（信号与信息处理专业论文）基于iec611313的plc编程软件的研究与设计.pdf

j ”j k ! 西华大学学位论文独创性声明 j ii i ii i ii iii i ii ii i i ii i i ! i y 17 5 0 2 4 4l 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：力众k 指导教师签名： 日期： 扣岛f 刍矿 日期肭岁了口 西华大学学位论文版权使用授权书 、 磊嘭 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，西 华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 密后遵守此规定) 学位论文作者签名：2 伪忑 日期： 扣易h , o 鬻纛勃 日期咖多罗口 西华大学硕士学位论文 摘要 可编程控制器( 简称p l c ) 在工控领域应用极为广泛，但是国产p l c 仅占有1 0 左右的市场份额，因此开发具有自主知识产权的新型p l c 至关重要。p l c 的研发是一 个系统工程，其中编程软件是p l c 的重要组成部分，也是制约我国p l c 发展的瓶颈问 题。 1 9 9 3 年国际电工委员会( 简称m c ) 正式颁布了p l c 编程语言的国际标准 i e c 6 11 3 1 3 ，该标准的颁布为p l c 的软件设计提供了标准化的编程概念和编程方法。国 外各p l c 公司都有自己的编程软件，编程软件的元件的种类、编程语言等方面都有很 大的差异，互不兼容。随着工业控制的快速发展，这种局面也不利于p l c 的推广和发 展。因此研究开发一种基于m c 6 1 1 3 1 3 标准的p l c 编程软件，能为国内厂商提供与国 外厂商竞争机会，有着积极的意义和良好的市场前景。 本课题的主要任务是设计一个直观、方便、高效的符合i e c 6 11 3 1 3 标准的p l c 编 程开发平台。论文在分析国内外p l c 编程软件的发展状况的基础上，按照软件工程理 论的规范对基于i e c 6 1 1 3 1 3 标准的p l c 编程开发平台进行了需求分析，给出了软件的 功能需求和编程软件平台的的总体设计方案。本项目完成了该编程软件编辑器的设计、 编译器的设计和软件界面的设计。 本文通过基于p l c 的小车装卸料控制系统工程实例，应用所编写的编程软件，对 基于单片机的小型p l c 进行编程，完成了p l c 程序的编写、下载等工作，验证了编程 软件的正确性及可行性。本文还采用了工业组态软件m c g s 作为上位监控系统，通过 编写p l c 的驱动程序，完成了p l c 的上位监控设计，形成了具有上下位监控的完整的 控制系统，生动形象地展示了本项目所完成的编程软件平台的运行效果。 关键词：p l c ；i e c 6 1 1 3 1 - 3 ；编辑器；编译器；软件界面 基于i e c 6 11 3 1 - 3 的p l c 编程软件的研究与设计 a b s t r a c t p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e ri sp r e t t yw i d ea p p l i c a t i o ni ni n d u s t r yc o n t r o l l i n gf i e l d ， h o w e v e rt h ed o m e s t i cp l c o c c u p i e d10 m a r k e ts h a r e ，i ti sc r u c i a lt od e v e l o pe m e r g i n gp l c 谢ms e l f - o w n e di n t e l l e c t u a lp r o p e r t y d u r i n gt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fp l c ，t h e p r o g r a m m i n gs o f t w a r ei s a ni m p o r t a n tp a r t , a n dr e s t r i c t st h e d e v e l o p m e n to fo u l p l c b o t t l e n c c k s i n19 9 3 ，i n t e r n a t i o n a le l e e t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n f o r m a l l y i s s u e di n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d - - i e c 61131 3o fp