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《软件导刊》分析计算机编程思想在PLC程序设计中的应用研究

摘要:PLC是一种基于数字操作进行运算的电子系统,即“可编程控制器”,是为专业的工程环境作业开发设计的应用程序。PLC的基本工作原理是采用存储器进行程序编程,通过逻辑及数学运算等程序操作来下发指令,通过数字的模拟输入输出来对机械操作或者生产程序进行控制。本文将围绕PLC程序设计中计算机编程思想的应用研究进行分析论述。

 

关键词:PLC程序;程序设计;编程思想

 

 

一、PLC程序设计的技术及其使用

 

一)PLC程序设计的特点及使用

 

PLC即“可编程控制器”,是为控制工业过程而开发制作的专业控制器,其核心程序及相关设备均与控制工业过程的系统连结成为整体,最大化地完善、扩充工业过程的控制系统。

 

PLC的程序设计具备以下几个特点:I/O接口模块的类型种类丰富,根据不同的作业情形设计不同的模块,各种模块切换方便,提高了程序控制的操作性能;为了与各种工业控制要求相适应,大部分PLC采取了模块化的程序结构,I/O、CPU等部件均采取模块化结构的设计,通过电缆和机架进行连接,用户可以根据自身的需要进行自由组合;PLC的编程采取梯形图式的设计形式,对于用户来说简单易学,无需掌握专业的计算机编程知识即可操作。

 

PLC程序的使用主要应用于以下几方面:控制模拟量,如在工业控制中对温度、流量、速度等模拟量的管理;控制工程中的圆周和直线运动,如机械、机器人的伺服电梯中的轴轮控制;处理数据,采用现代数学的运算操作,来完成数值的分析比较,常用于大型工业的控制系统之中。

 

(二)PLC程序设计的工作原理

 

PLC基本的工作原理是先通过最初的输入扫描,将信息读入进内存并记取,随后开始执行用户的程序指令,然后经由输出端向外部输出信号,启动外部程序运行指令。

 

PLC程序的基本输入和输出指令可以用下图简要概括:

符号

功能

操作部件

LD(取)

常开触点与母线相连

T,C,S,X,Y,M

LDI

常闭触点与母线相连

T,C,S,X,Y,M

OUT

线圈驱动

T,C,S,Y,M

 

二、计算机的基本编程思想

 

(一)着眼于结构的编程设计

 

结构化的程序设计要求程序的编写者遵照合理有序、易于理解的规则和形式来编写,程序的应用运行依靠合理而易于验证的结构。结构化的编程思想涉及到以下几方面内容:

 

由基本的三种结构——顺序、选择、循环结构构成一个大型程序,程序只具有一个入口和一个出口,程序内部的各结构之间执行顺序的循环关系;由各个功能相独立的模块遵照逻辑的层次关系组合,形成大型复杂的程序功能;由上至下的进行任务级别的细化划分,将大型、直至将复杂的任务程序划分为可以独立进行编程操作的子模块,并将子模块遵由合理化的结构连结和调用,达到最终目标的程序设计。

 

着眼于结构的编程思维好处是能够将各模块的结构理顺清楚,以基本单元的方式将程序细化,易于调试、纠错和维护。

 

(二)以对象为目标的编程设计

 

将对象作为目标的编程设计于近年得到广泛流行,其根本设计思路是将对象、类、继承以及封装作为编程的基本概念,来对程序进行编制。这种编程设计思想的好处是重在应用大量的成熟类库到程序设置中,可重用,因而能够缩短开发时间,增强可靠性,提高程序开发与编制的效率。

 

以结构为基础的编程设计和以对象为目标的编程设计并非相互排斥、各自独立,而是互有连结和支持的。

 

三、PLC程序设计中的几种编程思想与实例

 

(一)数据库的编程思想

 

电梯控制系统的PLC采用了罗克韦尔公司的“Control Logix 5000”,该PLC程序即采用数据库编程的模块化设计。

 

电梯控制系统的最大特点是需要大量数据进行输入、输出,因而在编程的过程中需要高强度大范围地对流动数据进行程序控制,简单的编程语言无法满足控制数据要求,调用时会使整个控制程序显得庞大、效率低下,因而采用数据库进行编程,充分发挥了数据库庞大的存储空间和便于调用数据的功能。当电梯运行时,控制程序会根据电梯楼层的位置检测信号,访问数据库查找匹配的数据后调用程序向外输出结果。

 

(二)程序嵌套的编程思想

 

程序嵌套思想是以对象为目标的编程设计,其优势在于将程序细化为一个个能够独立运行操作的程序,简化程序的运行条例。在工程控制程序的运行中,如果出现一段程序需要多处执行同一种指令,则可以将此指令编程为一个独立的子模块,配以调用指令来将所有程序的操作集中在此子程序上,执行完毕后再回复到主程序继续下面的操作,由此大大缩短程序的调用响应时间,便于提高程序速度和调试。

 

在电梯控制系统的PLC中,可以采取程序嵌套的子模块编程方法,将各部分不同功能划分设计为独立的子模块,以便简化电梯控制程序,提高故障的维修效率。

 

在电梯控制程序的设计中,将各功能划分为以下独立的子模块:安全功能模块、运行方向模块、厅内呼梯模块、楼层外呼梯模块、楼层显示模块、呼梯信号灯显示模块等六大子模块,可以使主程序的框架更清晰、具条理,从而简化加速电梯的控制程序。

 

(三)模糊控制的编程思想

 

模糊控制是指在工程的实际程序控制中,PLC程序设计的输入输出精度按照模糊原则进行编程处理,编程的核心原则是将人的控制策略语言以PLC程序的运行方式转化,自然模拟出操作者的思维。这种编程思想广泛运用于热交换机、小型汽轮机控制等诸多领域。例如,在热水器为提供热水而进行加温时,“温和”这个温度表征是无法用具体精确的数值来划定的,在“温和”的这个温度范围内,需要通过模糊控制的编程方法来使PLC程序设定出对应的数值范围,也即“模糊子集”,达到控制热水器内部程序的目的。

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