基于专利分析的嵌入式软PLC编程系统的设计探析

马建峰

（江苏海事职业技术学院，江苏南京 211100）

基于专利分析的嵌入式软PLC编程系统的设计探析

马建峰

（江苏海事职业技术学院，江苏南京 211100）

利用VC++开发工具，在Windows操作环境中完成嵌入式软PLC编程系统设计。在进行软PLC梯形图元件数据结构研究过程中，以面向对象设计思路为基础，提出了梯形图元件集合存储和交互的基本方案。系统结构基础为VC++的Document/View，利用软PLC编程系统软件设计功能来进行编辑、编译以及仿真等多项应用的添加，通过计算机算法的应用，提升功能应用性能。结合梯形图编辑和编译扫描原理，对嵌入式软PLC编程系统方案进行了说明。该方案具有成本低、效率高等特点，为软件开发者提供了一种全新的思路。

软PLC；梯形图；编译；仿真

计算机科学技术的发展，全面带动了传统PLC控制功能技术的创新发展，而软PLC技术的出现及应用正是传统控制软件创新的产物。软PLC技术满足了现代化工业控制技术的基本要求，其结构更为开放，在多种硬件环境中都能够正常应用，这一优势彻底将存在与传统PLC系统的兼容问题予以解决。在软PLC中，其控制运算被封装在软件中，基于此，软PLC基础性功能与传统PLC系统是相一致的，同时利用计算机操作系统还可以进行编辑、运算以及编译等多项其他传统PLC所不具备的新功能。软PLC软件同传统PLC技术相比，前者具有标准化的编程语言、模块化的控制功能以及灵活的硬件配置等特点。文章将对在Windows环境中，将VC++开发工具应用到嵌入式软PLC编程系统中去，事实上，VC++软件应用对人机交互界面的优化具有一定的作用。另外，VC++以其固有的面向对象机制在梯形图数据结果设计方面的应用，也具有一定的优势，同时加上相应算法的应用，为软PLC编程系统设的完成创造了条件。

1 嵌入式软PLC系统结构

运行系统和编程系统是嵌入式软PLC系统的主要构成部分，其中运行系统以运行目标代码为主，实现控制作用，保证程序功能发挥；而编程系统是以梯形图为作用目标，对其实施编辑、指令解析以及生成目标代码等。

由国际电工委员会发布的IEC61131-3国际标准是软PLC编程系统编程语言的根本。它的一大特点就是开放性，由四大模块构成，即编辑、编译、仿真和通信。用户系统开发环境是由编译模块提供的；而用户在进行扫描和程序编译过程中，编译模块为其提供了一定的技术支持；用户在进行程序调试工作过程中，仿真模块可以通过其离线模拟功能的发挥来为用户提供服务；最后，用户编译完成的目标指令，必须完成下载并传输到运行系统中去才能实现系统应用，那么这一环节就主要依靠通信模块完成。

2 软PLC编程系统界面设计

目前，有关编程语言设计标准，国际方面共设定了五种基础的PLC编程语言标准，其分别为梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、结构化文本（ST）、功能模块（FBD）以及指令表（IL）等，梯形图以其简单、直观等特点在实践应用中较为频繁，基于此，文章编程系统也是以梯形图为基础来进行用户程序开发工作的。软PLC系统开发过程中，VC++开发工具是较为常用的系统开发工具之一，该工具通过多文档结构的利用完成梯形图和相应指令格式的构建，其中主要以*.lad、*.txt较为常见，在开发过程中，人机交互界面主要是由指令表区、信息输出区以及梯形图编辑区等三部分构成的。

梯形图编辑区可以完成对与梯形图相关参数的设置工作；指令表区则可以将与梯形图相关的逻辑指令显示出来；最后信息输出区以对可能出现语法错误信息的梯形图显示出来，同时执行正确的输出信息等。

3 梯形图数据结构设计解析

3.1 梯形图元件类的继承关系设计分析

简单元件和复杂元件是梯形图主要元件构成，其中简单元件主要由常开触点、输出线圈以及常闭触点等，而复杂元件则主要包括定时器、数据运算以及计数器等。面向对象的继承特性为派生其他元件子类提供了基础，例如在系统开发过程中，可以设定其中一类为梯形图元件总体接口，并利用这一接口来进行其他元件子类的派生操作。

