軟PLC編譯系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與仿真

軟PLC控制技術(shù)是基于軟件和硬件在邏輯功能上等效的思想，采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC硬件的功能。軟PLC系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成，上位機(jī)為用戶提供編輯界面和多種編程語(yǔ)言環(huán)境，便于用戶在PC機(jī)上進(jìn)行PLC程序的編輯，同時(shí)還對(duì)下位機(jī)的一些狀態(tài)量進(jìn)行監(jiān)控，并給下位機(jī)發(fā)送指令。

　　用戶編輯完P(guān)LC的梯形圖和指令表程序后，只有通過(guò)對(duì)程序的編譯來(lái)獲取程序的邏輯后才能按照PLC的工作原理運(yùn)行。為了配合在PC機(jī)上運(yùn)行的軟PLC編輯開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，使PC機(jī)完成相應(yīng)的控制功能，開(kāi)發(fā)了軟PLC編譯系統(tǒng)。

　　1、軟PLC程序編譯系統(tǒng)的組成

　　PLC編譯模塊由梯形圖語(yǔ)法檢查模塊、梯形圖程序邏輯檢查模塊和指令表程序語(yǔ)法檢查模塊組成。梯形圖程序語(yǔ)法檢查模塊檢查用戶PLC圖形程序有無(wú)指令標(biāo)記重復(fù)、指令地址越界等語(yǔ)法錯(cuò)誤；梯形圖程序邏輯檢查模塊檢查PLC圖形程序有無(wú)邏輯錯(cuò)誤；語(yǔ)言程序語(yǔ)法檢查模塊檢查用戶語(yǔ)句程序有無(wú)拼寫(xiě)、指令格式、指令地址越界等語(yǔ)法錯(cuò)誤。

　　編譯程序的構(gòu)造包括詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義分析、錯(cuò)誤的檢查和處理以及代碼生成和代碼優(yōu)化等程序。

　　2、軟PLC程序的遍歷算法

　　軟PLC程序的遍歷算法主要包括梯形圖遍歷算法和指令表遍歷算法。梯形圖程序由若干個(gè)梯級(jí)組成，遍歷時(shí)以梯級(jí)為單位，采用深度優(yōu)先的掃描方法。按從上到下，從左到右的順序進(jìn)行。在掃描過(guò)程中，遇到并聯(lián)結(jié)點(diǎn)就轉(zhuǎn)入下一行進(jìn)行掃描，行與行之間的切換由指針的變換來(lái)實(shí)現(xiàn)，原先位置的指針被預(yù)先存儲(chǔ)起來(lái)，待并聯(lián)模塊掃描完后。再?gòu)脑瓉?lái)的位置開(kāi)始往下掃描。梯級(jí)和掃描順序如圖1所示。

　　圖1 梯級(jí)和掃描圖

　　指令表是由一系列指令組成。且指令按照鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，按照順序讀取指令即可完成對(duì)指令表的遍歷。

　　3、梯形圖與指令表程序的相互轉(zhuǎn)換

　　3.1 梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表

　　梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表是以梯級(jí)為單位進(jìn)行的。

　　對(duì)于沒(méi)有并聯(lián)支路的梯級(jí)，只要根據(jù)梯形圖元素在梯級(jí)中的位置和元素的類(lèi)型，即可將梯形圖轉(zhuǎn)換為指令表。對(duì)于包含有并聯(lián)支路的梯級(jí)，可以按照遍歷梯形圖的方法，一邊遍歷一邊轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，首先設(shè)定1個(gè)全局變量nDepth(梯級(jí)深度)，以確定梯級(jí)的深度，然后判斷1個(gè)梯級(jí)是否包含并聯(lián)支路。如果包含則調(diào)用包含有并聯(lián)支路的轉(zhuǎn)換程序，然后順序讀入當(dāng)前梯級(jí)深度層次上的梯形圖元素；如沒(méi)有發(fā)現(xiàn)并聯(lián)支路，則調(diào)用不含并聯(lián)支路的轉(zhuǎn)換程序依次轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中。每轉(zhuǎn)換完1條支路就要添加1個(gè)ORB支路并聯(lián)指令。

　　在對(duì)整個(gè)梯形圖程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，首先生成nLine(行號(hào))和nDepth 2個(gè)全局變量，然后從頭開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完1個(gè)梯級(jí)后。下1個(gè)梯級(jí)從第nLine(nLine=nLine+nDepth+1)行開(kāi)始，直到梯形圖文件結(jié)束為止。

　　3.2 指令表轉(zhuǎn)換成梯形圖

　　指令表轉(zhuǎn)換成梯形圖的過(guò)程就是根據(jù)PLC指令語(yǔ)句生成相應(yīng)的梯形圖元素鏈表的過(guò)程。因?yàn)樘菪螆D和指令表程序是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，可按照語(yǔ)句對(duì)應(yīng)生成相應(yīng)的梯形圖元素，利用在梯形圖向語(yǔ)言表轉(zhuǎn)換文件中已設(shè)計(jì)好的位圖資源，建立標(biāo)志符和位圖之間的相應(yīng)關(guān)系。轉(zhuǎn)換時(shí)，將語(yǔ)句表以文件流的方式存入文本文件中，逐行分析，通過(guò)適當(dāng)?shù)乃惴ㄌ幚恚谝暣爸挟?huà)出對(duì)應(yīng)的梯形圖符號(hào)，直到文件結(jié)束。此外，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，需要將程序劃分為若干小節(jié)，每節(jié)對(duì)應(yīng)梯形圖中的1個(gè)梯級(jí)。在指令表中，梯級(jí)的劃分可根據(jù)OUT指令來(lái)進(jìn)行。串并聯(lián)模塊的劃分可根據(jù)ANB和ORB指令進(jìn)行。

　　4、軟PLC程序的語(yǔ)法分析

　　在對(duì)PLC程序進(jìn)行編譯時(shí)，先將由PLC其他語(yǔ)言編寫(xiě)的程序轉(zhuǎn)化為指令表后再進(jìn)行處理。程序語(yǔ)言的文法通常包括I組終結(jié)符、I組非終結(jié)符、1個(gè)開(kāi)始符號(hào)和1組產(chǎn)生式。

　　4.1 軟PLC程序的文法設(shè)計(jì)

　　軟PLC程序文法主要指PLC指令表語(yǔ)言的文法設(shè)計(jì)，PLC指令表語(yǔ)言與梯形圖語(yǔ)言存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。PLC的指令表程序由若干條語(yǔ)句組成，每條語(yǔ)句包括語(yǔ)句號(hào)、操作碼和操作數(shù)。操作碼是PLC指令系統(tǒng)中的指令代碼，包括邏輯取、觸點(diǎn)串聯(lián)指令、觸點(diǎn)并聯(lián)指令指令、支路并聯(lián)指令、支路串聯(lián)指令和線圈驅(qū)動(dòng)指令。操作數(shù)主要是PLC內(nèi)部的繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。下面是一段PLC指令表例程。

　　以三菱公司F1系列的邏輯指令為例來(lái)說(shuō)明指令表文法的設(shè)計(jì)，并選取指令集中的一個(gè)子集來(lái)作為研究對(duì)象，該子集由邏輯取指令(LD，LDI)、觸點(diǎn)串聯(lián)指令(AND，ANI)、觸點(diǎn)并聯(lián)指令(OR，ORI)、支路并聯(lián)連接指令(ORB)、支路串聯(lián)連接指令(ANB)和線圈驅(qū)動(dòng)指令(0UT)等基本指令組成。