l cp r o g r a m m i n gl a n g u a g e s ，a n di t p r o v i d e ds t a n d a r d i z e d p r o g r a m m i n gc o n c e p ta n dm e t h o df o rp l cs o f t w a r ed e s i g n f o r e i g nc o m p a n i e sh a v e t h e m s e l v e sp r o g r a m m i n gs o f t w a r ea l el a r g ed i f f e r e n c ea n di n c o m p a t i b l eo nt h ea s p e c to ft h e k i n do f c o m p o n e n ta n dt h ep r o g r a m m i n gl a n g u a g e ，e t c t h em a i nt a s ki st od e s i g nav i s u a l i z e d ，c o n v e n i e n t , e f f i c i e n tp l cp r o g r a m m i n g d e v e l o p m e n tw o r k b e n c hs a t i s f i e ds t a n d a r d - - i e c 6 1131 - 3 a f t e ra n a l y z i n gt h ed e v e l o p m e n t c o n d i t i o no fp l cp r o g r a m m i n gs o f t w a r ef r o mh o m ea n db r o a d ，a c c o r d i n gt os o f t w a r e e n g i n e e r i n gs p e c i f i c a t i o n ，t h er e q u i r e m e n to fp l cp r o g r a m m i n gw o r k b e n c hw a sa n a l y z e d b a s e do ns t a n d a r d i e c 6 1131 3 t h eo v e r a l lp r o j e c td e s i g no fs o f t w a r ef u n c t i o n a ld e m a n d a n dw o r k b e n c hw a sp r o p o s e d t h ep r o j e c ta c c o m p l i s h e dt h ed e s i g no fs o f t w a r ee d i t o r , c o m p i l e r , i n t e r f a c e t h ep a p e rt o o kt h es y s t e mp r o j e e to ft r o l l e yl o a d i n ga n du n l o a d i n gf o ra ne x a m p l e ， a p p l i e d t h e p r o g r a m m i n gs o f t w a r e ，s m a l lp l cw a sp r o g r a m m e dw h i c hd e s i g n e db y s i n g l e c h i p ，c o m p i l e da n dd o w n l o a d e dp l cp r o g r a m ，v e r i f i e dt h ec o r r e c t n e s sa n df e a s i b i l i t yo f p r o g r a m m i n gs o f t w a r e i n d u s t r i a lc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r eo nm c g st h em o n i t o r e dc o n t r o l s y s t e mw a sa d o p t e di n t h ep a p e r , a n dp l cd r i v e r sw a sp r o g r a m m e da n dp l cu p p e r s u p e r v i s i o nw a sd e s i g n e d , t oc o n s t i t u t ei n t e g r a t e dc o n t r o l l i n gs y s t e mw h i c hc o u l da c h i e v e