几种ＰＬＣ编程平台的比较

李　坤　李成锋　马　平　黄　鑫　王海鹏

摘要：基础自动化系统是工业自动化系统中最重要的部分，是实现整个系统自动化运行的核心。基础自动化大多通过PLC控制器进行，实现基础自动化主要是进行PLC的组态与编程。

关键词：PLC软件；基础自动化；组态；编程

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）05-0030-02

基础自动化系统是工业自动化系统中最重要的部分，是实现整个系统自动化运行的核心。基础自动化大多通过PLC控制器进行，实现基础自动化主要是进行PLC的组态与编程。目前市场上拥有多个PLC厂家及编程平台，各自具有不同的特色，本文对冶金行业运用较多的三种平台进行了比较阐述，对PLC编程平台的结构进行概括，方便相关软件的使用和改进。

一、几种PLC编程平台

我国工控机系统的发展道路，大多是在引进成套设备的同时，也相继引进了各种工控机系统，并开始自己设计控制系统和装置，然后进行消化吸收，进行二次开发和应用。也有一些厂家引进国外技术，与外商合作合资组装生产国外产品，并逐步实现国产化。工控机来讲，主要产品有PLC、DCS、IPC、FCS、RTU等，其中份额最大的仍然是PLC，并且在其他工控产品的竞争之下仍然保持这进一步增长的趋势。在工业控制系统中，PLC可与上位机联网，也可下挂PLC及智能仪表，组成分布式控制系统。PLC已广泛应用于冶金、电力、石油、化工、轻工、食品、市政、交通和军工等行业，在冶金行业中，PLC是主流控制器，为PLC第一大应用行业，且目前仍被国外产品垄断，其中应用最多的仍然为西门子，其他如ABB、Schnerder、Rockwell应用也较多，Omron及Mitsubishi在冶金行业也有应用，其他则使用很少。因为冶金行业西门子PLC应用较多，相关总线也以Profibus为主，组态平台也就以西门子的STEP为主流，界面则多为WINCC设计，其他相对典型的是ABB的IndustrialIT工业控制系统 AC 800M。PLC应用包括选型、安装、组态、编程、调试，最主要的便是编程，以程序实现过程的自动化，PLC供应厂家通常同时提供自己的PLC软件，其PLC及软件除基本原理外各有各的特色，现对几种运用过的软件平台做一个比较与阐述，对PLC软件平台典型结构进行概括，旨在给予软件平台使用的总体认识及改进的角度，方便学习与选择。

（一）ALSTOM ALSPA P80I

ALSPA P80I 编程工具是ALSTOM用于对ALSPA C80 - HPCI高性能控制器进行配置、编程和监测的编程软件，拥有图像监控辅助功能及含有PERTU变量曲线监督（monitoring）工具，是面向对象与面向结构的结合。其编程软件平台结构为：

1．工程浏览器：第一层为项目（project），即主目录；其下包含硬件组态、用户自定义功能模块列表及处理器层；第二层为处理器层(CPU)，最多可以配置4个处理器；第三层为资源（Resource）层，每个CPU可以设置最多32个资源，资源的概念实际上是CPU中程序按主要功能进行分类，如PLC控制、通讯及数据库处理等；第四层为文档及任务层（Document and Task），文档包含同一资源下所用到的所有程序，Task则是依据不同任务编制的程序，相当于文档中程序按照任务重新分类，不同的Task可以重复使用到同一个文档程序，这样的处理方式方便按任务查找程序，及对程序进行统一浏览与管理，避免重复建设，亦即对需要重复使用的程序，只需直接复制或稍作修改，不必重新编写，而在任何一个地方修改了程序就会作用到所有交叉使用到的同一程序中。ALSPA P80I 中任务程序必须从文档中复制后再进一步加工。

2．库浏览器：显示所有系统及用户自定义的功能块，用户自定义包括自定义系统功能块及自定义程序功能块。自定义功能块可以就功能块外观进行设置，其内容则需将新的功能块放置在一个程序中然后打开编写界面进行编写。

3．变量浏览器：查看所有数据库变量。P80i的特点是树状结构，硬件配置简单，没有很复杂的选型；数据库处理形式简明；库的配置浏览比较方便。但程序语言只有功能块（包括LogiCAD FBD及Cogito FBD）及梯形图（Ladder：GEM80），由于功能块连线较多铺开范围大，使得程序粗放而不利于浏览，虽然有导航窗口，但要将复杂的逻辑关系看得比较清楚仍然效率不高。

（二）ABB Industrial Compact Control Builder

ABB CompactCB 是ABB Industrial IT的组成部分，主要用于ABB高端PLC AC 800M的编程组态，与ALSPA P80i有些相似，都为库-程序结构。ALSTOM的ALSPA P80i将项目、库、变量分窗口显示，ABB的CompactCB则为分目录显示。P80i的库主要是功能块库，而ABB的库将库之间的引用关系和变量描述包含在内，且将控制器模块独立显示，库的层次感比较强，另外还包含有硬件库提供硬件配置的选择。

