在线会议
论坛
专题
工控直播
新闻中心
子站
技术
社区
梯形图逻辑，是可编程逻辑控制器(PLC)的主要编程语言之一。它简单易用，并以图形方式表示继电器触点和线圈。不过，问题是：与其它编程语言相比，梯形图逻辑能在多大程度上满足当前和未来复杂的自动化需求？答案可能比继电器和线圈要复杂的多。
梯形图逻辑的起源
自动化的出现要早于PLC，那时使用继电器网络来充当应用的“大脑”。没有编程人员的角色：只有工程师负责设计电路、电工负责组装。当将逻辑绘制到图纸上时，电路被记录在有点类似梯子的标准结构中，因此被命名为“梯形图”(见图1)。
图 1: 一个简单的梯形图逻辑示例。本文图片来源: Breen机器自动化服务
当PLC刚出现时，宣称它们会为自动化带来很多好处，但没有人知道如何对其进行编程。然后有人想到用梯形图对PLC进行编程，这样工业领域就可以利用现有的编程技能。工程师和电工也可以阅读和理解程序。在很大程度上，自动化设计可以遵循与继电器相同的模式。
在PLC之前，继电器控制需要占用机柜的物理空间，而这些机柜需要花钱购买，接线也需要时间。它们只能实现开/关功能——在继电器逻辑中，无法实现模拟、数学工具或数据收集功能(除了特殊继电器中的一些定时和计数功能)。即使是最大、最复杂的自动化系统，也受到继电器物理特性的限制www.cechina.cn，因此梯形图逻辑语言并不需要做太多。
如今，PLC所用的处理器芯片，所占用的空间、资金和时间成本比继电器更少，但能实现的功能更多。另外，PLC中使用的编程语言也在不断扩展，以实现不断增加的功能。现在，梯形图逻辑可以实现的功能比过去更多。PLC通常用于模拟控制，至于跟踪部件数据(条形码、测试结果、校准)、控制运动和其它更多任务，梯形图逻辑仍然是主要语言。
随着编程语言的发展，自动化变得更加复杂。对PLC进行编程已成为一种更专业化的职业。对电工来讲，阅读和维护梯形图逻辑并不十分方便，而且在即将到来的新一代劳动力中，梯形图逻辑也不是普遍掌握的技能。
其它PLC编程语言
国际电工委员会的工业控制编程标准IEC 61131-3，以及个人计算机（PC)编程也对工业编程产生了重要的影响。这些语言通常被视为梯形图逻辑的补充，而不是对立面。
由于PLC逐渐开始流行，工业界发现需要新的标准来指导编程。IEC委员会通过IEC 61131标准（主要是第三部分(IEC 61131-3)中的语言）来解决这一需求。标准中所定义的可以互换的4种编程语言——梯形图、功能块图、结构化文本和指令列表，还有一种被称之为顺序功能图的程序组织语言。
每种语言都有自己的优点和缺点，它们可以在某个程序中一起使用，以便更好地支持不同的程序功能。对于哪种语言最适合哪种任务，要根据不同的应用情况进行讨论(见图 2)。通常情况下，过程或以离散方式运行、或以连续方式运行。自动化也倾向于直接依靠数字量或模拟量输入输出(I/O)。
图 2:IEC 61131-3 语言概述以及它们最适合编写出可读性程序的领域。
从PC世界中蜕变而出的自动化语言，往往被用于特殊程序或外设的应用程序。这可能包括与数据库的接口或为自动化外围设备的编程控制工程网版权所有，如摄像机和机器人。结构化文本 (在 IEC 61131 中的定义)与Pascal语言非常相似。IEC 61131编程标准面世时，Pascal语言是常用的PC编程语言。此后，虽然Pascal语言不再流行，但这是自动化行业向PC行业借鉴的一个很好的例子。现在，在自动化中行业中，也有些正在应用的PC语言，例如C++、Java和C#。这些语言虽然功能强大，但在自动化领域还没有得到广泛的应用。
考虑编程语言的关键因素
在将梯形图逻辑与其它潜在选项进行比较之前CONTROL ENGINEERING China版权所有，了解程序真正需要做什么，这一点非常重要。程序必须能够使自动化运行，虽然几乎任何语言都能做到，但现实也对其提出了其它要求。这在很大程度上归结于可读性。应该仔细考虑有关编程语言的3个关键问题：
A. 程序员或维护技术人员，能否查看代码并了解其功能？
B. 能否快速发现问题，最大限度地减少机器停机时间？
C. 当需要新功能时，是否易于扩展程序？
不同语言的特性会影响程序员编写可读程序的能力。以下9个方面可能会影响编程语言的选择。
1. 基本知识
梯形图逻辑应用广泛，很容易就能找一个能阅读理解程序的人。虽然某些行业对其它IEC 61131语言表现出一定的偏好，但并没有被普遍采用或理解。自动化中使用的PC语言往往非常流行，并且有大量的支持资源，但这些资源并不总能应用到工业领域，这就降低了可能的潜在收益。
2. 内部文档
每种语言都有一种方法，可以让程序员用简单的语言来解释程序的意图。在梯形图逻辑中，这主要是用回路注释和标签(变量) 注释来完成的，它们适用于简单的回路，但对较大的回路或数学函数的帮助则较小。
其它IEC 61131语言各不相同，但通常很适合记录它们擅长的内容。例如，结构化文本在数学计算和循环结构文档方面表现良好。PC语言往往有更多的功能，可用于内部文档，有时甚至会自动从源代码生成文档，为程序员或技术人员创建手册，以参考和快速了解整体结构。
