PLC編程技巧：如何提升PLC的編程效率？

摘要

選擇合適的控制器及其相應的編程軟體，有助於提高控制器的編程效率。先進的控制器正越來越多地通過採用自上而下的方法和以設備為中心的概念來簡化編程。

可以基於應用類型來選擇可編程邏輯控制器(PLC)或其它類型的控制器，但是在選擇時，應考慮到隨附的控制器編程軟體平台的能力，因為這將對快速和高效的編碼有很大的影響。

打開軟體開發平台，創建新項目，利用控制器自帶的編程軟體包，從零開始編寫梯形代碼。這種方法要求進行動態配置，效率有時不如其它方法。但是，某些控制器編程軟體平台能夠提供更高的效率。通過設計，這些平台引導開發人員，按照正確的步驟開發軟體，可以減少編程所需的工作量。

圖1：一些控制器，如AutomationDirect公司的Do-more BRX微型PLC系列，可提供自上而下的配置和以設備為中心的方法，以實現更高效的編程。圖片來源： AutomationDirect

一種集成了兩方面優勢的方法：自上而下的組態和以設備為中心的概念，可以實現更高效的編程（見圖1）。在配置PLC項目時，自上而下的組態通過展示哪些是需要的，哪些是不需要的，為程序員提供了一個清晰的路徑，上述工作都是通過菜單驅動的選擇。以設備為中心的概念使設備可以在「幕後」處理公共功能，從而解放執行這些任務的編程人員。

自上而下的配置

對於某些控制器而言，使用自上而下的方法可以簡化配置(見表1)。在該表中，任務按優先順序排序，列表中的每一項取決於該項或其上各項。例如，CPU配置之下的所有內容都取決於CPU的配置方式。串口和埠類型、乙太網輸入/輸出(I/O)等主站選項和伺服器選項（如Modbus/TCP和EtherNet/IP顯式報文等），通常是CPU配置期間可用的配置選項。這些選擇為CPU配置下的部分或全部項目添加必要的參數。

按照適當的順序來配置控制器，有助於後續步驟的順利實施，簡化並實現軟體的自動化開發。例如，將CPU配置為Modbus RTU客戶端，僅提供合適的參數來配置後續的項目，從而簡化後續步驟。

以設備為中心的概念

有序配置所實現的開發效率，直接導致以設備為中心的概念的出現。利用這些概念，梯形圖代碼可以與中間設備進行通信，而不是直接與硬體本身通信（見圖2）。中間設備類似於PC上的印表機驅動程序，其中驅動程序(設備)處理所有底層細節，因此程序員可以向印表機發送數據，而不必擔心印表機的程序設計。

圖2：以設備為中心的方法，利用設備來處理硬體介面的底層細節，可以簡化編程。

程序員可以將設備看作感測器、編碼器、I/O模塊、變頻器、EtherNet / IP模塊、遠程機架或類似的硬體部件。在以設備為中心的控制器中，這些設備就是程序和硬體之間的替代代碼。採用這個方法可以對設備進行配置，並且處理控制器對硬體控制的細節，例如建立通信協議、信號交換和定義存儲器要求。大部分硬體細節都是通過每個設備的配置來處理，而不是通過控制器編程來處理的。

配置完成之後

一旦配置完成，程序指令就會與設備進行通信，而不是直接與硬體通信。該指令使用定義的內存、信號交換和在設備配置期間創建的內存標誌。指令還可以使用位和整數進行邏輯決策直接與內存「對話」。例如 ，該指令可以執行數學功能，並將浮點數計算結果存儲在內存中。

類似串列的設備，也可直接與存儲器通信。當數據流入或流出串口時，設備會處理內存中的緩衝和狀態標誌。該裝置處理幕後細節，使編程以設備為中心，所有其它一切都圍繞設備運轉。

伺服器也可以被認為是一個設備。伺服器在後台運行，直接與硬體通信，在硬體和內存之間移動數據。Modbus TCP就是伺服器的一個實例。它執行的功能，大多數情況下都在控制器程序之外，但控制器可以訪問伺服器。

