www.plcworld.ABSTRACT实操派文库THE REALIZATION OF LADDER DIAGRAMSOFTWARE IN PC AND DISPLAYING ARITHMETICBASED ON THE STANDARD IEC61131-3的工业自动化手册册下载到实操派ABSTRACTThe article generally introduces the development history of PLC and thestandard of IEC61131,the content of the standard of IEC61131,five types ofprogramming language based on the standard IEC61131-3,software modelstructure,and the present situation of domestic and international PLCdevelopment,then introduces the structure and run mechanism,then narrates实操the realization of designing PLC with ladder diagram language based on thestandard IEC61131-3,the project includes the design of total structure anddata structure.The total structure contains the design of PC software and thedesign of the software and hardware in AVR.PC software includes the动化modules below:project management module,editor module,debug module,册arithmetic module and serial munication module.The integral structure isdesigned independently,mainly divided into three layer data structures,thefirst layer data structure is the form of struct array,every struct elementcontains the information of every element;the second layer data structure isthe form of binary instructions,we design arithmetic to translate first-classcodes into second-class codes;after optimizing the second layer data structure,PLC变频器触摸屏伺服软启动电气工程15021230050www.plcworld.实操派文北京化工大学硕士学位论文派we form the third layer data structure,third-class codes are stored in RAM,thesystem software we devoloped in FLASH execute third-class codes step bystep,controlling distant I/O modules.Then the article analyses the structures自动化手册of first-class codes and second-class codes,the arithmetic of translating ladderdiagrams into first-class codes and transforming second-class codes to ladderdiagrams.At last,the paper explains the realization of serial municationbetween PC and AVR.是快The project is pleted by three persons.I mainly take charge ofdesigning PC software and three layer data structures,translating the ladderdiagrams into first-class codes,transforming second-class codes to ladderdiagrams and the design of serial munication in PC software.The article isvery important to develop homemade PLC system.实操派文库KEY WORDS:IEC61131,PLC,LD,Serial Communication实操派文库一最全的工业自动化手册自动化手册下载：到实操派学PLC就是快IVPLC变频器触摸屏伺服软启动电气工程15021230050www.plcworld.