軟PLC編譯系統的開發與仿真

軟PLC控制技術是基于軟件和硬件在邏輯功能上等效的思想，采用開放式體系結構，通過軟件來實現PLC硬件的功能。軟PLC系統由上位機和下位機組成，上位機為用戶提供編輯界面和多種編程語言環境，便于用戶在PC機上進行PLC程序的編輯，同時還對下位機的一些狀態量進行監控，并給下位機發送指令。

　　用戶編輯完PLC的梯形圖和指令表程序后，只有通過對程序的編譯來獲取程序的邏輯后才能按照PLC的工作原理運行。為了配合在PC機上運行的軟PLC編輯開發系統，使PC機完成相應的控制功能，開發了軟PLC編譯系統。

　　1、軟PLC程序編譯系統的組成

　　PLC編譯模塊由梯形圖語法檢查模塊、梯形圖程序邏輯檢查模塊和指令表程序語法檢查模塊組成。梯形圖程序語法檢查模塊檢查用戶PLC圖形程序有無指令標記重復、指令地址越界等語法錯誤；梯形圖程序邏輯檢查模塊檢查PLC圖形程序有無邏輯錯誤；語言程序語法檢查模塊檢查用戶語句程序有無拼寫、指令格式、指令地址越界等語法錯誤。

　　編譯程序的構造包括詞法分析、語法分析、語義分析、錯誤的檢查和處理以及代碼生成和代碼優化等程序。

　　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梯級組成，遍歷時以梯級為單位，采用深度優先的掃描方法。按從上到下，從左到右的順序進行。在掃描過程中，遇到并聯結點就轉入下一行進行掃描，行與行之間的切換由指針的變換來實現，原先位置的指針被預先存儲起來，待并聯模塊掃描完后。再從原來的位置開始往下掃描。梯級和掃描順序如圖1所示。

　　圖1 梯級和掃描圖

　　指令表是由一系列指令組成。且指令按照鏈式結構存儲，按照順序讀取指令即可完成對指令表的遍歷。

　　3、梯形圖與指令表程序的相互轉換

　　3.1 梯形圖轉換成指令表

　　梯形圖轉換成指令表是以梯級為單位進行的。

　　對于沒有并聯支路的梯級，只要根據梯形圖元素在梯級中的位置和元素的類型，即可將梯形圖轉換為指令表。對于包含有并聯支路的梯級，可以按照遍歷梯形圖的方法，一邊遍歷一邊轉換。在轉換過程中，首先設定1個全局變量nDepth(梯級深度)，以確定梯級的深度，然后判斷1個梯級是否包含并聯支路。如果包含則調用包含有并聯支路的轉換程序，然后順序讀入當前梯級深度層次上的梯形圖元素；如沒有發現并聯支路，則調用不含并聯支路的轉換程序依次轉換。在轉換過程中。每轉換完1條支路就要添加1個ORB支路并聯指令。

　　在對整個梯形圖程序進行轉換時，首先生成nLine(行號)和nDepth 2個全局變量，然后從頭開始進行轉換，轉換完1個梯級后。下1個梯級從第nLine(nLine=nLine+nDepth+1)行開始，直到梯形圖文件結束為止。

　　3.2 指令表轉換成梯形圖

　　指令表轉換成梯形圖的過程就是根據PLC指令語句生成相應的梯形圖元素鏈表的過程。因為梯形圖和指令表程序是一一對應的關系，可按照語句對應生成相應的梯形圖元素，利用在梯形圖向語言表轉換文件中已設計好的位圖資源，建立標志符和位圖之間的相應關系。轉換時，將語句表以文件流的方式存入文本文件中，逐行分析，通過適當的算法處理，在視窗中畫出對應的梯形圖符號，直到文件結束。此外，在轉換過程中，需要將程序劃分為若干小節，每節對應梯形圖中的1個梯級。在指令表中，梯級的劃分可根據OUT指令來進行。串并聯模塊的劃分可根據ANB和ORB指令進行。

　　4、軟PLC程序的語法分析

　　在對PLC程序進行編譯時，先將由PLC其他語言編寫的程序轉化為指令表后再進行處理。程序語言的文法通常包括I組終結符、I組非終結符、1個開始符號和1組產生式。

　　4.1 軟PLC程序的文法設計

　　軟PLC程序文法主要指PLC指令表語言的文法設計，PLC指令表語言與梯形圖語言存在一一對應的關系。PLC的指令表程序由若干條語句組成，每條語句包括語句號、操作碼和操作數。操作碼是PLC指令系統中的指令代碼，包括邏輯取、觸點串聯指令、觸點并聯指令指令、支路并聯指令、支路串聯指令和線圈驅動指令。操作數主要是PLC內部的繼電器、定時器和計數器。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說明指令表文法的設計，并選取指令集中的一個子集來作為研究對象，該子集由邏輯取指令(LD，LDI)、觸點串聯指令(AND，ANI)、觸點并聯指令(OR，ORI)、支路并聯連接指令(ORB)、支路串聯連接指令(ANB)和線圈驅動指令(0UT)等基本指令組成。