讓設備發揮效率

無論所選硬體的複雜程度如何，設備都應該能在硬體和控制器程序之間提供簡潔、統一的界面。每個設備的設置方式都是相同的，例如Modbus / RTU或通用串列埠，方法是遵循自上而下的配置步驟。

一個典型的應用程序，比如箱子轉向器，包含幾個必須控制的硬體。該應用程序可以包括編碼器，以使分流門與不同的箱子長度同步，電機由變頻器控制，條碼閱讀器掃描被傳送的箱子以確定目的地。需要輸入和輸出來檢監測感測器、以定位箱子，並控制氣壓驅動器，比如提升裝置。

正如箱子轉向器應用程序所展示的，將幾個不同的自動化硬體，通過硬體組件及其所需的定義設備，連接到同一個PLC上，這並不少見。然而，在這種情況下，一個具有自上而下配置和以設備為中心的概念的控制器，很快就可以完成配置工作，而且其中大部分工作都是自動完成的。

如果控制器缺少板載高速輸入，則高速計數器模塊可用於編碼器正交脈衝信號的計數。此模塊不是CPU配置的一部分，但它在第二步即I/O配置中自動出現。然後，第三步採用默認值，為出現的模塊自動填充所需的參數。任何配置編輯任務都可以在這一步實現。PLC將自動處理新增模塊的I/O映射，並創建所需的映像寄存器地址。

控制器的乙太網埠可以與變頻器通信。作為CPU配置步驟的一部分，從配置列表的頂部開始，啟用主乙太網I/O。這需要在I/O配置中創建一個輸入，可以對其進行IP配置和其它通信選項。由於其它參數（如I/O映射）都已經自動完成，因此正常情況下就不需要進行更多配置。

控制器的串列埠，利用簡單的ASCII文本字元串與條形碼掃描儀進行通信。在CPU配置期間，進行通用串列匯流排的配置，可以識別該埠，包括諸如波特率和硬體協議(如RS-232)的設置。不需要I/O和模塊配置，只要提供預先配置的介面訪問系統資源，就可以自動完成設備的配置。內存配置步驟自動為設備分配內存。

可採用多點離散輸入、輸出模塊用於對感測器和氣動系統進行監測和控制。這些模塊的配置方法類似。這些設備中的某些選項很容易設置，而另外一些選項則比較複雜，但都使用相同的方法。配置從列表頂部開始，逐行向下，只填寫在現有步驟中未自動定義的參數.

有效的指令

如圖2所示，可以快速配置自上而下和以設備為中心的控制器編程平台。具有這類編程軟體的控制器通常還提供更有效的功能，如比例-積分-微分（PID）迴路和運動控制模塊。

PID迴路有成千上萬的用途，所以沒有一個普遍適用的解決方案。有些控制器選擇有限，但另一些控制器則改進了PID指令，以通過獨立、模塊化、互換、實時的配置方法來提高效率，滿足應用程序的需求。

效率提升，一部分得益於PID迴路分解為較小模塊。不是將所有PID參數，例如過濾器、縮放、斜坡表和報警處理器嵌入到同一個PID指令中，而是使用獨立的指令來訪問單個參數，以簡化這些控制演算法的定製。這些指令還包括用於顯示的趨勢圖，便於了解控制迴路的響應情況，並幫助進行最初的調節和故障排除。

運動控制指令，可以遵循類似的方法，可根據指令的複雜程度，細分為不同的層次。簡單的運動指令，用最基本的運動命令，輔以少量配置，就可以快速完成應用配置。中級運動指令，則需要提供更多的用戶定義參數。高級指令，則使選擇或創建客戶運動路徑成為可能，而這隻需要一個簡單的配置過程。

先進的控制器正越來越多地通過採用自上而下的配置方法和以設備為中心的概念來簡化編程。 通過適當的配置，控制器軟體程序和硬體之間的大部分設備介面可以自動且高效地完成工作，而無需編寫代碼。 更快的配置導致快速的編程，而且隨著各種可用指令的增加，這一點得到了增強。

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