西门子模块6ES7216-2AD23-0XB8质保一年

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软PLC控制技术是基于软件和硬件在逻辑功能上等效的思想，采用开放式体系结构，通过软件来实现PLC硬件的功能。软PLC系统由上位机和下位机组成，上位机为用户提供编辑界面和多种编程语言环境，便于用户在PC机上进行PLC程序的编辑，同时还对下位机的一些状态量进行监控，并给下位机发送指令。

用户编辑完PLC的梯形图和指令表程序后，只有通过对程序的编译来获取程序的逻辑后才能按照PLC的工作原理运行。为了配合在PC机上运行的软PLC编辑开发系统，使PC机完成相应的控制功能，开发了软PLC编译系统。

1、软PLC程序编译系统的组成

PLC编译模块由梯形图语法检查模块、梯形图程序逻辑检查模块和指令表程序语法检查模块组成。梯形图程序语法检查模块检查用户PLC图形程序有无指令标记重复、指令地址越界等语法错误；梯形图程序逻辑检查模块检查PLC图形程序有无逻辑错误；语言程序语法检查模块检查用户语句程序有无拼写、指令格式、指令地址越界等语法错误。

编译程序的构造包括词法分析、语法分析、语义分析、错误的检查和处理以及代码生成和代码优化等程序。

2、软PLC程序的遍历算法

软PLC程序的遍历算法主要包括梯形图遍历算法和指令表遍历算法。梯形图程序由若干个梯级组成，遍历时以梯级为单位，采用深度**的扫描方法。按从上到下，从左到右的顺序进行。在扫描过程中，遇到并联结点就转入下一行进行扫描，行与行之间的切换由指针的变换来实现，原先位置的指针被预先存储起来，待并联模块扫描完后。再从原来的位置开始往下扫描。

指令表是由一系列指令组成。且指令按照链式结构存储，按照顺序读取指令即可完成对指令表的遍历。

3、梯形图与指令表程序的相互转换

3.1 梯形图转换成指令表

梯形图转换成指令表是以梯级为单位进行的。

对于没有并联支路的梯级，只要根据梯形图元素在梯级中的位置和元素的类型，即可将梯形图转换为指令表。对于包含有并联支路的梯级，可以按照遍历梯形图的方法，一边遍历一边转换。在转换过程中，首先设定1个全局变量nDepth(梯级深度)，以确定梯级的深度，然后判断1个梯级是否包含并联支路。如果包含则调用包含有并联支路的转换程序，然后顺序读入当前梯级深度层次上的梯形图元素；如没有发现并联支路，则调用不含并联支路的转换程序依次转换。在转换过程中。每转换完1条支路就要添加1个ORB支路并联指令。

在对整个梯形图程序进行转换时，首先生成nLine(行号)和nDepth 2个全局变量，然后从头开始进行转换，转换完1个梯级后。下1个梯级从*nLine(nLine=nLine+nDepth+1)行开始，直到梯形图文件结束为止。

3.2 指令表转换成梯形图

指令表转换成梯形图的过程就是根据PLC指令语句生成相应的梯形图元素链表的过程。因为梯形图和指令表程序是一一对应的关系，可按照语句对应生成相应的梯形图元素，利用在梯形图向语言表转换文件中已设计好的位图资源，建立标志符和位图之间的相应关系。转换时，将语句表以文件流的方式存入文本文件中，逐行分析，通过适当的算法处理，在视窗中画出对应的梯形图符号，直到文件结束。此外，在转换过程中，需要将程序划分为若干小节，每节对应梯形图中的1个梯级。在指令表中，梯级的划分可根据OUT指令来进行。串并联模块的划分可根据ANB和ORB指令进行。

4、软PLC程序的语法分析

在对PLC程序进行编译时，先将由PLC其他语言编写的程序转化为指令表后再进行处理。程序语言的文法通常包括I组终结符、I组非终结符、1个开始符号和1组产生式。

4.1 软PLC程序的文法设计

软PLC程序文法主要指PLC指令表语言的文法设计，PLC指令表语言与梯形图语言存在一一对应的关系。PLC的指令表程序由若干条语句组成，每条语句包括语句号、操作码和操作数。操作码是PLC指令系统中的指令代码，包括逻辑取、触点串联指令、触点并联指令指令、支路并联指令、支路串联指令和线圈驱动指令。操作数主要是PLC内部的继电器、定时器和计数器。

以三菱公司F1系列的逻辑指令为例来说明指令表文法的设计，并选取指令集中的一个子集来作为研究对象，该子集由逻辑取指令(LD，LDI)、触点串联指令(AND，ANI)、触点并联指令(OR，ORI)、支路并联连接指令(ORB)、支路串联连接指令(ANB)和线圈驱动指令(0UT)等基本指令组成。

为了便于分析，用单个小写字母代替指令，即LD，LDI→a；AND，ANI→b；OR，ORI→c；ANB→d；ORB→e；0UT→f。指令表的文法可表示为1个四元式(Vt，VN，S，φ)，其中，Vt是终结符号集，包括{a，b，e，d，e，f}；VN是非终结符号集，包括{S，H，K，A，B，D，E}；S是开始符号；φ中是产生式集(@代表空集)。因

此，指令表程序的文法G[S]为S→aHfS； S→AfS；S→@；H→EH；H→@；K→EK；K→@，A→DA；A→@；B→e；D→b；D→c；E→D；E→aKB。

