PLC编程语言的原理和应用

PLC的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制设计的。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3）。PLC的编程语言包括以下五种：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、顺序功能流程图语言（SFC）、功能模块图语言（FBD）及结构化文本语言（ST）。

1.梯形图语言（LD）

梯形图是一种图形编程，沿用继电器的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，同时也增加了一些继电器-接触器控制系统中没有的特殊功能符号。

梯形图语言形象、直观，对于熟悉继电器控制线路的电气技术人员来说，很容易接受，且不需要学习专门的计算机知识，因此，在PLC应用中，梯形图是使用的最基本、最普遍的编程语言，如图5-7所示。

梯形图中的继电器、定时器、计数器等都不是物理器件，而是PLC存储器中的某些存储单元，称为软继电器。当存储器中的某些存储单元为1时，表示相应的继电器线圈得电或者相应的动合触点闭合、动断触点断开。

2.指令表语言（IL）

图5-7　梯形图语言举例

指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成，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。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。目前，大多数PLC都有指令编程功能。图5-8就是与图5-7 PLC梯形图对应的指令表。

图5-8　与PLC梯形图对应的指令表

指令表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系等优点。其特点与梯形图语言基本一致。

3.顺序功能流程图语言（SFC）

顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步地按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模较大、程序关系较复杂的场合。

图5-9是一个简单的功能流程编程语言的示意图。

顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。

图5-9　顺序功能图举例

4.功能模块图语言（FBD）

功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，采用类似于“与门”“或门”的方框来表示逻辑运算关系，如图5-10所示。方框左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，信号自左向右移动。

功能模块图编程语言中功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。

5.结构化文本语言（ST）

结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言。在大中型的PLC系统中，常采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系。主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。(www.xing528.com)

结构化文本编程语言采用计算机的描述方式来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。

结构化文本编程语言的特点：采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧，对工程设计人员要求较高；直观性和操作性较差。

图5-10　功能块图举例

课外阅读

PLC如何预防干扰

影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。

干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

选择题

（1）第一台PLC产生的时间是（　　）。

A.1967年　B.1968年　C.1969年　D.1970年

（2）PLC控制系统能取代继电器-接触器控制系统的部分是（　　）。

A.整体　B.主电路　C.接触器　D.控制电路

（3）PLC的核心是（　　）。

A.CPU　B.存储器　C.输入输出部分　D.接口电路

（4）用户设备需输入PLC的各种控制信号，通过什么将这些信号转换成中央处理器能够接受和处理的信号（　　）。

A.CPU　B.输出接口电路　C.输入接口电路　D.存储器

（5）PLC每次扫描用户程序之前都可执行（　　）。

A.与编程器等通信　B.自诊断

C.输入取样　D.输出刷新

（6）在PLC中，可以通过编程器修改或增删的是（　　）。

A.系统程序　B.用户程序　C.工作程序　D.任何程序