实操派文库北京化工大学位论文原创性声明实操派文库最全的工本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，最全的工业自动化手册独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：8.6.3关于论文使用授权的说明实操派文居学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编业自动化手册学位论文。载到保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在2年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。快作者签名、日期：导师签名：日期：PLC变频器触摸屏伺服软启动电气工程15021230050www.plcworld.实操派文第一章概述第一章概述1.1课题来源桑派文库一最全的工业自动化手册本课题来自北京机械工业自动化研究所北京鼎实创新科技有限公司。北京鼎实创新科技有限公司作为工业自动化领域的高科技技术公司，多年来从事于现场总线产品的研究与生产工作。现阶段鼎实公司为了继续开拓市场，希望加深对PLC运行机制的研究并致力研发国产PLC,本人作为公司的客座研究生参加了整个PLC设计开发工作并为公司国产PLC研发工作团队做出了重大贡献。项目名称为基于国际标准EC61131国产plc开发。项目由三个人共同完成，其中本人主要负责上位机软件设计，三层数据结构的设计，将梯形图转化为一级代码，将二级代码反显为梯形图及上位机串口通信程序的设计。1.2EC61131标准简介EC(国际电工技术委员会)是一个由所有国家电工委员会(EC国家委员会)组成的世界性标准化组织。EC的目标是促进在电气和电子领域所有涉及标准化问题方实操派文面的国际合作。实IEC61131国际标准是1993制定的，其目的是：第1部分建立定义，并标识与可编程序控制器及其外围设备的选择和应用相关的主要特征；第2部分规定可编程序控制器(PLC)及其外围设备的设备要求和相关的测试：第3部分为每种最常用的编程语言定义主要的应用领域、语法和语义规则、简单而完整的编程元素基本集、可适用的测试，以及制造商可以扩展或修改这些基本集以自动化手适应于他们自己的可编程序控制器实现的手段：第4部分为PLC最终用户提供本标准的一般性综合信息和应用导则；第5部分定义了可编程序控制器与其他电子系统间的通信：第6部分保留：第7部分定义用于模糊控制的编程语言；第8部分提供在第3部分中所定义的编程语言的应用和实现的导则。IEC(International Electrotechnical Commission)61131-3是IEC61131国际标准的第三部分，是第一个为工业自动化控制系统的软件设计提供标准化编程语言的国际标准。61131-3国际标准得到了包括有美国AB公司、德国西门子公司等世界知名大公司在内的众多厂家的共同推动和支持，它极大地改进了工业控制系统的编程软件质1PLC变频器触摸屏伺服软启动电气工程15021230050www.plcworld.北京化工大学硕士学位论文派量及提高了软件开发效率，它定义的一系列图形化语言和文本语言，不仅对系统集成商和系统工程师的编程带来很大的方便，而且对最终用户同样会带来很大的方便，它在技术上的实现是高水平的，有足够的发展空间和变动余地，使得能很好地适应于下一个世纪。EC611133规定了二大类编程语言0：业自动化手册文本化编程语言：指令清单语言(L)结构化文本语言(ST)图形化编程语言：梯形图语言(LD)功能块图语言(FBD)。在标准的文本中没有把顺序功能图(S℉C)单独列入编程语言，而是将它在公用元素中予以规范。这就是说，不论在文本化语言中，或者在图形化语言中，都可以运用SFC的概念、句法和语法。但习惯上也把它叫做另一种编程语言。表1-1·PLC编程语言使用情况调查Table1-1 The investigation of PLC program languages语梯形图语功能块图顺序功能C语言指令表语结构文本流程图语年言言LDFBD图SFC言L语言ST言200396%38%17%13%12%10%15%200594%37%18%17%14%13%13%实操表1-1是美国的《控制工程》杂志2005年一份调查报告中关于PLC编程语言使用的百分比统计。我们可以看到EC61131中所规范5种编程语言使用的比例最高的是梯形图语言(LD),本项目也是基于梯形图的PLC设计实现。基于EC61131标准PLC设计的软件模型如图1-1间m:业自动化手册下载：到"实操派”，学PLC就是快最全的工业自动化手册2PLC变频器触摸屏伺服软启动电气工程15021230050www.plcworld.实操派文库一最全的工业白动任务任务任务任务程序程序程序最全的工业自动化手册全局和真接表达的变和实例专用的初始化通信功能(见GB/T15969-5)执行控制路径变量存取路径功能块变量图1-1基于EC61131标准软件模型Fig.1-1 The software model based on IEC61131配置对应于GB/T15969-1中定义的PLC系统的语言元素。