u p p e ra n dl o w e rc o n t r o lf u n c t i o n ，v i v i d l yd i s p l a y e dr u n n i n g r e s u l to ft h ed e s i g n e d p r o g r a m m i n gs o r w a r ew o r k b e n c h k e yw o r d s ：p l c ；i e c 6 11 3 1 - 3 ；e i d t o r ；c o m p i l e r ；s o f l w a r ei n t e r f a c e 西华大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i l 绪j 沦l 1 1 p l c 的发展和趋势：1 1 1 1p l c 的发展现状1 1 1 2p l c 的发展趋势2 1 1 3国内p l c 的发展现状。4 1 2 编程软件在国内外的发展状况5 1 2 1 国外p l c 编程软件的发展状况5 1 2 2国内p l c 编程软件的发展状况7 1 3 课题研究的目的与意义8 1 4 本课题的主要工作9 1 5 本章小结1 0 2 p l c 编程软件的需求分析和总体设计1 l 2 1p l c 标准编程语言i e c 6 11 3 1 - 3 1 1 2 1 1 i e c 6 1 1 3 1 标准的构成1 1 2 1 2i e c 6 1 1 3 1 - 3 的基本内容1 1 2 1 3i e c 6 1 1 3 1 - 3 的编程语言1 3 2 2p l c 编程软件的生命周期1 5 2 2 1 软件计划。1 5 2 2 2 软件需求分析1 6 2 2 3 软件设计1 7 2 2 4 软件编码1 9 2 2 5 软件测试1 9 2 2 6 软件维护1 9 2 3 p l c 编程软件的总体设计方案1 9 2 4 本章小结2 1 3 编辑器的设计2 2 3 1 梯形图编辑器的设计2 2 3 1 1 梯形图编辑器的设计目标2 2 3 1 2 梯形图元件库的设计2 3 m 基于i e c 6 11 3 1 3 的p l c 编程软件的研究与设计 3 1 3 梯形图的存储2 7 3 1 4 梯形图编辑器具体实现3 l 3 2 指令表编辑器的设计3 3 3 2 1 指令表编辑器的设计目标3 4 3 2 2 指令表语言结构3 4 3 2 3 指令设置3 6 3 2 4 指令表编辑器具体实现3 9 3 3 本章小结4 0 4 编译器的设计4 1 4 1 编译器的结构4 1 4 2 词法分析4 3 4 3 语法分析4 3 4 3 1自顶向下分析4 4 4 3 2自底向上分析：4 4 4 4 语义分析4 5 4 5中间代码生成4 6 4 5 1 后缀式中间代码4 7 4 5 2 三地址中间代码4 8 4 6 代码优化i 4 9 4 6 1 优化的目标和要求4 9 4 6 2 优化的内容5 0 4 6 3 中序遍历5 0 4 7 具体实现5 0 4 8 本章小结5 5 5 p l c 编程软件的界面设计5 6 5 1界面设计的主要内容5 6 5 2 主框架的设计5 7 5 2 1 功能要求5 7 5 2 2 具体实现5 7 5 3 菜单的设计5 9 5 3 1 设计方法5 9 i v 西华大学硕士学位论文 5 3 2 菜单设计具体实现6 0 5 4 工具栏的设计6 3 5 5 本章小结6 6 6 编程软件的工程应用实例6 7 6 1小车装卸料系统控制要求6 7 6 2 系统p l c 程序设计：6 7 6 3 上位m c g s 监控系统的设计7 2 6 3 1m c g s 组态软件功能7 2 6 3 2m c g s 与p l c 连接7 3 6 3 3 驱动程序的设计7 4 6 3 4 监控画面设计7 7 6 4p l c 的通信程序的设计8 0 6 4 1读写缓冲区的划分8 0 6 4 2p l c 的串口读写方式8 0 6 5 本章小结8 2 结论和展望8 3 参考文献8 4 攻读硕士学位期间发表学术论文情况8 6 致谢8 7 v 西华大学硕士学位论文 l绪论 1 1p l c 的发展和趋势 1 】1 1p l c 的发展现状 可编程控制器( p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ，p l c ) 是在继电器控制技术上诞生 的，并随着计算机技术和现代通信技术的发展而得到日新月异的发展。自从可编程控制 器诞生以来，其应用领域不仅包括汽车、电力、化工、石油、钢铁等传统控制领域，还 进入了医疗卫生、教育等计算机应用的场合，成为与分散控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m ，d c s ) 和现场总线控制系统( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ，f c s ) 并驾齐驱的三大控制 系统之一。 