PLC的编程语言
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PLC的编程语言
核心提示:IEC61131-3国际标准的编程语言包括图形化编程语言和文本化编程语言。图形化编程语言包括:梯形图(LD-Ladder Diagram)、功能块图(FBD - Function Block Diag...
IEC61131-3国际标准的编程语言包括图形化编程语言和文本化编程语言。图形化编程语言包括:梯形图(LD-Ladder Diagram)、功能块图(FBD - Function Block Diagram)、顺序功能图(SFC - Sequential Function Chart)。文本化编程语言包括:指令表(IL-Instruction List)和结构化文本 (ST-Strutured Text)。IEC61131-3的编程语言是IEC工作组对世界范围的PLC厂家的编程语言合理地吸收、借鉴的基础上形成的一套针对工业控制系统的国际编程语言标准,它不但适用于PLC系统,而且还适用于更广泛的工业控制领域;IEC61131-3 的编程工具提供对现场总线系统的支持,并对现场总线装置的软件设计产生了很大影响。 字串1
本专题将分两部分介绍IEC61131-3的编程语言,本文是IEC61131-3编程语言的第一部分,重点介绍IEC61131-3的两种文本化编程语言;第二部分重点介绍IEC61131-3的两种三种图形化编程语言,将在下一篇文章作介绍。
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一、结构化文本(ST) 字串5
结构化文本(ST)是一种高级的文本语言,可以用来描述功能,功能块和程序的行为,还可以在顺序功能流程图中描述步、动作和转变的行为。
结构化文本(ST)语言表面上与PASCAL语言很相似,但它是一个专门为工业控制应用开发的编程语言,具有很强的编程能力用于对变量赋值、回调功能和功能块、创建表达式、编写条件语句和迭代程序等。结构化文本(ST)非常适合应用在有复杂的算术计算的应用中
结构化文本(ST)程序格式自由,可以在关键词与标识符之间任何地方插入制表符、换行字符和注释。对于熟悉计算机高级语言开发的人员来说,结构化(ST)语言更是易学易用。此外,结构化文本(ST)语言还易读易理解,特别是用有实际意义的标识符、批注来注释时,更是这样。
1.1 操作符 字串2
结构化文本(ST)定义了一系列操作符用于实现算术和逻辑运算,如逻辑运算符:AND,&,XOR,OR; 算术运算符:<, >, <=, >=, =, <>, +, -, MOD, / 等,此外,还定义了这些操作符的优先级。如下是操作符预算的两个例子:
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Start := Oilpress AND Stream AND Pump; 字串8
V : = K*(-W*T) 字串7
1.2 赋值语句
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结构化文本(ST)程序既支持很简单的赋值语句,如 X:=Y, 也支持很复杂的数组或结构赋值,如Profile[3]:=10.3+SQRT((Rate+2.0)), Alarm.TimeOn:=RCT1.CDT。
1.3在程序中调用功能块
在结构化文本(ST)程序中可以直接调用功能块。功能块在被调用以前,输入参数被分配为缺省值;在调用后,输入参数值保留为最后一次调用的值。功能块调用的格式如下: 字串9
FunctionBlockInstance(
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InputParameter1:=ValueExpression1, 字串7
InputParameter2:=ValueExpression2, …);
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ValueExpression1……ValueExpressionN是符合功能块数据类型输入变量,InputParameter1……InputParameterN功能块的输入参数。FunctionBlockInstance是要调用的功能块。 字串8
1.4结构化文本(ST)程序中的条件语句
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条件语句的功能是,某一条件满足时执行相应的选择语句。结构化文本(ST)有如下的条件语句: 字串6
IF …THEN…ELSE条件语句 字串2
该选择语句依据不同的条件分别执行相应THEN及ELSE语句。该条件语句可以嵌套入另一条件语句中,以实现更复杂的条件语句。条件语句的格式如下: 字串1
IF
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ELSE
< statements2…> 字串7
END_IF;
“boolean expression”可以是“true”或“false”,根据“true”或“false”的情况,程序执行相应的statements1或statements2语句。 字串7
CASE 条件语句 字串4
该选择语句的执行方向取决于CASE语句的条件, 并有一返回值。实例见最后的应用举例。该条件语句的格式如下: 字串6
CASE
< integer selector value1> : < statements1…>
