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1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/26E I CVo l.172010No.1欢迎光临本刊网站http:/参考文献1 卓娜,李素华,魏永捷,等.油田燃油注汽锅炉自动控制系统的设计与实现J.制造业自动化,2009,(7):1242127.2 Parts,M.Effectof steam injection into two nearby layers.JournalOf Petroleum Science and Engineering,2003:1172
2、124.3 刘继和,孙素凤.注汽锅炉M.北京:石油工业出版社,2007:1132122.4 宋伯生.PLC编程理论、算法与技巧M.北京:机械工业出版社,2006:3112325.5杨公源.可编程控制器(PLC)原理与应用M.北京:电子工业出版社,2004.6陈在平.可编程控制器技术(PLC)系统设计M.北京:电子工业出版社,2007.7纪春萌.模糊控制在燃煤注汽锅炉控制系统中的应用D.大连:大连海事大学,2008.作者简介:印涛(19822),男,硕士研究生,主要从事油田注汽锅炉自动控制系统,及其配套水处理自动控制系统的研究。收稿日期:200928210doi:10.3969/j.issn.1
3、67121041.2010.01.014PLC结构化文本编程系统的设计与实现韩美卿,郑 明,杨娟娟,熊 伟(西安交通大学 电气工程学院,西安710049)摘要:本文简述了PLC结构化文本ST的基本概念、讲述其编程方法。针对结构化文本ST编程系统的设计要求,基于IEC61131-3国际标准制定的编程规则,采用面向对象的方法,设计出了一套完整实用的数据结构,与此同时介绍结构化文本在基于VC+集成开发坏境下的方案设计与实现过程。关键词:PLC;结构化文本;编程系统中国分类号:TP29 文献标识码:ADesign and i mplementation of PLC STprogramm ing sy
4、stemHANM ei2qing,ZHENGM ing,YANG Juan2juan,XI ONGW ei(School of Electrical Engineering,Xian JiaotongUniversity,Xian 710049,China)Astract:The basic conception、function and programm ing method ofstructured text(ST)were summarized.According to the requirementof the ST programm ing system and the IEC611
5、31-3 internationalstandard,a suitof appropriate data structure was designed based onobject-oriented programm ing.The design scheme and the i mple2mentation based on VC+integrated development environmentforST programm ing system was also introduced in this paper.Key words:PLC;ST;programm ing system0
6、引言可编程控制器(PLC)在工业现场因其编程方便,抗干扰能力强,获得了广泛的应用。利用编程软件编写PLC控制程序,由PLC硬件执行相应操作来完成不同的控制要求,是目前PLC控制场合的首要方式。因此,PLC编程软件是可编程序控制器系统的重要组成部分。IEC61131-3是PLC编程语言的国际标准,它规定了PLC的五种编程语言:三种图形化语言:梯形图语言(LD)、功能块图语言(FBD)、顺序功能图语言(SFC),两种文本语言:指令表语言(I L)和结构化文本语言(ST)。结构化文本语言(ST2Structured Text)与BASI C、PASCAL或C语言等高级语言相类似,具有很强的编程能力;
7、编程格式自由、程序紧凑具有很强的数据处理能力,对熟悉计算机高级语言开发的人员来说更方便理解和使用;使用ST语言可方便地编写复杂控制程序;可移植性好;结构化文本语言由一系列具有逻辑结构的表达式语句构成,表达式由操作数和操作符组成,其基本的语句有赋值语句、功能块调用语句、IF结构语句、CASE结构语句、FOR结构语句、WH I LE结构语句、REPEAT结构语句等。一个典型的减计数器程序下所示:IF LD THEN CV:=PV;ELSIF CD AND(CV PVmin)THEN CV:=CV-1;END_IF;Q:=(CV =0);1ST编程系统的设计1.1ST编程系统的组成ST编程系统的主要
8、功能:给用户提供一个友好的程序编辑界面,帮助用户简捷、快速地进行ST程序编写;对用户输入的程序进行语法检查,不规范编程或程序错误进行有效提示和错误定位;将语法检查正确的ST程序按照PLC的控制逻辑转换成C语言。整个ST编程系统包括3个模块:编辑模块、检查模块和转换模块。ST编辑模块是软件与PLC编程人员交互的窗口。编辑模块中可以双击指令树和用户直接输入指令两种方式进行编程。编辑模块除了具有普通记事本的基本编辑功能(撤消恢复、剪切、复制、粘贴、查找、替换、定位到、全选等)外,还能够对不同类型的文本内容区分颜色高亮显示,并且支持全局变量和局部变量的编辑。用户可以动态调整界面大小、颜色和字体属性等。