随着计算机技术的快速发展，p l c 技术也得到了飞速的发展，主要表现在：速度加 快、可靠性提高、成本减少、体积变小、功能增强等。p l c 正逐步取代传统的继电器， 使控制技术得到迅速的发展。同时p l c 的发展也推动了现代控制技术的进步，使控制 技术在规模、水平上都有了较大的增强，同时效率也得到了很好的提高，推动了工业自 动化的快速发展，为机电一体化的实现提供了可靠地保证。 p l c 于上世纪6 0 年代末产生于美国，而p l c 的崛起是在上世纪7 0 年代，首先应 用于汽车行业。到了上世纪8 0 年代，由于计算机的快速发展，p l c 此时也全面采用微 电子处理器技术，并得到了大量的推广应用，也奠定了其在工业控制中不可动摇的地位。 本世纪p l c 的发展有以下几个特点【卜4 】： ( 1 ) 体积小型化 小型p l c 一般指i o 点数小于等于2 5 6 的p l c ，p l c 小型化的优点有：节省空间、 降低成本、安装灵活等。由于超小型p l c 有着众多优点，具有巨大的市场前景，为此 很多p l c 厂商推出了各自的超小型p l c ，用于单机自动化或分布式控制系统。如西门 子的l o g o ，l o g o 采用整体式结构，集成了控制功能、实时时钟和操作显示单元，能 够用功能模块图( f b d ) 编程语言进行编程。随着小型p l c 不断增强其功能，有的小型 p l c 的功能已经达到中型p l c 的功能。小型p l c 有着广阔的市场前景。 ( 2 ) 运算速度高速化 运算速度高速化是p l c 技术发展的重要特点，在硬件上，p l c 的c p u 模块采用3 2 位微处理器芯片，使p l c 的运算速度大为提高，一条基本指令的运算速度达到数十个 纳秒。p l c 与外设的数据交换速度也呈高速化。在此方面一般采用增加p l c 系统的带 宽，使一次传输的数据量增多；在系统总线数据存取方式上，采用连续成组传送技术实 基于i e c 6 11 3 1 3 的p l c 编程软件的研究与设计 现连续数据的高速批量传送，大大缩短了存取每个字所需的时间：通过向系统总线相连 接的模块实现全局传送，即针对多个模块同时传送同一数据的技术，有效地活用系统总 线。此外不少p l c 厂商还推出了多c p u 结构的p l c ，使得p l c 对执行控制程序和编 程监控能分开进行处理，极大地提高了服务处理速度，缩短操作时间。在通讯方面采用 高速的串行通信，并将u s b 口引入p l c 的c p u 模块从而实现与编程工具及监控设备之 间通信的高速化，并允许多人同时使用这两个通信端口同时进行编程和调试程序。 ( 3 ) 通信功能增强 随着计算机网络在控制系统中的广泛应用，p l c 的通信功能受到p l c 厂商的越来 越高的重视。中型和大型的p l c 都带有通信模块，而小型的p l c 则带有通信接口。p l c 的通信联网功能使其与p c 和其它智能控制设备很方便地交换信息，实现分散控制和集 中管理。p l c 的通讯方式不仅仅有传统的串行通讯方式( 带有r s 2 3 2 和r s 4 8 5 通讯接 口) 和并行通讯方式( 此类型的p l c 带有扩展总线接口s p i ) ，由于近年来数据通讯技 术和计算机网络技术发展很快，p l c 用户对开放性要求很强烈，w e b 技术和o p c 技术 也引入p l c 中，为p l c 提供了开放的网络环境，这些也使得p l c 的通讯方式有了更多 的选择。如三菱电机公司小q 系列的q j 7 1 w s 9 6 ，横河电机f a m 3 系列的 f 3 w b m l 0 t s o ；模块内的软件捆绑了目前常用的t c p i p 、u d p i p 等传输层和网络层 规约，以及h t t p 、f t p 、s m t p 、p o p 3 等应用层规约，使p l c 可直接进入因特网，成 为不折不扣的嵌入式w e b 的p l c 。 1 1 2p l c 的发展趋势 ( 1 ) 软p l c 的出现【5 】 一直以来p l c 属于封闭式架构，是一种基于专有构架的产品，仅仅具备了制造商 认为必要的性能。另外p l c 性能依赖于专用硬件，应用程序的执行依靠专用硬件芯片 实现，因硬件的非通用性会导致系统的功能前景和开放性受到限制，由于是专用操作系 统，其实时可靠性与功能都无法与通用实时操作系统相比，这样导致了p l c 整体性能 的专用性和封闭性。而在量测仪器、s c a d a 、控制等领域，都属于不同系统，p l c 在 做相关应用时必须有专用的服务器一p c ，另外p l c 在彼此之间的联机必须透过特殊 的设备或方式才能沟通。p l c 基于专有技术建立，缺乏方便的开放性、灵活性、可扩展 性。 