CompactCB的权限功能较强，对一些项目都有密码设置功能以决定是否可以对其进行系统操作。

CompactCB提供五种编程语言：功能块（FBD）、结构文本（Structure Text）、梯形图（Ladder Diagram）、顺控图（Sequential Function Chart）和指令表（Instruction List），以及ABB自有的功能强大的Control Module语言。其应用层结构与库层类似，亦分库引用、数据类型、功能块类型（Function Block Types）、控制模块类型（Control Module Types）及控制模块，程序则位于'program'项中。对控制模块（控制块类型）双击可打开，亦可用右键中Goto功能进入编辑页面，程序（功能块类型）则需Goto状态打开进入编辑页面（库中可双击打开，编辑页面存在权限设置），同时Goto中的项目中浏览（In project explore）可以查看该块在库中的位置。这些组成功能与STEP7是类似的。CompactCB的控制器层包括了应用引用、库引用、硬件配置、任务速度级别设置（快、中、慢）和变量。

CompactCB的特点是：功能及硬件配置较为齐全，支持语言较多，权限设置方便，但是显得有些杂乱繁琐，相比而言，ALSPA虽然简单粗放，但也简洁明了，说明描述及程序逻辑关系都比较明确，而CompactCB的变量函数有时候要弄清名称含义就得花费不少功夫。

（三）SIEMENS STEP7

SIEMENS的STEP7本身组合了多种功能，是比较典型的大而全的软件平台，也是PLC编程组态的经典软件，其兼容普遍使用的编程环境，结构明确、功能齐全、编程方便，这与SIEMENS的PLC控制器本身功能集成较为强大是相互关联的。与ALSPA P80i基于库、任务及ABB CompactCB基于库、控制模块的结构不同，SIEMENS STEP7没有繁琐地定义库，以程序本身为主，其结构立足于处理器原理，着眼于控制器本身，将数据、变量、程序以块的形式进行组织，结构明晰，使程序与数据之间的联系更明朗化。编程界面支持LAD、STL、FBD三种典型的通用PLC编程语言，是使用最方便、程序阅读最清楚的编程界面。虽然ALSPA P80i、ABB CompactCB同样使用了高级语言如C、C++来编写库，但SIEMENS STEP7在编程界面风格上与高级语言较为靠近，包括VC、VB的风格，符合一般化的编程风格模式，使用起来很方便，也易于程序员掌握。STEP7为不同偏好的程序员提供不同的语言，包括语句表STL（适用于偏好使用类似机器码的语言进行编程的用户，程序将根据运行时间和存储器要求进行优化）；梯形图LAD（习惯于使用电路图进行工作的用户，编写逻辑控制程序）；功能块图FBD（熟练布尔代数的逻辑框的用户，编写逻辑控制程序）；F-LAD、F-FBD选项包（熟悉编程语言LAD和FBD的用户，编写F系统的安全程序）；SCL （结构控制语言）选项包（使用过高级语言例如PASCAL或C语言进行编程的用户，编写数据处理任务程序）；S7-GRAPH选项包（顺序控制的简便描述）、HiGraph选项包（异步、非顺序控制的简便描述）、CFC选项包（连续过程的描述，适用于希望面向技术功能进行工作且不具备丰富编程/PLC知识的用户）。STEP7的另一个特点是程序块的类型，它包含五种程序块：组织块（OB），功能块（FB），功能（FC），数据块（DB）及系统功能（SFC）和系统功能块（SFB），不同的程序块使得数据结构和程序结构条理清晰逻辑性强，有利于用户对程序的掌握，同时STEP7的用户自定义数据类型及变量表更拓展了数据结构的使用及对程序监控的方式。STEP7的硬件配置界面及网络配置界面（NetPro）一目了然，在硬件配置工具中可将参数分配给功能模块（FM）和通讯处理器（CP）。但对于初学者来讲，由于其硬件配置明细，对选型要求较高。如果事先不知道用什么硬件，组态时选型比较麻烦。STEP7系统化结构化强，适合开发更深更高级的应用，对于PLC编程开发人员尤其冶金行业来讲，掌握STEP7基本上就等于掌握PLC实现的通行证了。

二、结语

PLC软件系统的一般功能结构包括硬件组态、逻辑程序编制及逻辑程序执行结果监视，系统结构包括系统软件、应用软件及编程语言，而就软件形式来讲，以上所用到的ALSTOM、ABB及SIEMENS平台显示了两种典型的PLC编程软件结构，ALSPA与ABB皆呈现面向结构的形式，而西门子则更类似于程序语言软件。由于PLC控制器与编程软件通常是捆绑在一起的，各个厂家并没有通用的PLC编程平台，因此编程软件本身的功能也与PLC本身的性能紧密联系。在控制系统设计中，除工艺功能外，要求设计人员对PLC的硬件性能，编程语言，软件结构都要了解。三种PLC控制系统在各自的项目应用中皆能稳定顺利的运行，但相对来讲，ALSTOM用于电力系统的自动化较为合适，对于工业自动化系统有所欠缺。从钢厂的系统应用效果来讲，三种软件平台在顺控方面的差异不大，而产品性能控制上，西门子、ABB较为成熟，西门子则相对更为精细一些，并具有行业和市场上的优势。

参考文献

[1]工业控制自动化行业基本状况．中国自动化网．

[2]PLC未来发展趋势——开放的多功能一体化PLC．国际电器网．

[3]ALSTOM公司．Programming Toolkit for ALSPA C80-HPCi．

[4]ABB公司．Control Builder Professional Program．

[5]西门子公司．Step7 v5.3编程使用手册．