< integer selector value2> : < statements2…>
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……
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ELSE 字串5
< statements …> 字串1
END_CASE; 字串3
“integer expression”可以是一个数值,根据数值的不同执行相应的statements1或statements2等语句。 字串5
1.5 结构化文本(ST)程序中的迭代语句 字串8
迭代语句适用于需要一条或多条语句重复执行许多次的情况,迭代语句的执行取决于某一变量或条件的状态。应用迭代语句应避免迭代死循环的情况。 字串8
FOR…DO 字串8
该迭代格式语句允许程序依据某一整型变量迭代。该迭代格式语句格式如下: 字串2
FOR
TO
BY
END_FOR
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“initialize iteraion variable”是迭代开始的计数值,“final value expression” 迭代结束的计数值。迭代从“initialize iteraion variable”开始,每迭代一次,计数值增加“increment expression”,计数值增加到“final value expression”,迭代结束。 字串8
结构化文本(ST)程序中还有其它的迭代语句,如WHILE … DO,REPEAT … UNTIL等,迭代原理与FOR…DO 格式基本相同。此外,结构化文本(ST)的迭代语句中还有EXIT,RETURN两种格式,分别用于程序的返回和退出。
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1.6 编程举例:用结构化文本(ST)程序编功能块 字串2
本程序是一用结构化文本(ST)程序编功能块的例子。该实例描述的是如何用功能块控制箱体中的流体,箱体可以通过阀门被注满和倒空,如图所示,箱体的重量由一个称重单元监视。功能块通过比较两个输入值FullWeight和EmptyWeight以确定箱体是满的还是空的。 字串7
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图一 水箱控制及功能块示意图
该功能块提供了一个“Command”输入,该输入有四种状态,1.给箱体加水;2. 保持不变;3.起动“Stirrer”;4. 清空箱体。实现该功能块算法的结构化文本(ST)程序如下: 字串2
(*箱体状态*) 字串6
TYPE_T_STATE: (FULL,NOT_FULL,EMPTIED);END_TYPE; 字串8
(*阀门状态*) 字串7
TYPE_T_VALVE: (OPEN,SHUT);END_TYPE; 字串5
FUNCTION_BLOCK TankControl
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VAR_IN (**) 字串5
Command:SINT; 字串6
Weight :REAL;
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FullWeight,EmptyWeight : REAL; 字串2
END_VAR
VAR_OUT (**)
FillValve :T_VALVE:=SHUT;
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EmptyValve :T_VALVE:=SHUT;
StirSpeed :REAL:=0.0; 字串7
END_VAR 字串6
VAR 字串7
State :=T_STATE :=EMPTYIED;
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END_VAR
二、指令表(IL-Instruction List)
IEC61131-3的指令表(IL-Instruction List)语言是一种低级语言,与汇编语言很相似,是在借鉴、吸收世界范围的PLC厂商的指令表语言的基础上形成的一种标准语言,可以用来描述功能,功能块和程序的行为,还可以在顺序功能流程图中描动作和转变的行为。 字串9
指令表语言能用于调用,如有条件和无条件地调用功能块和功能,还能执行赋值以及在区段内执行有条件或无条件的转移。指令表语言不但简单易学,而且非常容易实现,可不通过编译和连编就可以下载到PLC。IEC61131-3的其它语言如功能块图、结构化文本等都可以转换为指令表语言。 字串8
2.1指令表语言结构 字串9
指令表语言是由一系列指令组成的语言。每条指令在新一行开始,指令由操作符和紧随其后的操作数组成,操作数是指在IEC61131-3的“公共元素”中定义的变量和常量。有些操作符可带若干个操作数,这时各个操作数用逗号隔开。指令前可加标号,后面跟冒号,在操作数之后可加注释。 字串4
IL是所谓面向累加器(Accu)的语言,即每条指令使用或改变当前Accu内容。IEC61131-3将这一Accu标记为“结果”。通常,指令总是以操作数LD(“装入Accu命令”)开始。指令表程序如下所示:
2.2 指令表操作符 字串1
IEC 61131-3指令表包括四类操作符:一般操作符、比较操作符、跳转操作符和调用操作符。 字串8
2.2.1一般操作符符 字串2
指令表一般操作符是指在程序中经常会用到的操作符.
