1.3 PLC的編程語言

可編程控制器是通過程序?qū)ο到y(tǒng)進行控制的，各種機型的PLC都有自己的編程語言。PLC編程語言有多種，其中3種是圖形化語言，包括梯形圖（Ladder Diagram，LD）、功能塊（Function Block，F(xiàn)B）、順序功能圖（Sequential Function Chart，SFC）；兩種是文本化語言，包括語句表（Instruction List，IL）和結(jié)構(gòu)文本（Structured Text，ST）。

1.梯形圖LD編程語言

梯形圖編程語言是一種圖形語言，是若干圖形符號的組合。不同廠家的PLC各有自己的一套梯形圖符號。這種編程語言具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點，使熟悉繼電器控制的技術人員很容易掌握。可見，各種機型的PLC都把梯形圖作為第一編程語言。

表1.4列出了物理的繼電器與OMRON PLC輸出繼電器的梯形圖符號。

圖1.6（a）是用繼電器控制的電動機直接啟、停（也稱啟保停）控制梯形圖，圖1.6（b）是用PLC控制的梯形圖程序。由圖可見，這兩種梯形圖形式很相似。但是，它們只是形式上的相似，實質(zhì)上卻存在著本質(zhì)的差別，其主要區(qū)別有以下幾點。

（1）兩種繼電器的區(qū)別

①繼電器控制電路中使用的繼電器都是物理的電器，繼電器與其他控制電器間的連接必須通過硬接線來完成；PLC的繼電器不是物理的電器，它是PLC內(nèi)部的寄存器位，常稱為“軟繼電器”。之所以稱為“軟繼電器”，是因為它具有與物理繼電器相似的功能。例如，當它的“線圈”通電時，其所屬的常開觸點閉合、常閉觸點斷開，當它的“線圈”斷電時，其所屬的常開觸點和常閉觸點均恢復常態(tài)。PLC梯形圖中的接線稱為“軟接線”，這種“軟接線”是通過編程序來實現(xiàn)的。

②PLC的每一個繼電器都對應著內(nèi)部的一個寄存器位，由于可以無限次地讀取某位寄存器的內(nèi)容，所以，可以認為PLC的繼電器有無數(shù)個常開、常閉觸點可供用戶使用。而物理繼電器的觸點個數(shù)是有限的。

表1.4 兩種繼電器符號對照

③PLC的輸入繼電器是由外部信號所驅(qū)動的，在梯形圖中只能使用輸入繼電器的觸點，而不出現(xiàn)它的線圈。而物理繼電器觸點的狀態(tài)取決于其線圈中有無電流通過，在繼電器控制電路中，若不接繼電器線圈，只接其觸點，則觸點永遠不會動作。

（2）兩種梯形圖的區(qū)別

PLC梯形圖左右的兩根線也叫母線，但與繼電器控制電路的兩根母線不同。繼電器控制電路的母線與電源連接，其每一行（也稱梯級）在滿足一定條件時將通過兩條母線形成電流通路，從而使電器動作；而PLC梯形圖的母線并不接電源，它只表示每一個梯級的起始和終了，PLC的每一個梯級中并沒有實際的電流通過。通常說PLC的線圈接通了，這只不過是為了分析問題方便而假設的概念電流通路，而且概念電流只能從左向右流，這是PLC梯形圖與繼電器控制電路本質(zhì)的區(qū)別。

（3）實現(xiàn)控制功能手段的區(qū)別

繼電器控制是靠改變電器間的硬接線來實現(xiàn)各種控制功能的，而PLC是通過編程序來實現(xiàn)控制的。

圖1.7是對應圖1.6（b）的PLC外部接線。圖中只畫出了一部分輸入和輸出端子。0.00、0.01等是輸入端子，100.00、100.01等是輸出端子，輸入和輸出端子各有自己的公共端COM。

當啟動按鈕SB1閉合時，0.00輸入端子對應的輸入繼電器線圈通電，它的觸點相應動作；當停止按鈕SB2閉合時，0.01輸入端子對應的輸入繼電器線圈通電，它的觸點相應動作。當100.00輸出端子對應的輸出繼電器線圈通電時，外部負載KM的線圈通電。根據(jù)上述關系，分析圖1.6（b）啟、停電動機的過程是：

按下啟動按鈕SB1，0.00輸入端子對應的輸入繼電器線圈通電，其常開觸點0.00閉合。由于沒有按動SB2，所以常閉觸點0.01處于閉合狀態(tài)。因此輸出繼電器100.00線圈通電，使KM通電。KM的主觸點接在電動機的主電路中，于是電動機啟動。釋放啟動按鈕SB1后，由于100.00線圈通電，其常開觸點100.00閉合起自鎖作用。

