文章概述

PLC作為工業自動化中不可或缺的重要組成部分，在生產過程中發揮著關鍵的作用。特別是Ladder Logic語言作為PLC編程的重要工具，為工業系統的控制提供了精準而可靠的支持。 本文詳細闡述了PLC編程的基本原理和功能，深入介紹了Ladder Logic語言的定義、特點、基本語法及其在實際工業系統中的應用。此外，還探討了PLC特殊塊功能和用戶定義功能塊的概念及其作用。

?在當今自動化產業中，可編程邏輯控制器（PLC）扮演著至關重要的角色。而Ladder logic(梯形邏輯)語言可以被視為基于規則而非過程的語言，被廣泛用于編程PLC中，特別是需要順序控制過程或復雜的自動化系統。

本文講述關于PLC -Ladder logic語言基礎，希望能幫助你更好的理解PLC的邏輯。

PLC是什么？

PLC（Programmable Logic Controller），即可編程邏輯控制器，是一種專為工業環境設計的數字運算操作電子系統。它使用可編程存儲器存儲執行各種操作（如邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算）的指令，并通過數字或模擬輸入輸出來控制各類機械設備或生產過程。

圖 1 ：這臺集成顯示屏的 Crouzet EM4 PLC正在運行經典的 “Hello World!” 計劃。

PLC的基本功能是通過邏輯將輸入信號轉換為設備輸出。這類似于鍵盤輸入字符后在屏幕上顯示輸出。在工業環境中，PLC用于控制各種設備和過程，例如根據傳感器信號使機器人執行復雜動作。

什么是Ladder Logic語言？我們先來了解一下PLC編程語言的種類,根據IEC61131-3定義。這包括:

梯形邏輯(LL，Ladderlogic)

功能框圖(FBD，FunctionBlock Diagram)

順序流程圖(SFC，SequentialFlow Chart)

結構化文本(ST，StructuredText)

指令列表(IL，InstructionList)

其中Ladder logic語言應用很廣，他可以快速理清PLC的邏輯規則。Ladder logic語言的排列方式類似于梯子

舉例：如下圖所示的一個梯形圖。這個是 Modicon PLC 程序用于單個按鈕控制過程。

圖 2 :在Schneider Modicon PLC上實現的梯形邏輯程序

創建一個新的梯形圖時，首先可以看到兩條豎線（如圖中橙色線），我們就是在這兩條豎線之間進行梯形圖的編寫程序。

什么是Rung？

如圖2梯形圖中，每一條水平線被稱為一個Rung。Ladder logic符號就放置在這些水平線上。每條Rung代表一條規則，我們可以從左到右、從上到下閱讀這些邏輯和規則。

Ladder logic語言基本語法

在對PLC進行編程之前，請先查看以下編程的基本符號。符號還附帶地址或值，可用于指定輸入、輸出、定時器、計數器和其他特定指令。

Ladder logic符號

Rung 輸入

Rung輸出

為了更好理解，你可以想象“Rung 輸入”是一個按鈕/開關，而“Rung輸出”是一個燈泡/負載。內部的斜線表示常開/常閉狀態。

邏輯 “與”（AND）

上述實現了功能：電機開門= “開關 1 觸發“與 ”開關 2觸發“，即當開關 1與開關 2同時觸發的時候，電機開門。

可以想象成，兩個安保人員，各拿一把銀行金庫的鑰匙。只有兩個人同時轉動鑰匙時，金庫門的電機運作，把門打開。

邏輯“與非”（AND with NOT）

上述實現了功能：電機開門= “開關觸發”與非“障礙物觸發”，即當開關觸發，但是障礙物沒有觸發的時候，電機開門。

可以想象成，兩個安保人員，一個有銀行金庫的鑰匙，一個巡邏是否有壞人。只有當時轉動鑰匙并且沒有壞人的時候，金庫門的電機運作，把門打開。當然，障礙物也可以是某個停止按鈕沒有被按下。