9、ST检查模块分为两个部分:实时检查和非实时检查。实时检查即时提示和限制编程人员的不规范编程操作;非实时检查是用户在编程完毕整体编译时调用。典型的非实时检查包括IF结构检查、FOR结构检查、WH I LE结构检查以及功能调用函数的检查,并将详细的错误信息在输出窗口显示,并且实现了错误位置的跟踪。ST转换模块是将结构化文本程序转换为单片机C51语言文件,使用KeilC51编译器编译链接C51文件,生成可执行文件,并通过串口下载到单片机来控制执行;也可以将结构化文本程序转换成C语言文件,通过GCC编译器编译链接生成可执行文件下载到PLC硬件来控制执行。1.2 系统框架结构根据ST编程系统的特点,本文
10、设计了如下的系统框架结构,如图1所示。科研设计成果 仪器仪表用户 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息E I CVol.172010No.127图1ST编程系统结构框图其中,ST编辑模块、检查模块和转换模块的功能在上一节已做介绍。编译系统和连接系统负责将中间代码信息和PLC所需其他信息连接起来并经过译码形成最终可下载的目标文件;程序传送系统负责上下位机间的串口通信,包括目标程序的上下载等。1.3 系统的设计以及相关数据
11、结构基于ST编辑模块的基本需求设计了如下的类层次结构图,如图2所示。图2 结构化文本程序组织单元类的派生体系图中的CPEditUnit是所有编辑类的基类,CPPOU是程序组织单元类的基类,由此派生出结构化文本的程序组织单元类CPSTPOU,同时直接由CPEditUnit类派生出结构化文本的基本单元:命令行类CPSTCmdLine。一个结构化文本程序组织单元类CPSTPOU维护了一个结构化文本命令行类CPSTCmd2Line的链表。结构化文本文本形式是结构化文本文档中数据的实体。它是和磁盘文件交互时,保存和加载用的数据;是结构化文本视图显示的数据;是结构化文本视图更新时所对应的数据。结构化文本程
12、序的文本形式派生关系如图3所示。结构化文本检查模块的设计:检查的过程实际上是对程序组织单元POU内的语句组的检查分析。分为词法分析与语法分析。词法分析是整个检查模块的基础,其任务是:从左至右逐个字符地对用户程序的每一条语句行进行扫描,产生一个个的单词符号,把作为字符串的用户程序转换成为单词符号串的中间程序,用于随后进行的语法分析。为了有效地实现所要求的功能,设计的词法分析程序需要完成几个任务:命令行预处理,识别出每个单词,确定单词的类型。语法分析的任务是分析一个语句行的结构是否符合语句的要求。此外,不同的结构都有其相应的关键字及结构标志,在检查时都得分析。语法分析的目标就是分析语句或结构的完整
13、性,将分析结构以指令树的形式记录并且记录错误信息。而对于每一种结构,其基本的检查思想是相通的,但具体的检查步骤却有所不同。结构化文本转换模块的设计:转换是将结构化文本(ST)语言程序转换成C51或C语言程序。ST语言程序转换成C51或C程序的主要代码分为两类:与ST程序对应的C51或C语言程序主体,转换过程所需的外界参数和设置(例如为相应的C51单片机设置相关的参数)。转换代码的主体已经实现了ST语言下:赋值语句、功能调用语句、IF结构、CASE结构、WH I LE循环、FOR循环、REPEAT结构向对应C51程序的转换。在用户的结构化文本程序向C51转换的时候按照如图4所示流程来进行。图3
14、结构化文本程序的文本形式派生关系图4 结构化文本转化为C51的流程2 系统的实现结构化文本编程系统是一个完整的PLC编程系统,本文是在W indows XP平台+Visual C+6.0集成环境进行开发。结构化文本编辑模块是一个独立的模块,编辑功能已经完善,支持所有的基本编辑功能,并且在代码中通过设置了撤消和恢复双向链表有效地实现了编辑操作的撤消与恢复功能。结构化文本的检查模块和转换模块均采用动态链接库实现。使用动态链接库一方面可以节省系统资源开销,另一方面体现了系统模块化思想,减少模块间耦合,便于管理。编译连接系统和程序传送系统也采用动态链接库实现。前者主要根据具体PLC相关信息将中间代码翻
15、译成与硬件相应的目标代码;后者使用W indows API实现串口通信,将PLC程序的目标代码文件下载到PLC中,同时也可以将程序从PLC上传到上位PC机。3 结束语本文依据IEC6113123国际标准规定的ST语言的特点和相关需求,设计了一套完整易用的数据结构,成功实现了一个界面友好、功能齐全、编程快捷、使用方便且易于维护的结构化文本编程系统。目前该编程系统使用良好,能够满足客户需求,并且在W indows 2000和98系统下运行正常。参考文献1侯俊杰.深入浅出MFC.第二版M.武汉:华中科技大学出版社,2002.2 BOOCH G.面向对象分析与设计M.冯博琴,冯岚,薛涛等译.第二版.北
16、京:机械工业出版社,2003.3中国国家标准化管理委员会.GB/T 15969.32005可编程序控制器 第3部分:编程语言 S.北京:中国标准出版社,2005.4范次猛.可编程控制器原理与应用M.北京:北京理工大学出版社,2006.5林小峰.基于IEC6113123标准的控制系统及应用M.北京:电子工业出版社,2007.6冯博琴,冯岚等译.面向对象分析与设计M.北京:机械工业出版社,2003.作者简介:韩美卿(19842),女,硕士研究生,主要研究方向:自动化软件开发;郑明,女,高级工程师,西安交通大学电气工程学院教师,主要研究方向:控制理论与控制工程。收稿日期:2009207226仪器仪表用户 科研设计成果