文章概述

PLC作為工業(yè)自動(dòng)化中不可或缺的重要組成部分，在生產(chǎn)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。特別是Ladder Logic語(yǔ)言作為PLC編程的重要工具，為工業(yè)系統(tǒng)的控制提供了精準(zhǔn)而可靠的支持。 本文詳細(xì)闡述了PLC編程的基本原理和功能，深入介紹了Ladder Logic語(yǔ)言的定義、特點(diǎn)、基本語(yǔ)法及其在實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用。此外，還探討了PLC特殊塊功能和用戶定義功能塊的概念及其作用。

?在當(dāng)今自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)中，可編程邏輯控制器（PLC）扮演著至關(guān)重要的角色。而Ladder logic(梯形邏輯)語(yǔ)言可以被視為基于規(guī)則而非過程的語(yǔ)言，被廣泛用于編程PLC中，特別是需要順序控制過程或復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)。

本文講述關(guān)于PLC -Ladder logic語(yǔ)言基礎(chǔ)，希望能幫助你更好的理解PLC的邏輯。

PLC是什么？

PLC（Programmable Logic Controller），即可編程邏輯控制器，是一種專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)執(zhí)行各種操作（如邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算）的指令，并通過數(shù)字或模擬輸入輸出來控制各類機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。

圖 1 ：這臺(tái)集成顯示屏的 Crouzet EM4 PLC正在運(yùn)行經(jīng)典的 “Hello World!” 計(jì)劃。

PLC的基本功能是通過邏輯將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為設(shè)備輸出。這類似于鍵盤輸入字符后在屏幕上顯示輸出。在工業(yè)環(huán)境中，PLC用于控制各種設(shè)備和過程，例如根據(jù)傳感器信號(hào)使機(jī)器人執(zhí)行復(fù)雜動(dòng)作。

什么是Ladder Logic語(yǔ)言？我們先來了解一下PLC編程語(yǔ)言的種類,根據(jù)IEC61131-3定義。這包括:

梯形邏輯(LL，Ladderlogic)

功能框圖(FBD，F(xiàn)unctionBlock Diagram)

順序流程圖(SFC，SequentialFlow Chart)

結(jié)構(gòu)化文本(ST，StructuredText)

指令列表(IL，InstructionList)

其中Ladder logic語(yǔ)言應(yīng)用很廣，他可以快速理清PLC的邏輯規(guī)則。Ladder logic語(yǔ)言的排列方式類似于梯子

舉例：如下圖所示的一個(gè)梯形圖。這個(gè)是 Modicon PLC 程序用于單個(gè)按鈕控制過程。

圖 2 :在Schneider Modicon PLC上實(shí)現(xiàn)的梯形邏輯程序

創(chuàng)建一個(gè)新的梯形圖時(shí)，首先可以看到兩條豎線（如圖中橙色線），我們就是在這兩條豎線之間進(jìn)行梯形圖的編寫程序。

什么是Rung？

如圖2梯形圖中，每一條水平線被稱為一個(gè)Rung。Ladder logic符號(hào)就放置在這些水平線上。每條Rung代表一條規(guī)則，我們可以從左到右、從上到下閱讀這些邏輯和規(guī)則。

Ladder logic語(yǔ)言基本語(yǔ)法

在對(duì)PLC進(jìn)行編程之前，請(qǐng)先查看以下編程的基本符號(hào)。符號(hào)還附帶地址或值，可用于指定輸入、輸出、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和其他特定指令。

Ladder logic符號(hào)

Rung 輸入

Rung輸出

為了更好理解，你可以想象“Rung 輸入”是一個(gè)按鈕/開關(guān)，而“Rung輸出”是一個(gè)燈泡/負(fù)載。內(nèi)部的斜線表示常開/常閉狀態(tài)。

邏輯 “與”（AND）

上述實(shí)現(xiàn)了功能：電機(jī)開門= “開關(guān) 1 觸發(fā)“與 ”開關(guān) 2觸發(fā)“，即當(dāng)開關(guān) 1與開關(guān) 2同時(shí)觸發(fā)的時(shí)候，電機(jī)開門。

可以想象成，兩個(gè)安保人員，各拿一把銀行金庫(kù)的鑰匙。只有兩個(gè)人同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙時(shí)，金庫(kù)門的電機(jī)運(yùn)作，把門打開。

邏輯“與非”（AND with NOT）

上述實(shí)現(xiàn)了功能：電機(jī)開門= “開關(guān)觸發(fā)”與非“障礙物觸發(fā)”，即當(dāng)開關(guān)觸發(fā)，但是障礙物沒有觸發(fā)的時(shí)候，電機(jī)開門。

可以想象成，兩個(gè)安保人員，一個(gè)有銀行金庫(kù)的鑰匙，一個(gè)巡邏是否有壞人。只有當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙并且沒有壞人的時(shí)候，金庫(kù)門的電機(jī)運(yùn)作，把門打開。當(dāng)然，障礙物也可以是某個(gè)停止按鈕沒有被按下。

邏輯“或”（OR）

上述實(shí)現(xiàn)了功能：電機(jī)開門= “開關(guān)1觸發(fā)”或“開關(guān)2觸發(fā)”，即當(dāng)開關(guān)1和開關(guān)2只要有一個(gè)觸發(fā)的時(shí)候，電機(jī)開門。

可以想象成，兩個(gè)安保人員，兩個(gè)人都有銀行金庫(kù)的鑰匙。任何一個(gè)人轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙，金庫(kù)門的電機(jī)運(yùn)作，把門打開。