l 装入指令:LD N等。
l 逻辑指令:AND N( (与指令)、OR N( (或指令)、XOR N( (异或指令)等。 字串3
l 算术指令:ADD ((加指令)、SUB((减指令)、MUL ( (乘指令),DIV((除指令)、MOD ( (取模指令)等。 字串6
2.2.2 比较指令:GT ( (大于)、GE ( (大于等于)、EQ( (等于)、 NE( (不等于)、 LE( (小于等于)、 LT( (小于)等。
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2.2.3 跳转及调用操作符
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JMP C,N (跳转操作符)、 CALL C,N (调用操作符)等。
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2.3 在指令表中调用功能及功能块
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在IEC61131-3指令表的程序中,可以直接调用功能块和功能。指令表的功能块调用有 字串2
种格式,功能调用有两种格式。详细的调用可见IEC 61131-3标准。
2.4 用指令表定义功能及功能块 字串2
指令表可用于定义功能块和功能。当用指令表定义功能时,功能的返回值是结果寄存
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内的最新值;当用指令表定义功能块时,指令表引用功能块的输入参数(VAR_INPUT),并且把值写到输出参数(VAR_OUPUT)。 字串8
2.5指令表与其它语言的移植性
指令表语言转换为其它语言是非常困难的,除非指令表操作符的使用范围及书写格式受到严格的限制,才有可能实现转换。IEC61131-3的其它语言较容易转换为指令表。
2.6IL的编程实例 字串7
本例是一个用指令表程序定义功能的实例,功能描述的计算平面上两点的移动距离。两点X,Y的坐标如下图所示。
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图二 用指令表编功能实例
用结构化文本描述的两点间距离的计算公式为:Travel_distance:=SQRT((X1-X2)*(X1-X2)+(Y1-Y2)*(YI-Y2)))。TMax是X,Y两点见的最大距离,当计算值小于TMax时,说明计算正确;当计算值大于TMax时,说明X,Y两点间的距离超出了最大距离,在这种情况下,功能是没有输出的。 字串3
用指令表编写的该功能的函数TRAVEL()如下:
FUNCTION TRAVEL : REAL
VAR_INPUT 字串8
X1,X2,Y1,Y2 : REAL (*点X,Y坐标*)
TMax : REAL (*最大移动距离*)
END_VAR 字串5
VAR
Temp : REAL; (*中间值*)
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END_VAR
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LD Y1 字串4
SUB Y2 (*计算Y2-Y1*) 字串1
ST Temp (*将Y2-Y1值存入Temp *)
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MUL Temp (*计算(Y2-Y1)的平方*)
ADD( X1 字串7
SUB X2 (*计算(X1-X2)*)
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ST Temp (*将(X1-X2)值存入Temp *)
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MUL Temp (*计算(X1-X2)的平方*) 字串9
) (*将两平方值相加*) 字串9
CAL SQRT (*调平方根函数*)
ST TRAVEL (*设定计算结果*)
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GT TMax (*比TMax 大吗?*)
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JMPC ERR (*是,转到ERR 执行*)
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S ENO (*设定ENO *) 字串3
ERR: 字串3