资源对应于GB/T15969-1中定义的“信号处理功能”及其“人机接口”功能和“传感器和执行机构接口”功能（如果实操派有该功能的话)。一个配置含有一个或多个资源，每个资源包含在零个或多个任务控制下执行的一个或多个程序。一个程序可以包含零个或多个功能块或由本部分定义的其他语言元素@。通过GB/T15969-1定义的功能即：“操作员接口”、“编程、测试和监视”或“操作系统”，可以启动和停止配置和资源。启动应配置使其全局变量进行初始化，随后启动配置中的所有资源。启动资源应使资源内的所有变量初始化，随后启动资源中的所有任务。资源的停止导致其所有任务的停止，配置的停止导致其所有资源的停止。自动化手1.3基于EC61131标准的PLC发展可编程序控制器的英文为Programmable Controller,在二十世纪七十至八十年代一直简称为PC。由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC,加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC,Programmable Logic Controller),为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。PLC变频器触摸屏伺服软启动电气工程15021230050www.plcworld.实操派文北京化工大学硕士学位论文1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。我国市场上流行的有如下几家PLC产品：施耐德公司，包括早期天津仪表厂引进莫迪康公司的产品，目前有Quantum、自动化手册Premium、Momentum等产品。罗克韦尔公司（包括AB公司）PLC产品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等产品：西门子公司的产品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列产品：GE公司的产品；日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品a。由于各PLC厂家产品在指令系统上的差异及编程方法上用户要求不同，近年来EC制订了基于Windows的编程语言标准EC61131-3(注：1993年EC颁布可编程序控制器的国际标准EC1131),它规定了指令表(L)、梯形图(LD)、顺序功能图(SFC)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)五种编程语言。这包括了文本化编程(L、ST)和图形编程(LD、FBD)两个方面，而SFC则在两类编程语言中均可使用。EC技术委员会(TC65)近来开展了EC61499项目，将EC61131-3进行了扩展，它是针对通过通信网络互联的模块化分布系统的体系结构的标准，将对EC61131-3有所改善。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件，是PLC发展的一大趋势。实操派文EC61131软件模型具有如下优点w:1.在一台PLC中同时装载、启动和执行多个独立的程序：EC61131标准允许一个“配置”内有多个“资源”，每个“资源”能够支持多个程序，这使得在一台PLC中可以同时装载、启动和执行多个独立的程序，而传统的PLC程序只能同时运行一个程序。2.实现对程序执行的完全控制能力：EC61131标准的这种“任务”机制，保证了PLC系统对程序执行的完全控制能力。传统PLC程序只能顺序扫描、执行程序，对某一段程序不能按用户的实际要求定时执行，而EC61131程序允许程序的不同部分在不同的时间、以不同的比率并行执行，这大大地扩大了PLC的应用范围。3.EC61131软件模型能够适应很广范围的不同的PLC结构：EC61131软件模型是一个国际标准的软件模型，它不是针对具体的PLC系统，而是具有很强的适用性。4.EC软件模型既能适合小型的PLC系统，也可适合较大的分散系统。5.正C软件支持程序组织单元的重用特性：软件的重用性是EC软件的重要优点。6,EC软件支持分层设计：一个复杂的IEC软件通常可以通过一层层的分解，最终分解为可管理的程序单元。PLC的发展总是与T技术相联系的，PLC发展过程中有了工控机的支持就产生了pcbasedcontrol技术，由于windows nt,.2000等实时操作平台以及利用现场总线技术PLC变频器触摸屏伺服软启动电气工程15021230050www.plcworld.第一章概述IVO模型的出现就出现了softplc。.PLCOpen成立于1992年，总部设立于荷兰，其支持机构分设于美国IL的Elgin和日本的东京。PLCOpen是一独立于生产商和产品的国际性协会，主要工作就是支持、宣传和推广EC61131国际标准。PLCOpen的目标是通过在众多的程序开发环境中应用这个标准，、用户即可在不同品牌产品和不同类型的控制之间移植控制程序，并动化手且能方便地互换。为了达到这个目标，PLCOpen致力于提供与/或使用EC61131的兼容产品。为保证产品兼容性，由PLCOpen授权的研究机构颁发合格的认证证书，从而促进该标准的实施。