在電動機運行過程中按下SB2，0.01輸入端子對應的輸入繼電器線圈通電，其常閉觸點0.01斷開，輸出繼電器100.00線圈斷電，使KM斷電，于是電動機停轉(zhuǎn)。

2.語句表IL編程語言

語句表編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能。對同樣功能的指令，不同廠家的PLC使用的助記符一般不同。

對圖1.6（b）的梯形圖，其語句表為指令語句是PLC用戶程序的基礎元素，多條語句的組合構(gòu)成了語句表。一個復雜的控制功能是用較長的語句表來描述的。

語句表編程語言不如梯形圖形象、直觀，但是在使用簡易編程器輸入用戶程序時，只能輸入語句表程序。

3.功能塊FB編程語言

OMRON推出的CS1、CJ1和CP1系列PLC和CX-P（5.0及其以上的版本）可直接支持用戶定義的標準功能塊編程。功能塊是由完成特定功能的程序段組成的。功能塊是一個包含標準處理功能的基本單元，該標準處理功能事先已定義好。用戶可以將已定義好的功能塊嵌入到梯形圖程序中調(diào)用，同時設置執(zhí)行功能塊的輸入/輸出條件。功能塊不包含實際地址，只有變量。用戶可以在變量中設置地址或常數(shù)。

功能塊編程的內(nèi)容為：創(chuàng)建功能塊和調(diào)用功能塊。而創(chuàng)建一個功能塊需要進行變量定義和算法設計。一旦在功能塊中創(chuàng)建了標準編程并將其保存為文件，便可將功能塊嵌入程序中并設置功能塊I/O參數(shù)，進行反復使用，以達到簡化程序的目的。

4.結(jié)構(gòu)文本ST

隨著PLC技術的發(fā)展，PLC的高級功能越來越多，有時用梯形圖來實現(xiàn)編程，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(jié)構(gòu)文本編程語言。

ST語言是符合工業(yè)控制編程語言標準IEC61131-3的高級編程語言，用結(jié)構(gòu)化的語句編寫程序。在大、中型PLC控制系統(tǒng)中，常采用這種編程方式來表達控制系統(tǒng)中各變量的關系。

ST語言類似于Pascal語言，但在表達式和語句的種類方面都做了簡化。一個ST程序由多條語句組成，而一個語句是由變量和表達式組成。通過編寫不同的語句建立不同的控制關系。表達式包含著運算符和操作數(shù)（變量或常數(shù)）。運算符包括算術運算、邏輯運算和比較運算等算法。語句可以分為賦值語句和控制語句。賦值語句將表達式計算的結(jié)果保存于變量中。控制語句包含選擇語句、循環(huán)語句、條件語句等。

用戶除了可以創(chuàng)建梯形圖編程的FB之外，熟悉高級編程的技術人員還可以創(chuàng)建ST語言的FB。CX-P為熟悉不同編程語言的用戶提供了不同的編程平臺。懂得高級語言的用戶編寫好復雜的ST語言功能塊后，其他用戶甚至不熟悉ST語言的操作人員也可以使用該功能塊，這就大大降低了對操作人員所使用編程語言的限制。另外，使用高級語言編程，可以輕松完成復雜的數(shù)學運算。若用梯形圖語言編輯復雜的算術運算功能，需要編寫很多條程序，占用更多的程序容量；而用ST語言來寫，表達式就可以代替梯形圖中的復雜程序，要方便得多。

5.順序功能圖SFC

順序功能圖是一種圖形化的功能性說明語言，專用于描述工業(yè)順序控制程序，使用它可以對具有并發(fā)、選擇等復雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進行編程。OMRON的CS1、CJ1和CP1（除CP1E外）等系列PLC支持SFC編程。

順序功能圖程序設計語言有如下特點：

①以功能為主線，條理清楚，便于對程序操作的理解和溝通。

②常用于系統(tǒng)的規(guī)模較大，程序關系較復雜的場合；對大型的程序，可分工設計，采用較為靈活的程序結(jié)構(gòu)，可節(jié)省程序設計時間和調(diào)試時間。

③順序功能圖是由步構(gòu)成的。在活動步的命令和操作被執(zhí)行后，對活動步后的轉(zhuǎn)換進行掃描，因此，整個程序的掃描時間較其他程序編制的程序掃描時間要大大縮短。