基于專利分析的嵌入式軟PLC編程系統的設計探析

馬建峰

（江蘇海事職業技術學院，江蘇南京 211100）

基于專利分析的嵌入式軟PLC編程系統的設計探析

馬建峰

（江蘇海事職業技術學院，江蘇南京 211100）

利用VC++開發工具，在Windows操作環境中完成嵌入式軟PLC編程系統設計。在進行軟PLC梯形圖元件數據結構研究過程中，以面向對象設計思路為基礎，提出了梯形圖元件集合存儲和交互的基本方案。系統結構基礎為VC++的Document/View，利用軟PLC編程系統軟件設計功能來進行編輯、編譯以及仿真等多項應用的添加，通過計算機算法的應用，提升功能應用性能。結合梯形圖編輯和編譯掃描原理，對嵌入式軟PLC編程系統方案進行了說明。該方案具有成本低、效率高等特點，為軟件開發者提供了一種全新的思路。

軟PLC；梯形圖；編譯；仿真

計算機科學技術的發展，全面帶動了傳統PLC控制功能技術的創新發展，而軟PLC技術的出現及應用正是傳統控制軟件創新的產物。軟PLC技術滿足了現代化工業控制技術的基本要求，其結構更為開放，在多種硬件環境中都能夠正常應用，這一優勢徹底將存在與傳統PLC系統的兼容問題予以解決。在軟PLC中，其控制運算被封裝在軟件中，基于此，軟PLC基礎性功能與傳統PLC系統是相一致的，同時利用計算機操作系統還可以進行編輯、運算以及編譯等多項其他傳統PLC所不具備的新功能。軟PLC軟件同傳統PLC技術相比，前者具有標準化的編程語言、模塊化的控制功能以及靈活的硬件配置等特點。文章將對在Windows環境中，將VC++開發工具應用到嵌入式軟PLC編程系統中去，事實上，VC++軟件應用對人機交互界面的優化具有一定的作用。另外，VC++以其固有的面向對象機制在梯形圖數據結果設計方面的應用，也具有一定的優勢，同時加上相應算法的應用，為軟PLC編程系統設的完成創造了條件。

1 嵌入式軟PLC系統結構

運行系統和編程系統是嵌入式軟PLC系統的主要構成部分，其中運行系統以運行目標代碼為主，實現控制作用，保證程序功能發揮；而編程系統是以梯形圖為作用目標，對其實施編輯、指令解析以及生成目標代碼等。

由國際電工委員會發布的IEC61131-3國際標準是軟PLC編程系統編程語言的根本。它的一大特點就是開放性，由四大模塊構成，即編輯、編譯、仿真和通信。用戶系統開發環境是由編譯模塊提供的；而用戶在進行掃描和程序編譯過程中，編譯模塊為其提供了一定的技術支持；用戶在進行程序調試工作過程中，仿真模塊可以通過其離線模擬功能的發揮來為用戶提供服務；最后，用戶編譯完成的目標指令，必須完成下載并傳輸到運行系統中去才能實現系統應用，那么這一環節就主要依靠通信模塊完成。

2 軟PLC編程系統界面設計

目前，有關編程語言設計標準，國際方面共設定了五種基礎的PLC編程語言標準，其分別為梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）、結構化文本（ST）、功能模塊（FBD）以及指令表（IL）等，梯形圖以其簡單、直觀等特點在實踐應用中較為頻繁，基于此，文章編程系統也是以梯形圖為基礎來進行用戶程序開發工作的。軟PLC系統開發過程中，VC++開發工具是較為常用的系統開發工具之一，該工具通過多文檔結構的利用完成梯形圖和相應指令格式的構建，其中主要以*.lad、*.txt較為常見，在開發過程中，人機交互界面主要是由指令表區、信息輸出區以及梯形圖編輯區等三部分構成的。

梯形圖編輯區可以完成對與梯形圖相關參數的設置工作；指令表區則可以將與梯形圖相關的邏輯指令顯示出來；最后信息輸出區以對可能出現語法錯誤信息的梯形圖顯示出來，同時執行正確的輸出信息等。

3 梯形圖數據結構設計解析

3.1 梯形圖元件類的繼承關系設計分析

簡單元件和復雜元件是梯形圖主要元件構成，其中簡單元件主要由常開觸點、輸出線圈以及常閉觸點等，而復雜元件則主要包括定時器、數據運算以及計數器等。面向對象的繼承特性為派生其他元件子類提供了基礎，例如在系統開發過程中，可以設定其中一類為梯形圖元件總體接口，并利用這一接口來進行其他元件子類的派生操作。

