LC基础及IEC61131-3标准.ppt

2020 3 21 1 PLC基础及IEC61131标准 智能本院控制器及系统开发所 2020 3 21 2 五 IEC61131 3标准介绍 5 1 IEC61131 3软件模型5 2 传统PLC模型与标准模型对比5 3 IEC61131 3编程语言5 4 IEC61131 3标准特点5 5 IEC61131 3标准意义 2020 3 21 3 5 1 IEC61131 3软件模型 IEC61131 3标准定义了软件模块 通过模块把PLC看做一种具有能执行多种任务的结构的控制器 其特长是用下述概念把控制器作为阶层结构从软件的观点实现模块化 2020 3 21 4 5 1 IEC61131 3软件模型 配置 其中 配置 在软件模型的最上层 把解决一个具体控制问题的完整软件概括为一个 配置 它专指一个特定类型的控制统 包括硬件资源 处理资源 I O通道的存储地址和系统能力 等同于一个PLC的应用程序 在一个由多台PLC构成的控制系统中 每一台PLC的应用程序就是一个独立的 配置 2020 3 21 5 5 1 IEC61131 3软件模型 资源 b 资源 在一个配置中可以定义一个或多个 资源 可把资源看做能执行IEC程序的处理手段 它反映了PLC的物理结构 在程序和PLC的物理I O通道之间提供了一个接口 只有在装入资源后才能执行IEC程序 2020 3 21 6 5 1 IEC61131 3软件模型 任务 c 任务 在一个资源内可以定义一个或多个 任务 任务被配置后可以控制一组程序或功能块 这些程序或功能块可以周期地执行 也可以由一个事件驱动来执行 d 程序 一个IEC程序可以用符合IEC61131 3标准的编程语言来编写 典型的IEC程序由许多互连的功能块或函数组成 每个功能块之间可以相互交换数据 函数与功能块是基本的组成单元 其中包括一个数据结构和一种算法 2020 3 21 7 5 2 软件模型 传统PLC模型与标准模型对比 IEC标准的软件模型在传统的PLC软件模型的基础上增加以下内容 1 IEC61131 3标准的软件模型是一种分层结构 每一层均隐含其下层的许多特性 2020 3 21 8 5 2软件模型 传统PLC模型与标准模型对比 2 将一个复杂的程序分解为若干个可以进行管理和控制的小单元 这些小单元之间存在着清晰而规范的界面 3 可满足由多个处理器构成的PLC系统的软件设计 4 可方便地处理事件驱动的程序执行 而传统的PLC软件模型仅采用按时间周期执行的程序结构 2020 3 21 9 5 对以工业通信网络为基础的集散控制系统 尤其是软逻辑 PC控制等正在发展中的新兴控制技术 该软件模型均可覆盖和适用 足以影响各类实际系统 6 对于只有一个处理器的小型系统 其模型只有一个配置 一个资源和一个程序 与现在大多数PLC的情况完全相符 对于有多个处理器的中 大型系统 整个PLC被当做一个配置 每个处理器都用一个资源来描述 而一个资源则包括一个或多个程序 5 2 软件模型 传统PLC模型与标准模型对比 2020 3 21 10 5 3 IEC61131 3编程语言 IEC61131 3标准中的控制编程语言主要是借鉴了高级语言的技术 即吸收了高级语言的模块化 结构化程序设计思想 下图是IEC61131 3标准的控制编程过程 2020 3 21 11 5 3 IEC61131 3编程语言 IEC61131 3标准规定了5种编程语言 其中3种是图形化语言 2种是文本形语言 这5种语言是 1 结构文本 ST 2 梯形图 LD 3 功能块图 FBD 4 文本语言有指令表 IL 5 顺序功能块图 SFC 2020 3 21 12 结构文本编程语言 结构文本 ST StructuredText 是一种高级程序语言 风格类似Pasical程序语言 不采用底层的面向机器操作符 提供大量抽象语句来描述复杂控制系统的功能 它具有如下几个特点 编程语言采用高度压缩化的表达形式 程序结构清晰强有力的控制命令流结构 如FOR WHILE语句等 执行效率较低 源程序需要编译成机器语言才能执行 所以开销大 ST语言的语句类型 赋值语句 函数和功能块控制语句 选择语句 循环语句 2020 3 21 13 结构文本编程语言 注意 1 功能块调用和函数调用不同 函数调用是一个表达式 而功能块调用是一条语句 它没有返回值 因此 在一个表达式内不允许功能块的调用 例 Var1 sin Var2 功能调用T TON 定义T ENABLE TRUE PT 5ms 调用功能块 延时5msVar3 T Q 2 优先级别高的操作符优先执行例 inti 3 j 1 j i 2 j i 2020 3 21 14 结构文本编程语言 3 函数调用的方法有非形参表函数调用和形参表函数调用两种 例如 LIMIT 2 10 8 