在当前的自动化应用领域里，对自动化控制系统已经提出了更高的要求，许多应用 需要有更高的循环速率，高级控制算法，更多模拟功能以及能更好地和企业网络集成， 因而使得工业控制计算机i p c 被应用到于控制领域，p c 以及基于p c 的分布式控制系 统常用于复杂的自控作业：先进的控制算法( 如模糊控制、逻辑控制和基于模型的预测 2 西华大学硕士学位论文 控制等) 、存储数据和过程变量的显示、和更先进的系统进行通讯。如果含有y o 插件 的p c 有足够的功能、伸缩性、计算能力、以及大容量的存储空间时( 通常不包括工业强 度) ，那p c 就可以满足工程师的需要，可完成包括模拟控制和仿真、连接数据库、网络 功能以及和第三方设备通信。 软p l c ，也叫软逻辑，是一种基于p c 机的开放结构的控制系统。软p l c 具有兼容 性、通用性、性价比高、易于与网络连接、编程方便等优点。它综合了计算机和p l c 的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、通信网络等功能，提供了硬p l c ( 传 统的p l c ) 的各种功能，同时具备了p c 的各种优点。目前大部分p l c 厂商都在进行软 p l c 的研究。如德国k w s o f e w a r e 公司的m u l t i p r o gw t 3 2 、倍福t w i n c a t 控制软 件t w i n c a tp l c 、法国c ji n t e r n a t i o n a l 公司的i s a g r a f 软件包、p c s o f ti n t e r n a t i o n a l 公 司的w i n p l c 、美国w i z d o mc o n t r o li n t e l l u t i o n 公司的p a r a d y m 3 1 等等。 ( 2 ) p a c 的兴起 但是基于p c 控制的主要问题是标准p c 并不是为严格的工业环境而设计的，主要 面临三大问题：稳定性：通常p c 的操作系统不能提供用于控制足够的稳定性。安装基 于p c 控制的设备会迫使处理系统崩溃和未预料到的重启；可靠性：由于p c 带有旋转 的磁性硬盘和非工业性牢固的部件，如电源，这使得它更容易出现故障；不熟悉的编程 环境：工厂操作人员需要具备在维护和排除故障时恢复系统的能力。使用梯形逻辑，他 们可以手动迫使线圈恢复到理想状态，并能快速修补受影响的代码以快速恢复系统。然 而，p c 系统需要操作人员学习新的更高级的工具。此外，在p c 中的用于各种自动化任 务的设备，如i o 、通信、或运动可能需要不同的开发环境【6 1 。 a r c 咨询公司的专家c r a i gr e s n i c k 在2 0 0 1 年提出可编程自控设备这一崭新概念， 之后这项技术会发展非常迅速。如今演绎为可编程自动化控制器( p a c ) 。在开放式的p a c 封装构架下，将p l c 的可靠性及稳定性和p c 的灵活性及其软件功能相结合起来，就产 生了可编程自动化控制器( p a c ) 。可编程自动化控制器提供了一个开放式的工业标准， 在同一个平台上进行完整的开发，将软、硬件都整合在一起，并对各类应用进行统一的 整合，有一个共享的扩展平台，且具有更高的性能，大大扩展了p l c 的功能域。 目前国外的p a c 产品主要有g ef a n u c 公司的p a c s y s t e m s 系列产品r x 3 i 与r x 7 i 、 r o c k w e l l 的c o n t r o l l o g i x 和c o m p a c t l o g i x 和n i 公司的p a c 等。g ef a n u c 公司的p a c 是由一体化的软件开发平台c i m p l i c i t ym a c h i n ee d i t i o n ( m e ，包括v i e w ( 人机界面) 、 l o g i cd e v e l o p e r ( s o f t l o g i c 开发包) 和m o t i o nd e v e l o p e r ( 运动控制开发包) 软件包) 和开放式模块化硬件平台p a cs y s t e m sr x 3 i 7 i 构成的。n i 公司的p a c ，其特色在于整 合了测试测量领域中应用非常广泛的开发平台l a b v i e w ，系统开发软件不仅为用户提 3 基于i e c 6 11 3 1 3 的p l c 编程软件的研究与设计 供创建复杂测量控制系统的编译灵活性，同时因为它直观的图形化开发界面而变得非常 容易使用；硬件包括c o m p a c tf i e l d p o i n t ，c o m p a c t r i o ，c o m p a c tv i s i o ns y s t e mi n d u s t r i a l p c 。 