程語言。

結構文本是一種類似于Pascal的高級編程語言，使用諸如選擇語句和迭代語句的語言結構。

結構文本使用語句來編寫結構化的文本程序，語句用變量和方程式來配置。

方程式是包含運算符和操作數(shù)（變量或常數(shù)）的表達式。運算符包括算術運算符、比較運算符和邏輯運算符等。

語句既可以是賦值語句，也可以是控制語句。賦值語句將方程式計算的結果保存于變量中。控制語句包括選擇語句和迭代語句等。

OMRON的CS1、CJ1/CJ2、CP1等新型號的PLC均可使用結構文本編程，一般使用結構文本來創(chuàng)建功能塊。OMRON編程軟件CX-P（5.0及以上版本）支持結構文本編程。

實際上，熟悉計算機編程的人很容易使用結構文本，采用結構文本編程來實現(xiàn)一些更為復雜的數(shù)學運算并生成功能塊不但極大地節(jié)省編程時間，而且使源程序清晰、易讀，降低了出錯率。

與梯形圖相比，結構文本有兩個很大優(yōu)點，其一是能實現(xiàn)復雜的數(shù)學運算，其二是非常簡潔和緊湊。