PLC的编程要领：让工程师受益的PLC编程技巧

摘要

PLC编程是一个容易让工程师们头痛的问题。本文将从梯形图逻辑和PLC扫描、BCD码以及可复用代码3个方面详述PLC编程的小技巧。

梯形图逻辑和可编程逻辑控制器(PLC)的扫描、二进制编码的十进制数（BCD码）、以及代码复用，是CONTROL ENGINEERING编辑咨询委员会成员Frank Lamb建议在PLC编程时需要多加留心的地方。作为一家自动化咨询服务公司的创始人，他认为控制工程师们可以从这3个角度来学习PLC的编程要领。

BCD码是一种十进制数的二进制编码，其中每个数都用特定的位来表示，通常是4位或8位，这与人类计算的方式大不相同。这种割裂会给可编程逻辑控制器(PLC)的用户带来困扰。

梯形图逻辑与PLC扫描

几乎所有的PLC都以同样的方式来处理扫描。首先，CPU将物理输入读入内存表，通常称为“输入表”。该表经评估后在程序中使用。不同平台，使用不同类型的寄存器；在每个扫描周期，按照从左向右，从上到下的顺序处理逻辑，同时更新寄存器。包括更新输出表，稍后用其驱动连接到PLC的物理设备。

为实现各种功能，程序可能会调用不同的子程序，需要注意的是调用顺序很重要。根据内存寄存器和输出表的位置，物理输出最多可能会延迟两个周期。在任何情况下，从程序调用处开始执行所调用的子程序，子程序执行完毕，回到最初调用该子程序的主程序，继续完成最初的扫描周期。大多数程序，使用一个初始循环例程，用于调用所有其它例程。

然而，也有一些程序是固定周期运行，并不是连续运行的。不过，这种情况并不常见。大多数程序的配置，都是以最快速度连续运行。执行完所有代码，评估逻辑，并更新所有表（扫描开始时写入的输入表除外），将生成的输出表或寄存器内容写入物理输出。

需要花费多长时间？这取决于平台（处理器速度）、程序代码量、以及所使用的指令类型。在程序中，程序员有时会使用循环处理，或者重复调用同一个子程序。所有这些都会影响PLC总扫描时间。通常，在帮助文档中都会说明不同指令的执行时间，但是并没有涉及到如何估计执行所有代码所需要的时间。基本上这些说明都太简单，只能作为参考。

有时，扫描时间可能长达80毫秒。如果扫描时间超过50毫秒（对机器控制项目而言），用户就应寻求更强大的处理器或使用更高效的代码。在机器控制项目中，如果扫描时间超过50毫秒，对输出响应的影响非常明显；对于过程控制项目而言，这可能不是特别重要。

二进制编码的十进制数

二进制编码的十进制数(BCD码)，是一种二进制编码(通常用4或8位来表示)。对我们人类来讲，需要在我们的“寄存器”中累加每位，将它们转换为十进制数，这是上帝赋予人类的编程思考方式。

早在使用触摸屏之前，7段显示器和指轮开关就被用作人和PLC之间的数字接口。甚至更早，在使用PLC之前，这些设备也是与电路之间实现数字接口的唯一图形化设备。用户可以像在ENIAC（第一电子通用计算机）一样，移动短接片，但利用这些设备，更容易查看和调整十进制数。问题是，它们是输入/输出(I/O)密集型的。每个指轮段需要4个输入(+电源)，而每个7段显示器则需要4个输出(+2个电源连接）。然而，与使用按钮和指示灯相比，它更容易与十进制数中带符号或无符号整数连接。

最常见的抱怨来自于数学方面；每个数据类型都必须显式声明，如果数据类型不匹配，则必须对其进行转换。不仅如此，标准计时器和计数器类型还需将BCD纳入到它们的数据结构。这是因为这些数据结构，可以追溯到人们需要处理诸如指轮和7段显示器的时代。事实上，计时器设定值，仍然需要输入“S5T # 3S”来完成3秒钟的设定。定时器使用3位BCD来表征数字（12位），还需要2位BCD来表征时基。对计数器也是如此，这意味着它们的计数范围只能从-999到+999。

每一个4位区段可以代表0000到1001的数值；下一个值，不是从1010(有符号或无符号十进制的“10”或十六进制中的“A”)开始，而是直接跳到下一区段的位。这意味着最后6个位组合(A-F)实际上被浪费了——这在BCD结构中是不可能的。

在许多较新的触摸屏中，仍然使用BCD结构或基础，但大多数程序员更倾向于选择整数基来表示十进制数。BCD有点像DOS；工程学校仍然在利用它，但是人们真的不知道它是从哪里来的。参考旧指轮和7段显示，可能有助于澄清某些神秘事项和选择BCD的原因。

PLC的可复用代码，为用户提供了灵活性，并允许构建可从一个应用程序导出到另一个应用程序的结构。

PLC可复用代码的优势

国际电工委员会（IEC）在1993年时就颁布了可编程控制器的国际标准IEC 61131，其中的第三部分关于编程语言的标准，规范了可编程控制器的编程语言及其基本元素。旧的基于寄存器的系统和最新PLC系统之间的一个重要区别，就是能够构建可复用的代码块。支持平台必须具备3个基本特征：

1.局部变量与全局变量。可复用代码必须具有可适用于每个代码实例的变量；在理想情况下，只需在原始代码中定义一次数据格式。这意味着，不需要为每个实例或调用重新定义标签或符号。多次调用子例程，并更新程序中的地址，虽然这样可以节省时间，但这实际上并不是真正的可复用代码。

2.用户自定义的数据类型（UDT）。创建UDT允许构建结构。从一个应用程序导出的结构可以应用到另一个程序中。它们允许使用通用术语来描述组件，如“速度”、“开始”和“拒绝”。UDT不需要使用基于标签的系统，但是它们确实需要更有效的利用符号。

3.受保护的自保持程序块。非常重要的是：代码必须包含在允许变量输入和输出的程序块中，并受到保护，这样用户就不能修改实例中的程序。如果修改，需要密码或软件密钥。

利用满足IEC标准要求的其它PLC语言来编写程序，也有助于使平台功能更强大，代码开发速度更快。不管平台是否使用具有局部变量或用户定制指令的子例程，可复用代码是快速创建功能强大程序的关键部分。许多平台都允许使用复用代码，并且每个平台都有自己的方法。

本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China）2017年1-2月刊《封面故事》栏目，原标题为：让工程师受益的PLC编程技巧

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