采用p a c 模式，用户可以对自己定义需要的应用领域，生产厂商也可以更有针对 性地和用户对产品性能的需求进行沟通。在可以预见的几年内，对标准性、开放性、可 互操作性、可移植性的要求将会是用户至为关心的自动化产品的重要特征，作为融汇了 p c 和p l c 的优点的p a c 系统有明显的优势，因此可以说p a c 将成为未来的工业控制 方向。 1 1 3国内p l c 的发展现状 p l c 在国内的应用已经有三十多年的历史，应用增长非常迅速，但是国内p l c 市 场9 0 以上被国外p l c 厂商所占有，国产p l c 厂商众多，但还没有形成气候，大部分 以生产小型的p l c ，无法与国外p l c 厂商相抗衡【7 8 】。国内p l c 厂商在不断的努力改变 这种局面，这中间做的比较好的有和利时，浙大中控和德威森等。和利时的p l c 产品 有大中小三种类型，其中g 3 型p l c 的编程软件具有超强的计算功能，支持i e c 6 11 3 1 3 的五种标准语言，用户可以根据需要灵活的选择其中一种或几种语言进行编程，不同的 语言之间可以相互调用和转换。g 3 型p l c 有集于c p u 模块的标准m o d b u s 协议、专有 协议和自由协议的通信接口，具有极强的通信功能。深圳德维森公司的p p c 系列与v 8 0 系列p l c ，具有开放的编程平台，符合i e c 6 11 3 1 3 标准。国产p l c 在产品系列、规模、 通信网络等方面与国外p l c 的有一定的差距，特别是缺乏功能齐全的编程软件平台。 p l c 应用包括选型、安装、组态、编程、调试，最主要的便是编程，以程序实现过 程的自动化，p l c 供应厂家通常同时提供自己的p l c 软件，其p l c 及软件除基本原理 外各有各的特色。p l c 软件系统的一般包括功能结构和系统结构。功能结构包括硬件组 态、逻辑程序编制及逻辑程序执行结果监视，系统结构包括系统软件、应用软件及编程 语言。由于p l c 控制器与编程软件通常是捆绑在一起的，各个厂家并没有通用的p l c 编程平台，因此编程软件本身的功能也与p l c 本身的性能紧密联系。 各个厂家几乎都有自己的编程软件，但是各个厂家的编程软件互不兼容，所支持的 编程语言的种类也不一样，即使支持同一种编程语言，但它们的符号和规则都有很大的 区别，甚至同一厂家不同型号的产品所支持的软件也不相同，这在很大程度上阻碍了 p l c 的发展和应用。为了能够适应p l c 的快速发展，对标准的编程语言的呼声越来越 大，1 9 9 3 年，国际电工委员会( i e c ) 正式颁布了可编程控制器的国际标准 i e c 6 11 3 1 3 ，这是世界上第一套关于p l c 编程语言的标准，它的提出满足了用户的要求， 同时也照顾到广大厂商的利益，i e c 6 1 1 3 1 3 是在国际各大p l c 厂商的编程语言的基础 4 西华大学硕士学位论文 上建立的。随后各p l c 厂商相继推出符合i e c 6 11 3 1 3 标准的编程软件，但与i e c 6 11 3 1 3 标准的要求还有一定的距离。i e c 6 1 1 3 1 3 标准的提出对p l c 的发展在某种程度上起到 了一定的推动作用，为p l c 编程软件的发展规定了方向。 1 2 编程软件在国内外的发展状况 1 2 1 国外p l c 编程软件的发展状况 如前所述，p l c 的编程软件和硬件系统紧密相关，因此p l c 控制器与编程软件通 常是捆绑在一起的。编程器是p l c 的最重要外围设备，它一方面对p l c 进行编程，另 一方面又能对p l c 的工作状态进行监控。一般公司提供手持式简易编程器、便携式图 形编程器以及提供一个可在p c 机上使用的编程软件包。由于计算机的普及，现多采用 基于p c 的编程软件，而这种基于p c 的编程软件包又随着p l c 的硬件发展和计算机技 术的发展而不断进步，用户通过使用编程软件包可在个人计算机上用多种语言对可编程 序控制器编程，可将程序存盘、打印，编制文档，通过专用接口与可编程序控制器联接 后能与可编程序控制器交换信息，实现联机调试、修改p c 程序，人机界面十分良好， 在使用过程中随时可得到联机帮助系统提供的详细帮助信息。现以日本三菱和西门子的 编程软件进行介绍说明。 ( 1 ) 三菱的编程软件。 m e d o c 编程软件：基于d o c 平台的编程软件，可完成基于p c 机编程的基本功能嚣。一 f x g p w i n 基于w i n d o w s 平台的编程软件，使用用f x g p w i n 直观方便，不用 安装，资源占用小，号称绿色软件； g x d e v e l o p e r 基于w i n d o w s 平台且带模拟运行功能。在没有硬件的前提之下， 可以选择模拟软件如g x d e v e l o p e r 和g x s i m u l a t e 进行仿真，大大增强了实用性。 