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【工控百家谈】编写PLC程序从做Excel表开始

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发表于:2020/6/8 14:24:23
#0楼
【工控百家谈】,带你看工控大世界

文章标题:编写PLC程序从做Excel表开始
作者:周舟



上次看了邓李老师的文章《邓李:如何编写优质的PLC/PAC程序?》 颇有些感受。工作快20年,多少写了些程序,大多是和机器相关的,记得本科的毕业设计是用VB+数据采集卡写了一个拖拉机发动机喷油嘴的弹簧测试,硕士课题用C在Linux下做了一些代码,而毕业后在海天,和师傅一起,继续在Linux下用C和QT堆了一台注塑机的控制器出来。

01

第一次接触PLC,是在海天公司给一台双色注塑机增加一个转轴功能,这个功能注塑机电脑上没有,所以外加了一个PLC,记得当时用的是三菱FX,这是我接触的第一个PLC,当时因为供应商提供了PLC、伺服电机、减速机等一套产品,所以程序也就让供应商写了。

到了倍福之后,由于整个办事处就我一个人,处于什么都干的状态,所以除了销售工作,也做技术支持。记得第一个项目是上海的同事写的代码,同事来现场一次,后面的维护我接过来。所幸TwinCAT2这软件比较简单,一来二去自己就上手了。

后来慢慢地也给客户写一点DEMO,用来给客户解释为啥IEC61131-3是一个简单的东西,不像想象的那么难,不要一想到ST语言就想到高级语言,等等诸如此类的问题。写着写着,也有了一些心得。

在聊聊这些心得之前,先说点题外话。我做过两件和工作不太相关的学习,一次是读研究生时,一个培训班来学校推销ISO内审员的培训,当时因为好奇去报了名,花了几百块钱听了一堆ISO的知识,记得讲课的是一位老干部。另一次是刚上班时,去报了一个计算机高级程序员的考试,看了几个月书,离及格线差了那么一大点(不是一小点)。但这两个事情,对我的影响比较大,ISO的学习,让我理解了凡事要有流程,流程要有标准,标准要有数据,数据要可追溯,这为后来理解工业4.0打下了基础,而高级程序员的考试,让我学到不少IT的知识,尤其是软件工程方面的知识,对于构建一个大的程序,还是有帮助的。

下面的心得,和这两件事情,有比较大的关系,说穿了,就是多做纸面工作。


02

在写代码之前,我会先建个EXCEL表格,大约有这么几项(这里我虚拟了一个立体车库的项目,因为每天到办公室都会和立体车库打交道):

1、IO表,输入输出的模块型号,模块的位置,每个模块上每个点的定义,以及外面接的是什么元器件。对于一些电气CAD软件,会自动生成这个表,但我们还是建议用EXCEL做一份,以便存档。

附件 image.jpg

2、变量表,一部分变量是有地址的,比如需要和上面提到的IO表进行对应,比如Modbus通讯。Modbus通讯需要定义变量地址,而IO对应的不需要在程序中指定,只要在系统配置中和硬件进行连接。另一部分变量是没有地址的,但也不能随便定义,要有一定的规则,以便阅读。

附件 image.jpg

3、结构体(Structure),结构体的设计,可以放在变量表之前,为了提高效率,我们会设计一些结构体来做数据类型,比如一个气缸,就可以设计一个结构体来表述,这个结构体会包含气缸的方向,磁性开关状态,以及两个方向的超时报警时间。在使用到气缸时,就可以用这个结构体类型来直接定义气缸,而无需去定义每个气缸设计的变量。

附件 image.jpg

必要的话,可以设计枚举变量,用来表述机器的状态。

4、POU名称(Program Organization Unit程序组织单元)。POU有三种类型:程序(Program)、功能块(Function Block)、函数(Function)。在规划阶段,程序和功能块的构建是很重要的,功能块会降低很多重复工作,从而避免一些普遍性的错误(当然,错了也就都错了),程序的调用、状态的切换是否清晰可控,则决定了整个项目是否足够强壮,并可持久改进及维护。

附件 image.jpg

5、工艺说明,包括各个工作步骤、步骤的衔接、条件的转换等。这个步骤,可以在EXCEL中做,也可以用word、PPT,但相比之下,EXCEL可能是个更好的选择,因为EXCEL的纸面是没有限制大小的,而word和PPT很容易遇到编辑范围太小的问题。

附件 image.jpg

当然,也可以在纸张上来画。我个人建议每个项目备一个A4的本子,和EXCEL配合使用。

做完这个表格之后,我习惯将变量表直接复制到TwinCAT中,因为在EXCEL中,很多重复工作可以直接选中表格单元进行拖拉复制,比如注释的“(* ”和“*)”,以及末尾的“;”,都是直接复制单元格的,而对于一些带序号的变量,如X0-X7,顺序复制即可,这会在大幅度减少工作量的同时,降低变量编写出错机率。

在程序编写过程中,除了用于for循环的累加数,以及用来调试时的一些标志之外,如果要增加有实际意义的变量名,必须先在EXCEL里增加,再复制到程序中。这有点强迫症,但事实证明,这个有用。

接下去就是建立各个POU,对于功能块,要写好输入变量和输出变量,而函数只需要有参数即可。写完了每个POU,记得在每个POU的主体敲个";",这样,即使我们一句代码也不写,也是可以编译通过的。如果这时候编译不通过,可以看看是不是哪里有手误了,因为这时候能错的地方都是系统保留字,或者是忘记敲";",注释的括号少了之类。

附件 image.jpg

接下来是不是写代码?不是的,是先写注释,而且是全面注释,即在各个功能块中,先写好注释。在TwinCAT中,一个程序块只需要一个“;”,即可编译通过,我们上面已经敲好了";",所以不用担心没有代码会造成程序不能编译。

