基于PLC的组合机床电气控制系统设计与组态—第三章

三、PLC控制系统软件设计

PLC控制系统的设计包括了系统硬件设计和系统软件设计两部分，在上一章已经介绍了本系统的硬件设计。本章在硬件设计的基础上，将介绍本系统软件设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法，编程软件GX-Developer的介绍以及本系统的软件程序设计等。

3.1、PLC的编程语言与编程方法

3.1.1、PLC的编程语言

PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC，其编程语言都具有以下特点：1、图形式指令结构、2、明确的变量常数、3、简化的程序结构、4、简化应用软件生成过程、5、强化调试手段。

总之，PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。

IEC中的PLC编程语言标准中有五种编程语言：顺序功能图编程语言、梯形图编程语言、功能块图编程语言、指令语句表编程语言、结构文本编程语言。

最常用的就是梯形图编程语言和指令语句表编程语言。

1、梯形图编程语言：是在原继电器—接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它是目前用得最多的PLC编程语言。

注意：梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。它们并非是物理实体，而是“软继电器”。每个“软继电器”仅对应PLC存储单元中的一位。该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、常闭触点断开；状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。

梯形图编程格式：

（1）梯形图按行从上至下编写，每一行从左往右顺序编写。PLC程序执行

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顺序与梯形图的编写顺序一致。

（2）梯形图左、右边垂直线称为起始母线、终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止于继电器线圈或终止母线（有些PLC终止母线可以省略）。

（3）梯形图的起始母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与终止母线之间则不能有任何触点。

2、指令语句表编程语言：助记符语言类似于计算机汇编语言，用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。

助记符语言常用于手持编程器中，梯形图语言则多用于计算机编程环境中 。

3.1.2、PLC的编程方法

在设计PLC程序时，可以根据自己的实际情况，采用下列不同的方法。 1、经验法

即是运用自己的或别人的经验进行设计，设计前选择与设计要求相类似的成功的例子，并进行修改，增删部分功能或运用其中部分程序，直至适合自己的情况。在工作过程中，可收集与积累这样成功的例子，从而可不断丰富自己的经验。

2、解析法

可利用组合逻辑或时序逻辑的理论，并运用相应的解析方法，对其进行逻辑关系的求解，然后再根据求解的结果，画成梯形图或直接写出程序。解析法比较严密，可以运用一定的标准，使程序优化，可避免编程的盲目性，是较有效的方法。

3、图解法

图解法是靠画图进行设计。常用的方法有梯形图法、时序图（波形图）法及流程图法。

梯形图法是基本方法，无论是经验法还是解析法，若将PLC程序转化成梯形图后，就要用到梯形图法。

时序图（波形图）法适合于时间控制电路，将对应信号的波形画出后，再依时间逻辑关系去组合，就可很容易把电路设计出。

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流程图法是用框图表示PLC程序执行过程及输入条件与输出关系，在使用步进指令的情况下，用它设计是很方便的。

图解法和解析法不是彼此独立的。解析法要画图，图解法也要列解析式，只是两种方法的侧重点不一样。

4、技巧法

技巧法是在经验法和解析法的基础上，运用技巧进行编程，以提高编程

质量。还可以使用流程图做工具，讲巧妙的设计形式化，进而编制所需要的程序。该方法是多种编程方法的综合应用。

5、计算机辅助设计

计算机辅助设计是利用PLC通过上位链接单元与计算机实现链接，运用

计算机进行编程。该方法需要有相应的编程软件。

3.2、PLC编程软件概述

三菱PLC编程软件GX-Developer是三菱通用性较强的编程软件，它能够完成Q系列、QnA系列、A系列（包括运动控制CPU）、FX系列PLC梯形图、指令表、SFC等的编辑。该编程软件能够将编辑的程序转换成GPPQ、GPPA格式的文档，当选择FX系列时，还能将程序存储为FXGP（DOS）、FXGP（WIN）格式的文档，以实现与FX-GP/WIN-C软件的文件互换。该编程软件能够将Excel、Word等软件编辑的说明性文字、数据，通过复制、粘贴等简单操作导入程序中，使软件的使用、程序的编辑更加便捷。

此外，GX-Developer编程软件还具有以下特点。 （1）操作简便

①标号编程。用标号编程制作程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。

②功能块。功能块是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易，此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序使得顺序输入错误。

③宏。只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令，就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵

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活利用了。

（2）能够用各种方法和可编程控制器CPU连接 ①经由串行通信口与可编程控制器CPU连接； ②经由USB接口与可编程控制器CPU连接；

③经由MELSEC NET/10（H）与可编程控制器CPU连接； ④经由MELSEC NET（II）与可编程控制器CPU连接； ⑤经由CC-Link与可编程控制器CPU连接； ⑥经由Ethernet与可编程控制器CPU连接； ⑦经由计算机接口与可编程控制器CPU连接； （3）丰富的调试功能

①由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。通过该软件可进行模拟在线调试，不需要与可编程控制器连接。

②在帮助菜单中有CPU出错信息、特殊继电器/特殊寄存器的说明等内容，所以对于在线调试过程中发生错误，或者是程序编辑中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下，通过帮助菜单可非常简便的查询到相关信息。

③程序编辑过程中发生错误时，软件会提示错误信息或错误原因，所以能大幅度缩短程序编辑的时间。

GX-Developer编程软件的操作界面为图7所示，该操作界面大致由下拉菜单、工具条、编程区、工程数据列表、状态条等部分组成。这里需要特别注意的是在FX-GP/WIN-C编程软件里称编辑的程序为文件，而在GX-Developer编程软件中称之为工程。

与FX-GP/WIN-C编程软件的操作界面相比，该软件取消了功能图、功能键，并将这两部分内容合并，作为梯形图标记工具条；新增加了工程参数列表、数据切

换工具条、注释工具条等。这样友好的直观的操作界面使操作更加简便。

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图3.1 三菱PLC编程软件GX-Develop编程软件操作界面