g x d e v e l o p e r 适用于q 、q n u 、q s 、q n a 、a n s 、知a 、f x 等全系列可编程控制 器。支持梯形图、指令表、s f c 、s t 及f b 、l a b e l 语言程序设计，网络参数设定，可 进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写p l c 程序功能。 g x d e v e l o p e r 的特点p j ： 软件的共通化：xd e v e l o p e r 能够制作q 系列、q n a 系列、a 系列( 包括运动控 制( s c p u ) ) 、f x 系列的数据，能够转换成g p p q 、g p p a 格式的文档。此外，选择 f x 系列的情况下，还能变换成f x g p ( d o s ) 、f x g p ( w i n ) 格式的文档。 利用w i n d o w s 的优越性，使操作性飞跃上升，能够将e x c e l 、w o r d 等制作的说 明数据进行复制、粘贴，并有效利用。 5 基于i e c 6 1131 3 的p l c 编程软件的研究与设计 程序的标准化：使用标号编程，不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成 标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用；功能块 ( f b ) ：f b 是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序 时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后， 能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误；宏的使用：只要在任意的回路模 式上加上名字( 宏定义名) 登录( 宏登录) 到文档，然后输入简单的命令就能够读出登 录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。 能够简单设定和其他站点的链接：由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的 系统的情况下也能够简单的设定。 能够用各种方法和可编程控制器c p u 连接：经由串行通讯口；经由u s b ；经 由m e l s e c n e t 10 ( h ) 计算机插板；经由m e l s e c n e t ( i i ) 计算机插板；经由c c l i n k 计算机插板；经由e t h e m e t 计算机插板；经由c p u 计算机插板；经由a f 计算机插板； 丰富的调试功能：由于运用了梯形图逻辑测试功能( 仿真功能) ，在帮助中有 c p u 错误，特殊继电器特殊寄存器的说明，数据制作中发生错误况时，会显示是什么 原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。 ( 2 ) 西门子s t e p 7 t l o 】 西门子s t e p 7 提供了一个自动化项目所有阶段所需的功能包括搭建、运转、测 试和维修，从而支持了整个工程的工作流程。s t e p 7 软件包括了梯形图( l a d ) 、语句 表( s t l ，即指令表) 和功能块图( f b d ) 三种基本编程语言，而且这三种编程语言可 以相互转换。此外，s t e p 7 还支持其它可选的编程语言，如标准控制语言( s c l ，即结 构化文本) 、顺序控制图编程语言( g r a p h ，即顺序功能图( s f c ) ) 。s t e p 7 除了支 持i e c 6 11 3 1 3 标准的五种编程语言以外，用户还可以选择c 语言等高级语言进行编程。 s 7 2 0 0 可编程控制器使用s t e p 7 m i c r o w i n 3 2 编程软件进行编程。 s t e p 7 m i e r o w i n 3 2 编程软件是基于w i n d o w s 的应用软件，功能强大，主要用于开发 程序，也可用于适时监控用户程序的执行状态。加上汉化后的程序，可在全汉化的界面 下进行操作。s t e p 7 m i c r o w i n 3 2 编程软件包括m i e r o w m 3 1 ；m i c r o w i n 3 1 的升级版本 软件m i c r o w i n 3 1s p l ；t o o l b o x ( 包括u s s 协议指令：变频通信用，t p 0 7 0 - 触摸屏的 组态软件t pd e s i g n e rv 1 0 设计师) 工具箱；以及m i e r o w i n3 11c h i n e s e ( m i e r o w i n 3 1 1 s p l 和t pd e s i g n e r 的专用汉化工具) 等编程软件。 