由G[S]产生式，可推出空串的非终结符集合为{S，H，K，A}。

4.2 软PLC程序的语法分析

语法分析选用自**向下的LL(1)分析方法。为使用LL(1)分析方法，首先构造预测分析表，并先求取所有非终结符号的FIRST集和FELLOW集。

FIRST集：FIRST(S)={a，@，b，c}；FIRST(H)={@，b，c，a}；FIRST(K)={@，b，c，a}；FIRST(A)={@，b，c}；FIRST(B)={e，d}；FIRST(D)={b，c}；FIRST(E)={b，c，a}。

FOLLOW集：FOLLOW(S)={#}；FOLLOW(H)= {f}；FOLLOW(K)={e，d}；FOLLOW(A)={f}；

FOLLOW(B)={b，c，a，f，e，d}；FOLLOW(D)={b，c，f，a，e，d}；FOLLOW(E)={b，C，a，f，e，d}。

各产生式的SELECT集：SELECT(S→aHfS)={a}；SELECT(S→AfS)={b，c，f}；SELECT(S→@)={@，#}；SELECT(H→EH)={b，c，a}；SELECT(H→@)={@，f}；SELECT(K→EK)={b，c，a}；SELECT(K→@)={@，e，d}；SELECT(A→DA)={b，c}；SELECT(A→@)={@，f}；SELECT(B→e)={e}；SELECT(B→d)={d}；SELECT(D→b)={b}；SELECT(D→c)={c}；SELECT(E→D)={b，c}；SELECT(E→aKB)={a}

预测分析器的控制程序总是根据栈**符号和当前输入符号来决定预测分析器的动作，预测分析器的控制程序算法如下：

置指针ip指向输入符号串的*1个字符

while(1)

令X是栈**符号。a是ip所指的符号；

if(X是终结符号或$)

if X==a

pop(X)，更新ip；

else

error()；

else(X是非终结符号)

if M[X，a]：X—yly2?K

pop(X)；

else

error()；

else(X==$)

分析成功；

break；

其中，M[X，a]是指预测分析表中x行和a列相交处的产生式。

下面举例子来说明PLC程序语法分析程序的工作过程。

将指令用小写字母代替后，程序指令变为acababecdcf，将该字符串作为输入，

5、软PLC程序编译的实现

PLC指令表程序的分析是通过对指令表程序的解释而获得程序的逻辑，并以对话框形式演示程序的逻辑状态。在解释过程中，构造2个变量，1个用于存储分支块的逻辑值，另1个用于存储分支块语句的逻辑值。同时构造1个堆栈用来存储解释过程中的结果，分支块的值保存在堆栈中，整个分支块的值保存在1个临时变量中。

PLC指令表程序的解释过程为：1)当解释程序发现LD或LDI指令时，将临时变量值压入堆栈，临时变量赋值为1，临时变量与指令后面的元素进行逻辑与操作，将结果保存在临时变量中；2)当解释程序发现AND或ANI指令时，临时变量与指令后的元素进行与操作，将结果保存到临时变量中；3)当解释程序发现OR或ORI指令时，l临时变量与指令后的元素进行或操作，将结果保存到临时变量中；4)当解释程序发现ANB指令时，临时变量与栈**的值进行与操作，将结果保存到临时变量中，同时堆栈将栈**元素弹出；5)当解释程序发现ORB指令时，临时变量与栈**的值进行或操作，将结果保存到临时变量中，同时堆栈将栈**元素弹出；6)当解释程序发现OUT指令时，将临时变量与栈**的值进行与操作，将结果保存在临时变量中。同时清空堆栈。

程序中所包含的PLC元素会按类别以表格形式列出，元素的不同颜色表示元素的开关状态，红色代表高电平，白色代表低电平。当用鼠标改变输入元素的状态时。输出元素的状态会按照程序逻辑进行改变，改变的结果可由颜色的变化来显示。

6、结束语

软PLC程序的逻辑结果表明，开发的软PLC编译系统能实现软PLC梯形图与指令表程序的相互转换，完成软PLC程序的文法设计和语法分析，对软PLC程序的运行指令作出正确解释，并能按照PLC的工作原理运行，使PC机完成相应的控制功能。开发的软件系统能很容易地实现PLC程序的编辑和逻辑，系统结构简单，使用方法简便，为今后进～步研究和开发软PLC的下位机系统、不断完善软PLC系统的功能和实现其良好的控制特性奠定了基础

1．分析原有系统的工作原理
了解被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。
2．PLC的I/O分配
确定系统的输入设备和输出设备，进行PLC的I/O分配，画出PLC外部接线图。
3．建立其它元器件的对应关系
确定继电器电路图中的中间继电器、时间继电器等各器件与PLC中的辅助继电器和定时器的对应关系。
以上（2）和（3）两步建立了继电器电路图中所有的元器件与PLC内部编程元件的对应关系，对于移植设计法而言，这非常重要。在这过程中应该处理好以几个问题：
1）继电器电路中的执行元件应与PLC的输出继电器对应，如交直流接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯等；
2）继电器电路中的主令电器应与PLC的输入继电器对应，如按钮、位置开关、选择开关等。热继电器的触点可作为PLC的输入，也可接在PLC外部电路中，主要是看PLC的输入点是否富裕。注意处理好PLC内、外触点的常开和常闭的关系。
3）继电器电路中的中间继电器与PLC的辅助继电器对应；
4）继电器电路中的时间继电器与PLC的定时器或计数器对应，但要注意：时间继电器有通电延时型和断电延时型两种，而定时器只有“通电延时型”一种。
4．设计梯形图程序
根据上述的对应关系，将继电器电路图“翻译”成对应的“准梯形图”，再根据梯形图的编程规则将“准梯形图”转换成结构合理的梯形图。对于复杂的控制电路可划整为零，先进行局部的转换，最后再综合起来。
5．仔细校对、认真调试
对转换后的梯形图一定要仔细校对、认真调试，以保证其控制功能与原图相符