是用非形参表的方式调用函数LIMIT MN IN MX 此时 各个实参按照顺序和形参一一对应 即MN 2 IN 10 MX 8 如果采用形参表方式调用 由于形参和实参之间用赋值语句对应 则参数输入次序可以随意调整 如LINMIT MN 2 MX 8 IN 10 4 函数的调用不允许采用全局变量 因为全局变量在程序执行过程中的数值可能变化 会影响返回值 2020 3 21 15 结构文本编程语言示例 程序代码 变量定义 2020 3 21 16 梯形图编程语言 梯形图语言 LD 源自继电逻辑的编程语言 在主要处理开关量逻辑的PLC领域应用非常普遍 图形化表示方法使得程序易于理解 方便阅读 梯形图中包含一系列网络 网络通过左右垂直线被限制在左边和右边 在中间是由接触器点 线圈和连接线组成的电路图 也可以在LD网络中插入可能的调用 这时需要一个使能端的功能块 2020 3 21 17 梯形图编程语言 梯形图语言示例 ST语言示例 DO0 DI0ORNOTDI1 ANDNOTDO1 OR DO0ANDNOTDI2 DO1 NOTDI0ORDI1 ANDNOTDO0 OR DO1ANDNOTDI2 2020 3 21 18 功能块图编程语言 功能块图也是一种图形化的控制编程语言 起源于信号处理领域 它将各种功能块连接起来实现所需要的控制功能 其图形元素由功能 功能块和连接元素组成 它通过调用函数 功能块来实现程序 调用的函数和功能块可以是定义在IEC标准库中 也可以是定义在用户自定义库中 这些函数和功能块可由任意五种编程语言完成 功能与功能块的区别 功能与外部连接是通过将功能参数用外部实参代入实现的 功能没有没有输出参数 但有返回值 功能的输入参数相同时 其返回值是相同的 功能块可以有多个输入与输出 同时具有记忆的功能 2020 3 21 19 功能块图示例 TEST1 2 input1 DI0 input2 DI1 input3 DI2 input4 DI3 input5 DI4 input6 DI5 DO0 TEST1 2 output1 DO1 TEST1 2 output2 DO2 TEST1 2 output3 DO3 TEST1 2 output4 DO4 TEST1 2 output5 DO5 TEST1 2 output6 ST语言示例 2020 3 21 20 指令表编程语言 指令表编程IL是一种汇编语言风格的编程语言 由于IL程序的高效 执行速度快而为软件工程师或高级专业工程师所喜爱 但也是最单调的编程语言 编成可阅读性差 不利于非计算机专业工程师的理解和使用 IL语言在五种编程语言中的地位 就如同计算机汇编语言在程序设计中的地位 是一种底层编程语言 在IEC61131 3软件结构中作用不可替代 2020 3 21 21 指令表编程语言示例 ST编程语言示例 2020 3 21 22 顺序功能图编程语言 顺序功能图语言源自于法国 它将整个控制流程分割为一系列的控制步 并描述程序的执行顺序和控制条件 由于在实际应用中很少用到 在这里仅介绍几个相关概念 步 step 包含一个或多个动作的标志 动作 station 动作是用其它语言实现的一系列指令 动作又可以分为入口动作 只在步成为活动状态是 立即执行一次 和出口动作 出口动作只在不活动前执行一次 2020 3 21 23 3 转换 转换条件 transition 步之间的切换就是转换 只有当步的转换条件为真 True 时 步的转换才进行 即前步的动作停止执行 若有出口动作则执行一次出口动作 后步若有入口动作则执行一次后步的入口动作 然后按照控制周期执行该活动步的所有动作 顺序功能图编程语言 2020 3 21 24 5 4 IEC61131 3标准特点 1 IEC61131 3标准开发的程序具有完美的结构 支持进行 顶 底 或 底 顶 的程序开发 新标准的PLC程序对错误数据类型具有很强的检测能力 对程序执行的完全控制能力 IEC61131 3程序允许程序的不同部分在不同的时间 以不同的比率并行执行 支持复杂的顺序操作功能处理 支持数据结构 6 可柔性地选择编程语言 7 独立于任一目标系统的编程系统 2020 3 21 25 5 5 IEC61131 3标准意义 1 IEC61131 3妥善继承了PLC发展过程中形成的编程语言多样化的实现 为PLC技术的进一步发展提供了广阔的空间 2 为开放式的可编程控制器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 为PLC程序在不同机型之间的移植提供了可能 3 这种开放式 标准化的软件开发思想及其极大地推动了可编程控制器软件技术 乃至整个工控软件技术的发展 2020 3 21 26 IEC61131 3标准的层次与结构 IEC61131 3语言总结 2020 3 21 27 谢谢 请批评指正