軟PLC控制系統研究與實現

蘇兩河

●（福建電力職業技術學院，福建泉州 362000）

軟PLC控制系統研究與實現

蘇兩河

●（福建電力職業技術學院，福建泉州 362000）

隨著近年來計算機技術的發展以及IEC6113-3標準的制定，軟PLC的技術得到了長足發展。較之傳統的硬PLC而言，軟PLC控制系統具有強大的數據處理能力、網絡通信能力、開放的體系結構等優勢，可滿足當下工業自動化領域中控制系統柔性及開放性的要求。本文從軟PLC的總體設計入手，論述了系統結構與軟件實施方案及軟件的實現。

軟PLC；控制系統；研究；實現

0 引言

PLC作為繼電器與計算機的結合產物，具有維護方便、穩定可靠和功能齊全的優勢。軟PLC技術就是在PC的硬件支撐下借助于軟件實現PLC的基本功能。這樣的系統能在具有PLC功能的同時兼具更強的網絡通訊、數據處理等能力。

1 總體設計

1.1 軟PLC系統的體系結構

軟PLC系統的體系結構可以簡單地劃分為兩部分：運行系統與編程系統。其中編程系統主要是在 Windows環境下開展編程，得到的軟件程序安裝在普通的PC機上。編程系統是一個與運行系統相互獨立的兩個系統，主要完成PLC的編程、編譯以及仿真功能。最終編程系統可產生一份滿足控制要求的目標代碼，這些代碼在運行系統啟動后就會自動加載并對其進行解釋執行，從而實現輸入或者輸出的工作任務，以此實現控制功能[1]。

1.2 功能分析

編程軟件系統在運行中主要完成以下幾項功能：

1）首先是仿真及編程功能，仿真功能主要指模擬脫機運行功能、模擬開關控制；編程功能主要包括程序的錄入、修改以及語法檢查、文件存取。

2）進行PLC用戶程序檢測，包括邏輯關系、語法以及原件使用的正確性。

3）操作方式多樣化，編程軟件具有工具欄及菜單兩種操作方式，同時具有直觀的輸入及輸出方式，這方便了用戶進行梯形圖程序的編輯。

4）此系統可進行PLC內部編程原件以及PLC指令解釋器的仿真。

5）編程軟件系統與Windows界面一致，可實現中英文隨機幫助以及進行程序注釋。

6）除此之外編程軟件還具有順序控制、數據控制、邏輯控制以及定時計數功能等，從而豐富了該程序的開發使用。

1.3 模塊劃分

軟PLC系統再設計時采用模塊化思想，為此可根據需求分析進行模塊化設計。軟PLC系統軟件的主要模塊有：支持模塊、輸入模塊、主模塊以及通信模塊與仿真模塊。這些模塊是為了滿足不同的需求，功能各不相同。其中主模塊主要負責進行參數初始化設置，同時也涉及到其余模塊的調用控制的協調性、程序的保存、打開及顯示等。支持模塊的功能較為單一，主要是負責對象、類及結構的定義；仿真模塊顧名思義就是實現對寄存器、相關I/O變量以及PLC繼電器的模擬，從而可以直觀的描述各個繼電器之間的關系以及對通斷狀態的監控；輸入模塊主要是通過具體的指令實現對象的調用、數據成員的修改及賦值等相關操作；通信模塊在主要是實現運行系統與編輯系統的之間的信息溝通，將經過脫機調試以及編譯的相關代碼文件存儲在系統中。

2 軟件實施方案

軟件實施使用的開發工具為Visual C++6.0，可實現對于梯形圖模型的抽象，同時按照面向對象的方法進行數據結構搭建；雙向鏈表作為有力的工具，被用于梯形圖的編輯環節，實現數據結構的初步描述，同時對原有梯形圖附帶的信息完整保存；進行過一次抽象的梯形圖在算法部分會進行一次抽象，主要是從有向圖的角度研發算法的實現。最后的環節是對語句語言進行編譯，根據形式的特殊性選用逆波蘭式中間代碼實現轉換操作[2]。