附件 image.jpg

我们回到前面第4点,如果流程图已经画好,那我们就把流程图搬到编程环境中,还是按照从大到小的原则,我们先把步骤编好,具体每一步里面做什么,可能远不如步骤之间怎么切换衔接来得重要。所以,在这个过程中,我们还可以用注释来替代代码,但别忘了在各种for、case中加上“;”。

最后一步,让我们在所有注释的地方,把代码写上。然后,编译一下。

如果有人可以把PackML的文档看一遍,会发现里面就有关于状态切换的图表,如果有兴趣,可以去找下PackML的文档。

附件 image.jpg

如果你用的是TwinCAT或者Codesys的环境,我建议在写EXCEL表格和画流程图的时候,顺带把人机界面的草图也画了,我觉得集成人机界面的开发环境就是自动化工程师的大救星。人机界面和PLC在同一个环境内,意味着可以随时看到工程师想看到的内容,比如在调试时,需要看多个变量,那建在人机界面上会方便很多,不需要在程序中在线观察。

人机界面和PLC的集成,除了大大提高自动化工程师的幸福感之外,也会极大激发自动化工程师的创作欲望。比如有些DEMO,我会将逻辑动作的条件和输出状态都放在画面中,这样可以很清楚看到一个逻辑动作没有执行的原因,比如某几个动作有先后,那做个定时器或者多个定时器,将这些定时器的输出放在同一个画面,就可以明察秋毫了。

写完了程序,机器也动了,我们再来做一张表,就是修改记录,在这张表里,我们写下,某年某月某日,为了什么原因,我们改了哪个程序,怎么改的,修改后我们怎么测试的,测试的效果如何。

而修改的程序,不建议直接在原程序上改,可以建一个新的POU,也可以在POU里写一个新的action,在对应的调用处改掉调用名字即可。这样,即使新的程序出了问题,也很容易改回(RollBack)到原来的程序。而新的代码中,记得在头部写好注释。


03

至此,我们回过头来看看,我们获得了哪些好处:

1、我们有了一个清晰的名字列表,包括变量的、IO的、程序的
2、我们有了一个清晰的结构
3、所有的问题会有据可查。

上面这几点是针对程序本身的益处,而对于项目和企业而言,则有更大的意义:

1、通过分解,将代码部分的工作量比例降低了,这种逐步聚焦的方式,可以让工程师把精力放在最关键的地方。
2、便于沟通,在代码之前的这些工作,都可以和其他人共享,比如IO表部分可以和电气工程师以及电工沟通,程序流程部分可以用来和工艺工程师沟通。
3、便于维护,在移交给其他工程师,或者多人开发同一项目时会方便很多。如果没有注释,基本上工程师自己都会忘记原来写的什么。
4、便于更换平台,当需要更换一个控制器平台时,会发现,大部分工作是相通共用的,这会在切换平台时节约大量的时间。

本文用了一些IEC61131-3的概念,关于IEC61131-3的书很少,推荐彭瑜老师和何衍庆老师的那本《IEC61131-3编程语言及应用基础》,机械工业出版社出版,这本书我买了应该不下三十本,用来送人。记得在倍福10周年庆典那天,公司邀请了彭瑜老师,恰好庆典在人民广场附近举办,席间跑步前进到福州路的上海书城,居然买到了那本《IEC61131-3编程语言及应用基础》,请彭瑜老师签了个名,留作纪念。

另外推荐林锐博士写的《高质量程序设计指南 C++/C语言》,这本书有人不喜欢,觉得这本书水份太多,干货太少,但读起来还是比较轻松的,这本书出到了第三版,目前在网上有很多二手的在销售,也有一些电子版的,建议找来读一读。


后记

写这篇文章的原因,一方面是看了邓李老师的文章,也想谈谈自己的心得,另一方面,也是看到随着工业4.0的普及,以及我国OEM制造业正在向高端发展,PLC程序方面,也慢慢向IT方向发展。

相比于PC或者网络软件,自动化程序有几个特点:

1、使用对象比较窄,这造成了对程序的质量要求、功能要求都不是太高,机器能开就行。

2、代码量小,因为1的原因,以及机器本身的特性,PLC的代码量是很小的。

3、协作性很低,很多公司只有一个自动化工程师负责PLC程序,而且对程序质量要求很低,只要求机器能跑。

这些特点,造成了自动化行业,尤其是离散自动化行业,对于代码的质量基本是没有要求的。我记得大学时候买过一本《软件工程》的书,开头有个例子,是一个科幻电影里的飞船计算机艾尔出了软件故障的故事,随着现在机械设备制造业的发展,机器的销售越来越多,客户的需求也变得越来越定制化,这种软件的故障,在将来会慢慢出现,如何应对这个事情,唯一的道路,只能是从计算机行业去借一些经验来。

我作为一个销售来写这个文章,会有很多漏洞,但还是期望我的文字可以引起自动化工程师的共鸣,起到抛砖引玉的作用,大家一起为未来做些事情。


(版权提示:本文为周舟为“工控百家谈”公众号独家撰文,如需转载,请联系微信公众号获得授权。如需投稿请联系微信公众号小编)

作者简介

周舟,硕士,2003年毕业于河南科技大学,师从张洛平教授,2001年开始接触PC控制和运动控制,先后就职于海天集团、施耐德电气、倍福自动化,宁波致迪自动化,以技术人员和市场人员的身份经历了浙江机械制造的重要发展阶段。

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我是喜欢把逻辑先在表格中写好,变量表列好了打印出来拿在手里对着看。
低头做事,抬头做人。
低调做人,高调做事。
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