作者：Alan Yang
关键词：PLC, Ladder logic，编程语言，工业自动化
本文介绍了PLC及其在工业自动化中的重要作用，特别是Ladder Logic语言在PLC编程中的应用。文章解释了PLC的基本概念和功能，详细介绍了Ladder Logic语言的定义、特点、基本语法以及在实际工业系统中的应用。此外，讨论了PLC的特殊块功能和用户定义功能块的概念及其作用。
在当今自动化产业中，可编程逻辑控制器（PLC）扮演着至关重要的角色。而Ladder logic(梯形逻辑)语言可以被视为基于规则而非过程的语言，被广泛用于编程PLC中，特别是需要顺序控制过程或复杂的自动化系统。
本文讲述关于PLC – Ladder logic语言基础，希望能帮助你更好的理解PLC的逻辑。
PLC（Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器，是一种专为工业环境设计的数字运算操作电子系统。它使用可编程存储器存储执行各种操作（如逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算）的指令，并通过数字或模拟输入输出来控制各类机械设备或生产过程。
PLC的基本功能是通过逻辑将输入信号转换为设备输出。这类似于键盘输入字符后在屏幕上显示输出。在工业环境中，PLC用于控制各种设备和过程，例如根据传感器信号使机器人执行复杂动作。
我们先来了解一下PLC编程语言的种类,根据IEC 61131-3定义。这包括:
- 梯形逻辑(LL，Ladder logic)
- 功能框图(FBD，Function Block Diagram)
- 顺序流程图(SFC，Sequential Flow Chart)
- 结构化文本(ST，Structured Text)
- 指令列表(IL，Instruction List)
其中Ladder logic语言应用很广，他可以快速理清PLC的逻辑规则。Ladder logic语言的排列方式类似于梯子
举例：如下图所示的一个梯形图。这个是Modicon PLC程序用于单个按钮控制过程。
创建一个新的梯形图时，首先可以看到两条竖线（如图中橙色线），我们就是在这两条竖线之间进行梯形图的编写程序。
- 什么是Rung？
如图2梯形图中，每一条水平线被称为一个Rung。Ladder logic符号就放置在这些水平线上。每条Rung代表一条规则，我们可以从左到右、从上到下阅读这些逻辑和规则。
在对PLC进行编程之前，请先查看以下编程的基本符号。符号还附带地址或值，可用于指定输入、输出、定时器、计数器和其他特定指令。
- Ladder logic符号
- Rung 输入
 |  |
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常开输入 |
常闭输入 |
- Rung 输出
 |  |
|
常开输出 |
常闭输出 |
为了更好理解，你可以想象“Rung 输入”是一个按钮/开关，而“Rung 输出”是一个灯泡/负载。内部的斜线表示常开/常闭状态。
- 逻辑”与” （AND）
上述实现了功能：电机开门= “开关 1 触发“与 ”开关 2触发“，即当开关 1与开关 2同时触发的时候，电机开门。
可以想象成，两个安保人员，各拿一把银行金库的钥匙。只有两个人同时转动钥匙时，金库门的电机运作，把门打开。
- 逻辑“与非”（AND with NOT）
上述实现了功能：电机开门= “开关触发”与非“障碍物触发”，即当开关触发，但是障碍物没有触发的时候，电机开门。
可以想象成，两个安保人员，一个有银行金库的钥匙，一个巡逻是否有坏人。只有当时转动钥匙并且没有坏人的时候，金库门的电机运作，把门打开。当然，障碍物也可以是某个停止按钮没有被按下。
- 逻辑“或”（OR）
上述实现了功能：电机开门= “开关1触发”或“开关2触发”，即当开关1和开关2只要有一个触发的时候，电机开门。
可以想象成，两个安保人员，两个人都有银行金库的钥匙。任何一个人转动钥匙，金库门的电机运作，把门打开。
- 组合逻辑
上述实现了功能：电机开门= （“开关1触发”或“开关2触发”）与非“障碍物触发”，即当开关1和开关2只要有一个触发的时候，并且障碍物没有触发的时候，电机开门。
可以想象成，三个安保人员，两个人有银行金库的钥匙，一个人巡逻是否有坏人。任何一个人转动钥匙并且没有坏人的时候，金库门的电机运作，把门打开。
- 举个实际应用：空调系统
我们可以看到有两条规则：
Rung1：实现功能：空调打开 = “开关触发” 与 (“温度传感器触发” 或“湿度传感器触发“)，即当开关触发并且温湿度传感器只要有一个触发的时候，空调打开。
Rung2: 实现功能：制冷打开=“空调触发”与非“制热触发”，即空调打开并且没有按下制热按钮的时候，执行制冷
注意：在第二条规则里，空调从规则一里的执行器变成了规则二里的一个检查器。规则二里的“制冷”，如果继续写下一条规则的时候，也可以变成一个检查器，馈送到另一个输出设备比如“压缩机”。这种系统允许将非常复杂的逻辑设计分解和评估。
PLC具有许多类型的特殊块。它们包括定时器、算术运算符和比较器、表查找、文本处理、PID控制和滤波等功能。
更强大的PLC可以在一组内部存储位置上操作，并在一定地址范围内执行操作，例如模拟物理顺序鼓控制器或有限状态机。在某些情况下，用户可以定义自己的特殊块，这实际上是子程序或宏。丰富的特殊块库以及高速执行使得PLC能够实现非常复杂的自动化系统。
- 用户定义功能块(UDFB)
用户定义功能块(UDFB)之于可编程逻辑控制器(PLC)就像功能之于微控制器一样。两者都是用于简化代码的结构，使其更容易编写，故障排除和维护。它们也是允许代码在将来被重用的基本结构。
UDFB实例：
我们在Arduino Opta 中使用的简单UDFB的构造。该UDFB采用Arduino PLC集成开发环境(IDE) 1.0.3.0版本开发。
如上图，我们将构建如图1中突出显示的UDFB。这个块被用作状态机的一部分。它的作用是充当看门人。如果机器的uiState状态变量等于1，并且启用了该块，则执行该行的其余部分。从C编程的角度来看，这就像一个以uiState为索引的开关语句。请注意，前缀ui是匈牙利语的无符号整数表示法。
这种特殊的构造导致了一个相对干净的梯形逻辑。Rung 3的英文描述是这样的:
- 如果UDFB FBuiEqual被启用并且机器状态(uiState)继续
- 另外，如果主开关是打开的
- 同样，如果瞬时选择开关处于前进位置，则切换到状态2
- 否则，如果瞬间选择开关处于反向位置，则切换到状态4
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总结：
PLC作为工业自动化的关键组成部分，其在现代工业中的应用越来越广泛。梯形逻辑已经发展成为一种编程语言，了解Ladder logic语言，可以帮助你更快理解PLC的逻辑。
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小编的话
正如本文所介绍的，Ladder Logic语言以其直观、易懂、灵活的特点在PLC编程中占据重要地位。通过图形化的表示方法，它简化了复杂的控制逻辑，使得工程技术人员能够更快速地理解和编写PLC程序。因此，Ladder Logic语言成为许多工程师的首选编程方式。您对PLC编程语言的特性及其应用有哪些经验或疑问？欢迎留言，分享交流！
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