3 軟件實現

梯形圖的編輯是一個動態存儲過程，在整個編輯過程中行數、每行的元素數以及類別都沒有確定，而是用雙向鏈這種動態的數據結構就無疑的方便了梯形圖的表達。

3.1 梯形圖向語句表的轉換

梯形圖可簡單地看作是符號化的表達形式，也可視為一種由連接符號以及圖符共同構成的有向圖，梯形圖在計算機中主要由位圖實現。構造梯形圖的過程中可以將梯形圖中的連接符視為有向圖的弧，而視圖符為有向圖的頂點，然后尋找它們之間的聯系并最終搭建出完善的AOV網絡。這里值得指出的是在AOV網中要通過相關的計算對每個頂點的優先關系進行排序，排序的算法為[3]：首先選擇沒有前趨的頂點并將其輸出，然后在圖中將找到的符合條件的頂點及與之相連的弧刪除。重復上面兩步操作直到剩下頂點中再也找不出沒有前驅的頂點為止，此時認為所有的頂點均輸出。在AOV網中的每個實頂點對應一個執行語句，但是由于塊與塊現象的存在會影響轉換算法的實現。為此要在梯形圖向語句表轉換的過程中根據各個頂點的出度及入度的不同而使用不同的轉換算法，以避免轉換操作受到影響。

3.2 編譯

通過使用軟PLC控制系統，梯形圖轉換為了語句表形式，而這一形式可方便地實現向“逆波蘭”的轉換，其原因在于語句表的順序與逆波蘭的后綴表達式一致[4]。為此實際操作中使用逆波蘭作為中間代碼，同時為得到符合規范的表達式文件還要對中間代碼進行計算。最后，可執行的 C程序代碼再經邏輯表達文件的優化以及解釋后就可以得到。

4 實際應用

這里要構建電梯控制系統：原有的系統是一個64點的PLC，電梯為5層。現在使用軟PLC代替原油的控制核心，I/O板使用PCL-720，具有32點輸入與輸出的開關量。首先設計控制梯形圖，在編譯后生成目標C代碼，然后將目標代碼嵌入中斷服務模塊，最后由Input與Out負責實現I/O板卡的讀寫操作。

5 結束語

較之傳統的PLC，軟PLC具有開放式構架，實現了系統硬件與軟件開發的分離，從而解除了設備對軟件的制約。由于軟PLC滿足了控制系統柔性及開放性的需求，方便了從業自動化的開展，并將通信、控制融為一身，為此得到了廣泛的認可，并具有極大的發展、應用空間。

[1]啟檳, 周曉旭, 楊小帆, 等. 基于騎士巡游的圖像像素置亂算法[C]//中國科學院自動化與信息技術學術年會文集, 北京: 2003.

[2]陸衛忠, 劉文亮. C++Builder6 程序設計教程[M]. 第2版. 北京: 科學出版社, 2009.

[3] 章德賓, 胡斌, 張金隆. 多線程技術與分布式并發離散事件仿真[J]. 計算機仿真, 2007, 24(1): 97-100.

[4] 王紀森, 王俊, 周宇. 基于多線程的電液伺服加載系統測控軟件設計[J]. 機床與液壓, 2009, 37(10): 159-160.

Research and Achievement of Soft PLC Control System

SU Liang-he
(Science and Technology Fund of Fujian Electric Vocational and Technical College, Fujian Quanzhou 362000, China)

With the development of computer technology and establishment of IEC6113-3 standard, the development of soft PLC technology is strongly developed. Compared with the traditional hard PLC, soft PLC provides the advantage of powerful ability of data process, net communication and open system structure, which can meet the demands of the flexibility and open design of control system in the industry automation field. With the main design of soft PLC, the system structure and the implementation program and achievement of the software are analyzed.

soft PLC; controlling system; research; achievement

U664.14

A

福建電力職業技術學院院級科研基金支持（2010KY008）

蘇兩河（1985-），男，講師，碩士研究生。研究方向為自動控制。