s t e p7 直接用于s i m a t i cs 7 3 0 0 4 0 0 站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可 使用梯形图逻辑、功能块图和语句表进行编程操作。s t e p7 允许对整个工程的通信连 接进行图形化定义。 6 西华大学硕士学位论文 对于大型应用程序，常使用s t e p7p r o f e s s i o n m 。该工具包包括了所有符合i e c 1 1 3 1 3 标准的编程语言。例如，除了语句列表( s t l ) 、梯形图( l a d ) 和功能模块图( f b d ) 之外，还有： s 7 s c l ( 结构化控制语言) ：它是一种基于p a s c a l 的高级文本语言，用于复 杂算法和数学函数的编程，或者用于来自数据处理部分的任务。 ， s 7 g a r a p h ：用于顺序控制的图形配置。s 7 g a r a p h 用于描述带分支或平行步 骤顺序的操作。 s 7 p l c s i m ：用于含有控制器和过程的测试环境的仿真。s 7 。p l c s i m 允许一个程 序在载入车间的p l c 之前，先进行调试。 在m c 6 1 1 3 1 3 标准语言推出以前，各个控制设备生产厂商的产品互相不开放，而 且各个厂家的硬件也存在很大差别，其编程方法也是个不行同，所支持的编程语言也有 很大差距。梯形图语言作为p l c 最常用的编程语言，虽然大部分厂家推出的编程软件 都支持梯形图语言，但是各个厂家的梯形图符号也存在很大的差异，编程规则均不相同j 甚至同一厂家的不同型号的产品，所支持的编程软件，都存在很大的差别。用户在购买 不同产品和对产品升级的时候不仅要耗费大量的时间去学习不同的编程软，还会消耗大 量的资金资金。传统的编程语言可复用性较差，为了减少重复劳动，现代编程软件特别 强调程序的可重复使用性，而梯形图编程时无法通过子程序调用来实现相同的控制逻辑 和算法策略；程序的封装性较弱，对于较大的p l c 程序，如果在一个模块里编写所有。o 程序，显然程序编写复杂，难度大，而且可读性、可维护性都较差，程序员想把程序分 成若干个不同功能的小模块，但是梯形图并不能为它们提供清晰的接口，也难以对外部 隐藏功能块的内部数据实现和程序的封装；传统的编程在编写大型而复杂的程序时显得 力不从心，对于一些复杂的算法更是无能为力【1 1 , 1 2 】。 i e c 6 1 1 3 1 3 继承了p l c 发展过程中形成的编程语言多样化，为p l c 的进一步发展 和推广提供了很好的基础。为开放式的p l c 编程软件包的开发提供了指导和规范性的 依据，使面向用户的编程语言不再具体依赖于特定的硬件产品；使p l c 程序的可移植 性成为可能。自从i e c 6 1 1 3 1 3 颁布以来，p l c 厂商都在推出符合这一标准的编程软件。 1 2 2 国内p l c 编程软件的发展状况 国产p l c 所占的市场份额小，其技术与国外有较大的差距，但近年年也有良好的 一些进展。如前所述，国内做的比较好的有和利时、浙大中控和德威森等，其硬件从小 型p l c 已经发展到中型或大型的p l c 。另一方面，编程软件也有长足的进步，推出了 多种编程软件。我国的工业过程测量和控制标准化委员会按与i e c 国际标准等效的原 基于i e c 6 1131 3 的p l c 编程软件的研究与设计 则，于1 9 9 5 年以g b t 1 5 9 6 9 1 ，1 5 9 6 9 2 ，1 5 9 6 9 3 ，1 5 9 6 9 4 颁布了我国p l c 的国家标 准【1 3 】，国内p l c 厂商也不断推出符合i e c 6 11 3 1 3 标准的标称软件，在这方面做的比较 好的有和利时的p o w e r p r o 1 4 】，p o w e r p r o 是用于和利时h o l l i a s l e cg 3 系y u , j , 型一体 化p l c 产品的编程软件，是一种追求现场操作便利性的高性能工具软件。该软件基于 w i n d o w s 环境，符合i e c 6 11 3 1 - 3 标准的梯形图( l d ) ，功能块图( f b d ) ，指令表( i l ) ， 结构文本( s t ) ，顺序功能图( s f c ) ，连续功能图( c f c ) 等多种编程语言，用户可 以根据需要灵活地选择其中一种或几种语言进行编程，不同语言之间可相互调用、相互 转换，具有离线仿真功能断点调试功能，用户可在程序试运行之前测试逻辑的正确与否， 而无需下载到硬件设备，极大地方便了程序的调试。另外深圳德维森公司推出了p p c 系列与v 8 0 系列p l c 的编程软件，具有开放的编程平台，符合i e c 6 11 3 1 3 标准。 无论国外p l c