为了推广应用EC61131,真正体现它的国际性，又考虑到中国经济的高速发展和融入全球经济一体化的快速进程，PLCopen国际组织几年前就开始与中国机电一体化技术应用协会接触，希望在我国能成立PLCopen中国组织。经过反复酝酿和筹备，在2005年9月完成了正式组建的任务。这是继PLCopen国际组织在欧洲、北美、日本之后第四个成立的本地化的组织机构。传统的PLC公司如西门子、三菱、Rockwell、MOELLER、LG、GE-FANUC等公司编程系统的开发均是以EC61131为基础或与IEC61131一致。尽管这些编程工具距离标准的EC61131语言还有一定距离，但这些公司的编程系统会逐渐或终将与EC61131编程语言一致，是毋庸质疑的。工控软件公司编程工具对正C61131编程语言的支持情况因为EC61131-3编程实操语言是EC工作组在合理地吸收、借鉴世界范围的各可编程序控制器(PLCs)厂家的技术、编程语言、方言等的基础之上，形成的一套新的国际编程语言标准。它既反映了各PLC厂家编程语言的合理的、共性的东西，又形成了新一代编程语言规范的基础。任一符合EC61131标准的独立编程工具通过适当的修改，是完全可能应用于一个具体的PLC目标系统的。在国际上，符合正C61131标准的编程工具主要以德国KIopper--Wiege(KW软件公司的MULTIPROG、infoteam软件公司的PDAT等为代表。KW软件公司迄今已通过OEM方式为世界众多PLC厂家提供了编程系统，如自动化手日本的FUJI(富士)入HITACHI(日立)、OMRON(欧姆龙)、MISHUBISHI(三菱)、DEC(和泉)，美国的ABB、VACON公司等III。国内从80年代末开始自主研发PLC,一直到93年没什么进展，在这之后国家放弃了自主开发PLC,这之后国产PLC研发停滞不前。直到90年代末，国内PLC自主研发才重新开始，开始研发组态软件，随后出现了国产组态王软件。我国是世界EC组织的成员国，国家曾经委托中国机电一体化技术应用协会，翻译、制定了针对EC61131的国际标准第一版国家标准，并于1995年11月发布实施。在当时，EC61131-3标准的重要性还不为很多人所认识，所以，EC61131-3标准并没有得到很好的推广。总的说来，由于我国PLC厂商与世界PLC厂商在技术、产品质量方面还存在着巨大差距，故在推广、应用EC61131-3标准方面还与世界水平存PLC变频器触摸屏伺服软启动电气工程15021230050www.plcworld.北京化工大学硕士学位论文在着很大差距。但在当前世界各PLC厂商正越来越多地采用或使用EC611313标准的形势下，在我国推广、应用EC61131-3标准的工作势在必行。近些年来，国内致力于自主知识产权的EC61131-3编程系统开发的有：亚控科技、浙大中自、大连理工大学计控研究所，以及北京凯迪恩自动控制技术公司等m-u。其中亚控的KingAct已经实用，浙大中自的SunyIEC实现了标准EC61131-3中的五种控制语言，是目前自动化手国内自行开发并拥有自主知识产权的编程系统，达到了较高的技术水平。从最近举办的国际现代工厂/过程自动化展览、多国仪器仪表等展览看，已有多家EC61131-3编程系统制造商如德国的KW软件公司、美国的Thik&Do公司等进入中国市场2m。1999年六月，PLCOpen组织派员参加了由中国机电一体化技术应用协会举办的FAPA'99国际现代工厂/过程自动化技术与装备展，并与中国机电一体化技术应用协会讨论了在中国建立办事处的事宜。中国机电一体化技术应用协会负责在国内推广应用EC61131-3标准及PLC0pem组织在中国的工作。EC61131对PLC发展的影响：EC61131标准除了对工控编程语言的改造和发展产生直接的影响，起着指导规范的作用之外，它对PLC技术的发展也发挥了重要的指导作用。正C61131标准主要是通过其提出的软件模型，为PLC技术的发展开创了前所未有的新路。特别要强调的是，它为PLC的体系结构从单一的封闭系统提升为多CPU结构的开放式系统，奠定了理论基础。实操1.4课题实现的意义实操派文库最全在EC61131颁布之前，我们所见到的PLC都是单CPU、运行一个任务，控制一个程序的。人们习惯称之为传统PLC。直到EC61131正式发布几年之后，PLC的市场才推出了在单一机架上插装多个CPU模块的体系结构。在此基础上结合网络技术、自动化手微电子技术发展了现代PLC,为PLC的与日俱进、在工控市场上继续立于不败之地，创造了技术条件。从这个意义上讲，EC61131的出现是传统PLC和现代PLC的分水岭。EC61131的软件模型是现代PLC的软件基础，是整个标准的基础性的理论工具，帮助人们完整地理解除编程语言以外的全部内容。它是一种面向未来的开放系统。现今，主要的PLC产品厂商包括美国的AB,法国的施耐德，德国的西门子，日本的三菱，欧姆龙，富士，台湾的台达等，他们都有自己的PLC软硬件开发标准，各PLC开发厂商使用不同的PLC开发语言及配套的硬件环境，如西门子的stp7必须和s7-200,s7-300/400等西门子提供的硬件环境相适应才能进行PLC开发，同时各个厂商的PLC开发系统相互不兼容，比如三菱的PLC开发的梯形图不能直接移植到西门子PLC变频器触摸屏伺服软启动电气工程15021230050