組合邏輯

上述實(shí)現(xiàn)了功能：電機(jī)開門= （“開關(guān)1觸發(fā)”或“開關(guān)2觸發(fā)”）與非“障礙物觸發(fā)”，即當(dāng)開關(guān)1和開關(guān)2只要有一個(gè)觸發(fā)的時(shí)候，并且障礙物沒有觸發(fā)的時(shí)候，電機(jī)開門。

可以想象成，三個(gè)安保人員，兩個(gè)人有銀行金庫(kù)的鑰匙，一個(gè)人巡邏是否有壞人。任何一個(gè)人轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙并且沒有壞人的時(shí)候，金庫(kù)門的電機(jī)運(yùn)作，把門打開。

舉個(gè)實(shí)際應(yīng)用：空調(diào)系統(tǒng)

圖3：空調(diào)系統(tǒng)

我們可以看到有兩條規(guī)則：

Rung1：實(shí)現(xiàn)功能：空調(diào)打開 = “開關(guān)觸發(fā)” 與 (“溫度傳感器觸發(fā)” 或“濕度傳感器觸發(fā)“)，即當(dāng)開關(guān)觸發(fā)并且溫濕度傳感器只要有一個(gè)觸發(fā)的時(shí)候，空調(diào)打開。

Rung2: 實(shí)現(xiàn)功能：制冷打開=“空調(diào)觸發(fā)”與非“制熱觸發(fā)”，即空調(diào)打開并且沒有按下制熱按鈕的時(shí)候，執(zhí)行制冷

注意：在第二條規(guī)則里，空調(diào)從規(guī)則一里的執(zhí)行器變成了規(guī)則二里的一個(gè)檢查器。規(guī)則二里的“制冷”，如果繼續(xù)寫下一條規(guī)則的時(shí)候，也可以變成一個(gè)檢查器，饋送到另一個(gè)輸出設(shè)備比如“壓縮機(jī)”。這種系統(tǒng)允許將非常復(fù)雜的邏輯設(shè)計(jì)分解和評(píng)估。

PLC具有許多類型的特殊塊。它們包括定時(shí)器、算術(shù)運(yùn)算符和比較器、表查找、文本處理、PID控制和濾波等功能。

更強(qiáng)大的PLC可以在一組內(nèi)部存儲(chǔ)位置上操作，并在一定地址范圍內(nèi)執(zhí)行操作，例如模擬物理順序鼓控制器或有限狀態(tài)機(jī)。在某些情況下，用戶可以定義自己的特殊塊，這實(shí)際上是子程序或宏。豐富的特殊塊庫(kù)以及高速執(zhí)行使得PLC能夠?qū)崿F(xiàn)非常復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)。

用戶定義功能塊(UDFB)

用戶定義功能塊(UDFB)之于可編程邏輯控制器(PLC)就像功能之于微控制器一樣。兩者都是用于簡(jiǎn)化代碼的結(jié)構(gòu)，使其更容易編寫，故障排除和維護(hù)。它們也是允許代碼在將來被重用的基本結(jié)構(gòu)。

UDFB實(shí)例：

我們?cè)?a href="http://hljzzgx.com/v/tag/62/" target="_blank">Arduino Opta 中使用的簡(jiǎn)單UDFB的構(gòu)造。該UDFB采用Arduino PLC集成開發(fā)環(huán)境 (IDE) 1.0.3.0版本開發(fā)。

圖 4 :UDFB實(shí)例

如上圖，我們將構(gòu)建如圖1中突出顯示的UDFB。這個(gè)塊被用作狀態(tài)機(jī)的一部分。它的作用是充當(dāng)看門人。如果機(jī)器的uiState狀態(tài)變量等于1，并且啟用了該塊，則執(zhí)行該行的其余部分。從C編程的角度來看，這就像一個(gè)以u(píng)iState為索引的開關(guān)語(yǔ)句。請(qǐng)注意，前綴ui是匈牙利語(yǔ)的無符號(hào)整數(shù)表示法。

這種特殊的構(gòu)造導(dǎo)致了一個(gè)相對(duì)干凈的梯形邏輯。Rung 3的英文描述是這樣的:

如果UDFBFBuiEqual被啟用并且機(jī)器狀態(tài)(uiState)繼續(xù)

另外，如果主開關(guān)是打開的

同樣，如果瞬時(shí)選擇開關(guān)處于前進(jìn)位置，則切換到狀態(tài)2

否則，如果瞬間選擇開關(guān)處于反向位置，則切換到狀態(tài)4

總結(jié)

作為工業(yè)自動(dòng)化不可或缺的組成部分，PLC在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。梯形邏輯已經(jīng)發(fā)展成為一種編程語(yǔ)言，了解Ladder logic語(yǔ)言，可以幫助你更快理解PLC的邏輯。

小編的話

正如本文所介紹的，Ladder Logic語(yǔ)言以其直觀、易懂、靈活的特點(diǎn)在PLC編程中占據(jù)重要地位。通過圖形化的表示方法，它簡(jiǎn)化了復(fù)雜的控制邏輯，使得工程技術(shù)人員能夠更快速地理解和編寫PLC程序。因此，LadderLogic語(yǔ)言成為許多工程師的首選編程方式。您對(duì)PLC編程語(yǔ)言的特性及其應(yīng)用有哪些經(jīng)驗(yàn)或疑問？