邏輯“或”（OR）

上述實現了功能：電機開門= “開關1觸發”或“開關2觸發”，即當開關1和開關2只要有一個觸發的時候，電機開門。

可以想象成，兩個安保人員，兩個人都有銀行金庫的鑰匙。任何一個人轉動鑰匙，金庫門的電機運作，把門打開。

組合邏輯

上述實現了功能：電機開門= （“開關1觸發”或“開關2觸發”）與非“障礙物觸發”，即當開關1和開關2只要有一個觸發的時候，并且障礙物沒有觸發的時候，電機開門。

可以想象成，三個安保人員，兩個人有銀行金庫的鑰匙，一個人巡邏是否有壞人。任何一個人轉動鑰匙并且沒有壞人的時候，金庫門的電機運作，把門打開。

舉個實際應用：空調系統

圖3：空調系統

我們可以看到有兩條規則：

Rung1：實現功能：空調打開 = “開關觸發” 與 (“溫度傳感器觸發” 或“濕度傳感器觸發“)，即當開關觸發并且溫濕度傳感器只要有一個觸發的時候，空調打開。

Rung2: 實現功能：制冷打開=“空調觸發”與非“制熱觸發”，即空調打開并且沒有按下制熱按鈕的時候，執行制冷

注意：在第二條規則里，空調從規則一里的執行器變成了規則二里的一個檢查器。規則二里的“制冷”，如果繼續寫下一條規則的時候，也可以變成一個檢查器，饋送到另一個輸出設備比如“壓縮機”。這種系統允許將非常復雜的邏輯設計分解和評估。

PLC具有許多類型的特殊塊。它們包括定時器、算術運算符和比較器、表查找、文本處理、PID控制和濾波等功能。

更強大的PLC可以在一組內部存儲位置上操作，并在一定地址范圍內執行操作，例如模擬物理順序鼓控制器或有限狀態機。在某些情況下，用戶可以定義自己的特殊塊，這實際上是子程序或宏。豐富的特殊塊庫以及高速執行使得PLC能夠實現非常復雜的自動化系統。

用戶定義功能塊(UDFB)

用戶定義功能塊(UDFB)之于可編程邏輯控制器(PLC)就像功能之于微控制器一樣。兩者都是用于簡化代碼的結構，使其更容易編寫，故障排除和維護。它們也是允許代碼在將來被重用的基本結構。

UDFB實例：

我們在Arduino Opta 中使用的簡單UDFB的構造。該UDFB采用Arduino PLC集成開發環境 (IDE) 1.0.3.0版本開發。

圖 4 :UDFB實例

如上圖，我們將構建如圖1中突出顯示的UDFB。這個塊被用作狀態機的一部分。它的作用是充當看門人。如果機器的uiState狀態變量等于1，并且啟用了該塊，則執行該行的其余部分。從C編程的角度來看，這就像一個以uiState為索引的開關語句。請注意，前綴ui是匈牙利語的無符號整數表示法。

這種特殊的構造導致了一個相對干凈的梯形邏輯。Rung 3的英文描述是這樣的:

如果UDFBFBuiEqual被啟用并且機器狀態(uiState)繼續

另外，如果主開關是打開的

同樣，如果瞬時選擇開關處于前進位置，則切換到狀態2

否則，如果瞬間選擇開關處于反向位置，則切換到狀態4

總結

作為工業自動化不可或缺的組成部分，PLC在現代工業中的應用越來越廣泛。梯形邏輯已經發展成為一種編程語言，了解Ladder logic語言，可以幫助你更快理解PLC的邏輯。

小編的話

正如本文所介紹的，Ladder Logic語言以其直觀、易懂、靈活的特點在PLC編程中占據重要地位。通過圖形化的表示方法，它簡化了復雜的控制邏輯，使得工程技術人員能夠更快速地理解和編寫PLC程序。因此，LadderLogic語言成為許多工程師的首選編程方式。您對PLC編程語言的特性及其應用有哪些經驗或疑問？