基于OOP的PLC编程方法探讨

常海

摘 要：将面向对象程序设计方法应用于PLC程序设计中，可以大大提高编程效率和可维护性。文章给出了一个在STEP7软件中实现类的抽象与封装的简单示例。

关键词：PLC；面向对象；程序设计

在PLC的编程设计中，如果外围设备很多，则PLC程序设计将面临编程效率低、程序维修困难等问题。把“面向对象”的程序设计方法引进PLC程序设计，可以提高代码的使用效率，减小程序出错的可能性。因而提高PLC程序的编程效率和程序的可维护性。

1 传统PLC程序设计

现代工业生产的控制系统经常要涉及到多个外部设备，设备的动作往往有严格的时序要求。长久以来，多使用“面向过程”的程序设计方法。以过程为中心构造应用程序，数据和数据处理过程代码是相互独立的，可重用代码少，且代码量大时，维护数据和代码相当困难。其缺点有：割裂被控对象在PLC程序与现实中的联系，内部逻辑与被控对象不明确，程序的后期维护困难；程序的内部逻辑关系非常复杂，控制流程不明确，容易出错；输入与输出都缺乏整体性，程序员往往孤立考虑各输入点或输出点的逻辑和控制。

2 面向对象的程序设计概念

面向对象程序设计方法OOP（object-orientedprogram）直接以现实世界中的事物为中心来思考问题，按照事物的本质特征把它们抽象为对象，作为构建软件系统的基础。程序与现实世界之间具有极强的对应关系，大大降低了软件开发的难度。

⑴类。类是对所有具有相同属性的事物的抽象概念，相当于模具；而对象是类中的一个实体，相当于是用模具制造出来的一个产品。同一类设备的控制方法、信号反馈、故障检测等操作相同或相似，如水泵电机、油泵电机和驱动电机等，可以抽象为一个电机类，编写其通用性模块。

⑵封装。封装将数据与操作数据的源代码有机结合成类。封装将对象的属性和方法形成一个不可分割的整体；只保留有限的对外接口，并尽可能隐藏内部的具体细节。封装在对象与外界之间建立了一道屏障，使外界只能通过对象所提供的接口与对象发生联系，而不能直接修改对象的属性值。比如驱动电机在PLC程序中可能不仅要“启动”与“停止”，还需要监测电机电流、轴温等。拥有多个驱动电机的设备，可将这些特性抽象，封装在一个类里。这就可以大大简化整个系统PLC程序的结构，提高编程和维护的效率。

3 面向对象程序设计方法的特点和设计原则

3.1 面向对象程序设计方法的特点

⑴以“对象”或“数据”为中心，对象接收了消息就发生动作。对象自然对应领域的模块性，可被用作组件去构成更复杂的应用。对象封装的是某一实际需求的成分，改变某一对象对整个系统几乎没有影响；⑵类与类以层次结构组织。属于某个类的对象除了具有该类的特性外，还继承其更高层次所有全部性质；⑶由于类的模块性与继承性，可在原有对象的数据类型和功能的基础上通过重用、扩展和细化设计新的应用程序，达到事半功倍的效果；⑷程序开发容易。系统中控制方法和功能相同或相似的设备很多时，这一特点尤为突出；⑸程序调试方便。只要把系统调试的可能性柔性地编到类的通用模块中，便可应对同类设备所有预料的突发问题。只須修改一个通用模块，或者仅仅是修改几个参数，也可应对没有预料到的问题；⑹系统维护和功能扩展方便。对象的存在使程序的可读性大大增强，数据的封装使得在对系统进行维护和功能扩展时，不需知道设备的具体情况，只要知道设备的输人输出的接口即可。

3.2 设计原则

面向对象程序设计的基本原则如下：⑴对象设计。把设备分类，抽象和封装公共的属性，赋予其现实的意义。⑵控制流程的设计。编写处理逻辑关系与工艺流程的控制程序，形成功能模块，通过接口来调用被控设备。既能使工艺流程清晰，又使被控对象明确，从而提高了程序的可维护性。

4 基于STEP7软件的示例

STEP7软件具备模块化的编程方法，可将自动化任务分解为能够反映某种过程工艺、功能或可以反复使用的更小的任务块（FC或FB），主程序循环块OB1通过调用这些块来完成整个自动化任务。对应面向对象程序设计方法中类的抽象和封装，主程序调用不同的类进行实例化，编写控制程序。

在某工程项目中，使用西门子S7-300PLC控制三台同1型号变频器。输人变量有：变频器启动ST，变频器停止SP，变频器输出电流I1，变频器所驱动电机的轴温T1。输出变量有：变频器启动输出Q，经过数值变换后的变频器电流I2，经过数值变换后的电机轴温T2。按照OOP方法的要求，针对控制对象与变量，使用STEP7软件函数功能块抽象出变频器对象FC1，实现如下功能：（1）使用ST和SP接口变量控制输出变量Q。（2）使用I_BCD函数实现I NT型变量（输入电流） 转换为BCD型变量（内部程序使用）。在主程序OB1的梯形图中放人三个被控变频器的FC1，将外部变量（输入：ST，SP，I1，T1。输出：Q，I2，T2）分别与FC1定义的变量对应起来进行控制.

5 结论

基于OOP的程序设计方法的应用使PLC程序的实现更加容易，更加可靠，也为程序的调试和后续的维护及功能的扩展提供了广阔的空间。它在PLC程序设计中的应用可以使它的设计向着工业化的设计方向发展，使大型PLC程序在集体合作设计时分工更加明确，性能更加可靠。

[参考文献]

[1]西门子公司.S7-300 PLC STEP BY STEP[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[2]沈被娜，等.计算机软件技术基础[M].北京：清华大学出版社，2000.