3.2 梯形图容器的数据结构设计

通常情况下，梯形图容器主要是通过双向连接结构方式来表示的，这是因为：首先链表存储结构的完成是以梯形图添加、修改、删除等基本操作为基础的；其次，梯形图整个编辑过程都是处于动态变化状态中的，因此过程中梯形图的行数、元件类型以及列数等都具有一定的不确定性，而通过链表结构形式的应用可以进一步提升系统数据结构的清晰度和有效性。

4 梯形图的编辑、编译及仿真解析

4.1 梯形图的编辑

梯形图编辑模块封装于视图类，故而其数据存储和显示过程中是不存在直接联系的，从而最大限度的降低了存在于代码中的耦合性。一般情况下，梯形图编辑主要分为以下几步：首先，对加载梯形图元件的类型进行选择；其次，将鼠标位置置于编辑区域，通过扫描程序的利用获得鼠标单击处的笛卡尔坐标值；再次，将梯形图元件移入到存储链表中；第四，完成梯形图在界面的显示；第五，完成梯形图其他相关参数的设置操作。

4.2 梯形图的编译

在编程系统中，梯形图的编译是其中的重要内容，而编译环节操作主要以对梯形图的程序语法分析、循环扫描以及逻辑分析等为主，通过以上这些操作可以生成一种被系统认可和识别的目标程序。例如梯形图编程语言的规范性就可以通过这一方法的运用来进行分析。首先编译程序对梯形图进行扫描，经语法分析、逻辑分析等完成后，若是梯形图编程语言中存在错误，那么这时显示界面就会将错误信息内容直接以窗口的方式显示出来，用户可以直观的看到编程成中的错误点，进行改正操作。

梯级是梯形图扫描和编译的基本单位，同时它也是互为影响的行所构成的最小单元，如图2所示就代表一个梯级。通常情况下，深度扫描算法是梯形图扫描常用的方式之一，该算法在应用过程中以竖线元素为逻辑区分，以从左向右，由上至下的方式完成每一个元素的扫描。

图2 梯形图扫描过程图

4.3 梯形图的仿真解析

从理论上分析，仿真模块的存在是为了对编译程序执行状态进行检测，以进一步避免编程程序出现编辑错误。嵌入式软PLC系统设计过程中，仿真模块的应用实现了对梯形图程序运行状态的现场模拟，一旦其中程序存在错误可以直接发现并修改编辑。其具体应用如下：梯形图程序在仿真模块的作用下转化为C程序，之后通过逻辑控制方式来实现指令的执行。其中仿真模块主要有梯形图更新显示模块、逻辑运算模块以及算术运算模块等三种，其中仿真模块的核心是逻辑运算模块，主要实现对梯形图数据信息的识别，同时为逻辑状态的转移提供支持。仿真模块在应用过程中，可以直接读取存储梯形图逻辑信息的配置文件，并对梯形图元件以及与其相应的逻辑关系完成还原处理操作。另外，仿真模拟过程中应当注意的是，动态仿真的应用可以对梯形图编程中可能存在的错误进行直观的显示，同时将错误位置显示出来，方便用户进行实时的追踪。其具体为：梯形图元件能流在道统过程会出现变色反显，而这种现象可以利用重绘触发的形式来予以实现。

5 结语

综上所述，嵌入式软PLC编程系统设计工作涉及的到内容较多，且相互之间存在着一定的联系，通过编辑、编译、仿真等多项操作可以最大的限度的保证程序设计的准确性。例如仿真模拟对发现编程中的错误点具有十分重要的作用。另外，编辑过程中代码的耦合性也有所降低，具备较强的移植性，设计人员在设计过程中应当加大对每一环节的重视程度，避免出现错误。

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Analysis on The Design of the Embedded Soft PLC Programming System Based on Patent Analysis

Ma Jianfeng
(Jiangsu maritime vocational and technical college,Nanjing Jiangsu 211100)

The use of vc++development tools in Windows operating environment to complete the embedded soft PLC programming system design.In the soft PLC ladder diagram element data structure in the process of research, based on the object-oriented design idea,put forward the ladder diagram element collection storage and interaction of basic solution.System structure based on vc++Document/View,use of soft PLC programming design system soft⁃ware function to edit,compile,and simulation and so on many applications of add,through the application of comput⁃er algorithms,function application performance.Combining the ladder diagram editor and compile scanning princi⁃ple,the embedded soft PLC programming system solutions.The scheme has the characteristics of low cost and high efficiency,for software developers to provide a new train of thought.

soft PLC;ladder diagram;compile;the simulation

TP273

A

1003-5168（2016）10-0077-03

2016-9-30

马建峰（1970-），男，硕士，讲师，研究方向：自动化。