3.决策结构和循环
简单来讲，编程归结为“如果发生这种情况，就那样去做”。这是一个名为“如果，那么”的决策结构。在本文讨论的所有语言中，此结构都易于使用和理解。但是，如果程序员想重复做同一件事情，梯形图逻辑对这些结构支持的并不是特别好，通常会导致代码的可读性较差。而结构化文本和PC语言往往更擅长常见的决策和循环结构。
4. 数学
加、减法很容易，在任何语言中都能处理的很好，但当涉及复杂的数学功能时，那又会怎样呢？梯形图逻辑支持算术和一些基本函数，如绝对值或平方根，但如果计算涉及的内容更多，它们的可读性往往较低。从视觉效果上，注释与它们记录的内容是分开的，而且重复执行数学运算并不是特别好CONTROL ENGINEERING China版权所有，因为循环功能并不完美。结构化文本和PC语言功能往往更强大，因为它具有更强大的数学功能。PC语言提供的高级数学函数，几乎可以用于任何目的CONTROL ENGINEERING China版权所有，还可打包，以方便使用。
5. 可视性
阅读一个不熟悉的程序，就像通过纸管阅读一本探险小说，不得不在书的不同部分之间来回切换，因此一次只能看到页面的一部分。适合屏幕显示的代码量，可能会影响程序员判断程序功能的执行和方法。通常情况下，屏幕上只能同时显示1到5行的梯形逻辑。它的图形性质使其信息密度很小，程序员难以“看到”整个程序。而顺序功能图，虽然也是图形化的，由于具有较高级的属性，因此可以在一定程度上避免这个问题，就像一本带有目录的短篇小说。基于文本的语言(结构化文本和PC语言)信息量往往更密集，在屏幕上一次可以显示30-50行代码。
6. 封装、代码复用
有什么措施可以应对不断增加的复杂性？开车时，司机并不需要考虑点火时间、牵引力控制或发动机冷却策略。所有其它无关的东西都被抽象掉，自成一体、自我管理。在编程中，这被称为“封装”。封装的好处，不仅仅是让程序在不同的细节层次上更容易理解；而且这也意味着代码可以复用。
如果根据程序设计，用机器来计算一天中每个小时的整体设备效率，则可以对其进行编程：计算一次整体设备效率，然后每小时复用一次。梯形图逻辑和其它IEC 61131语言，都可以很好地做到这一点。PC语言增加了面向对象功能，这使其变得更强大。IEC 61131提供了面向对象的规定，但PLC制造商并不总是执行这些规定，这意味着程序员可能无法使用它们。
7.库文件
库文件允许用户通过将经封装、测试的代码添加到程序中，使代码复用提升到一个新的水平。仍然用汽车作例子，虽然用户不知道引擎盖下有什么部件，但仍然可以驾驶它。梯形图逻辑和IEC语言对类似功能的支持有限。
PC语言有很多库文件支持，而且通常是免费的。并不是为了与梯形图逻辑一较高下，但它们确实是经常适用于梯形图逻辑不太适用的领域，如数学、视觉检查和数据处理。
8.模拟与数字
在许多方面，模拟与数字参数有点类似于数学参数。梯形图逻辑在数字信号和信息方面做得非常好，但在模拟方面却不太擅长。功能块是另外一种 IEC 61131 语言，它在模拟信号方面做得非常好，但在数字信号方面却不太擅长。结构化文本和PC语言，能很好地处理这些，但由于它们更灵活，因此程序员需要更好地组织代码以提高可读性。
9. 确定性
在自动化应用中，按照循环周期(例如，每15毫秒)读取输入、执行程序和写入输出，对控制器(PLC、PC)很重要。这就是所谓的确定性。梯形图逻辑和所有 IEC 61131 语言都是确定性的。
PC语言各不相同。例如，C++ 可以是确定性的，但像 Java 和 C# 这样的高级语言，通常不具有确定性。
最好的选择是什么
那么梯形图逻辑与其它逻辑是如何匹配的呢？它仍然受到离散自动化行业的青睐，在这些行业中，数字输入和输出是常态。另一方面，在模拟输入和输出占主导地位的过程工业，则更多的使用功能块语言，来处理这部分代码。
当然，行业偏好只由上述因素之一，技术支持也很重要。现有的技术支持，在很大程度上是历史上适用规范的体现，因为最近的历史决定了当今的劳动力经验。由于梯形图逻辑长期以来被广泛采用，所以使用不同的编程语言可能看起来像是一个未卜的前景。
大量新毕业的大学生有基于文本的语言经验，但并没有梯形图逻辑的经验。随着劳动力的更新换代，并且随着更多支持文件的出现，行业偏好可能会倾向于基于文本的语言。未来，自动化操作很可能会包括多种语言。只用一种语言思考问题，可能会对实现这些目标产生不利影响。
PLC将使用一种或多种语言，众多外围设备也是如此。对于程序员来说，了解哪些语言是可用的、哪种语言适合于哪些领域，以及如何用其创建可读、有资源支持的代码将至关重要。（作者：Jon Breen）
.jpg)
每个联接都经得起时间考验-Moxa有奖调查.jpg)
AVEVA InTouch Unlimited试用版下载
福禄克三大“法宝”帮您搞定过程仪表校准难题
2024年度最佳产品奖颁奖典礼会后报道
2024全球自动化和制造主题峰会会后报道.png)