3.2 梯形圖容器的數據結構設計

通常情況下，梯形圖容器主要是通過雙向連接結構方式來表示的，這是因為：首先鏈表存儲結構的完成是以梯形圖添加、修改、刪除等基本操作為基礎的；其次，梯形圖整個編輯過程都是處于動態變化狀態中的，因此過程中梯形圖的行數、元件類型以及列數等都具有一定的不確定性，而通過鏈表結構形式的應用可以進一步提升系統數據結構的清晰度和有效性。

4 梯形圖的編輯、編譯及仿真解析

4.1 梯形圖的編輯

梯形圖編輯模塊封裝于視圖類，故而其數據存儲和顯示過程中是不存在直接聯系的，從而最大限度的降低了存在于代碼中的耦合性。一般情況下，梯形圖編輯主要分為以下幾步：首先，對加載梯形圖元件的類型進行選擇；其次，將鼠標位置置于編輯區域，通過掃描程序的利用獲得鼠標單擊處的笛卡爾坐標值；再次，將梯形圖元件移入到存儲鏈表中；第四，完成梯形圖在界面的顯示；第五，完成梯形圖其他相關參數的設置操作。

4.2 梯形圖的編譯

在編程系統中，梯形圖的編譯是其中的重要內容，而編譯環節操作主要以對梯形圖的程序語法分析、循環掃描以及邏輯分析等為主，通過以上這些操作可以生成一種被系統認可和識別的目標程序。例如梯形圖編程語言的規范性就可以通過這一方法的運用來進行分析。首先編譯程序對梯形圖進行掃描，經語法分析、邏輯分析等完成后，若是梯形圖編程語言中存在錯誤，那么這時顯示界面就會將錯誤信息內容直接以窗口的方式顯示出來，用戶可以直觀的看到編程成中的錯誤點，進行改正操作。

梯級是梯形圖掃描和編譯的基本單位，同時它也是互為影響的行所構成的最小單元，如圖2所示就代表一個梯級。通常情況下，深度掃描算法是梯形圖掃描常用的方式之一，該算法在應用過程中以豎線元素為邏輯區分，以從左向右，由上至下的方式完成每一個元素的掃描。

圖2 梯形圖掃描過程圖

4.3 梯形圖的仿真解析

從理論上分析，仿真模塊的存在是為了對編譯程序執行狀態進行檢測，以進一步避免編程程序出現編輯錯誤。嵌入式軟PLC系統設計過程中，仿真模塊的應用實現了對梯形圖程序運行狀態的現場模擬，一旦其中程序存在錯誤可以直接發現并修改編輯。其具體應用如下：梯形圖程序在仿真模塊的作用下轉化為C程序，之后通過邏輯控制方式來實現指令的執行。其中仿真模塊主要有梯形圖更新顯示模塊、邏輯運算模塊以及算術運算模塊等三種，其中仿真模塊的核心是邏輯運算模塊，主要實現對梯形圖數據信息的識別，同時為邏輯狀態的轉移提供支持。仿真模塊在應用過程中，可以直接讀取存儲梯形圖邏輯信息的配置文件，并對梯形圖元件以及與其相應的邏輯關系完成還原處理操作。另外，仿真模擬過程中應當注意的是，動態仿真的應用可以對梯形圖編程中可能存在的錯誤進行直觀的顯示，同時將錯誤位置顯示出來，方便用戶進行實時的追蹤。其具體為：梯形圖元件能流在道統過程會出現變色反顯，而這種現象可以利用重繪觸發的形式來予以實現。

5 結語

綜上所述，嵌入式軟PLC編程系統設計工作涉及的到內容較多，且相互之間存在著一定的聯系，通過編輯、編譯、仿真等多項操作可以最大的限度的保證程序設計的準確性。例如仿真模擬對發現編程中的錯誤點具有十分重要的作用。另外，編輯過程中代碼的耦合性也有所降低，具備較強的移植性，設計人員在設計過程中應當加大對每一環節的重視程度，避免出現錯誤。

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Analysis on The Design of the Embedded Soft PLC Programming System Based on Patent Analysis

Ma Jianfeng
(Jiangsu maritime vocational and technical college,Nanjing Jiangsu 211100)

The use of vc++development tools in Windows operating environment to complete the embedded soft PLC programming system design.In the soft PLC ladder diagram element data structure in the process of research, based on the object-oriented design idea,put forward the ladder diagram element collection storage and interaction of basic solution.System structure based on vc++Document/View,use of soft PLC programming design system soft?ware function to edit,compile,and simulation and so on many applications of add,through the application of comput?er algorithms,function application performance.Combining the ladder diagram editor and compile scanning princi?ple,the embedded soft PLC programming system solutions.The scheme has the characteristics of low cost and high efficiency,for software developers to provide a new train of thought.

soft PLC;ladder diagram;compile;the simulation

TP273

A

1003-5168（2016）10-0077-03

2016-9-30

馬建峰（1970-），男，碩士，講師，研究方向：自動化。