用计算机编程思路来解决复杂的工控问题

1   

ST（Structured Text）编程语言

ST 是一种基于 Pascal 的编程语言，被广泛应用于可编程逻辑控制器（PLC）和嵌入式系统的编程中。它主要用于实现 PLC 程序中的逻辑和算法部分，使用流程控制语句和逻辑运算符来描述程序的运行逻辑，同时支持多种数据类型的处理。ST 语法结构化，可读性和可维护性都非常高，在工业自动化领域拥有广泛的应用。掌握 ST 语言是从事工控领域开发必不可少的技能。

在逻辑非常复杂的情况下，使用传统梯形图编写程序会产生大量冗长的代码，难以维护和拓展。为了解决这些问题，可以考虑使用计算机编程的方式编写工控程序。

我的主要思路是将每个功能编写成一个独立的功能块，每个小功能块都能满足一个简单的功能，然后将简单的逻辑块逐一组合，最终使用梯形图完成整个控制程序。这种方法既能够简化编写过程，又能够保证程序的可读性和可维护性。

为了更好地阐述我的思路，我将使用一个案例来说明。

2   

案例

2.1 问题描述

该程序的主要功能是实现故障自动切换。它的输入包括：启动信号、停止信号、主电机故障信号、备用电机故障信号。同时，该程序还能输出主电机的启停信号、备用电机的启停信号以及状态字。

2.2  问题分析

首先，在用户输入启动时，增加一个判断，判断一下当前的状态。

如果已经处于运行状态，则不做任何处理；

如果不是运行状态，则开始执行自动切换程序。

在自动切换的过程中，同样需要增加一个判断，根据状态来确定主备电机的输出。

当用户输入停止时，主备电机都停止输出。

2.3 程序设计

为了简化一下逻辑，我们将程序分成两块。

首先是电机故障状态判断，我们用一个状态字来表示状态：

当故障状态字为 0 时，表示主备电机都正常；

当故障状态字为 1 时，表示主电机故障；

当故障状态字为 2 时，表示备用电机故障；

当故障状态字为 3 时，表示主备电机都故障；

然后我们编写自动切换程序：

根据不同的故障状态字，来启动不同的电机。

2.4 程序编写

我们来使用西门子 TIA 平台的 scl 语言来编写，SCL（Structured Control Language）和 ST（Structured Text）实际上很相似，都是一种基于 Pascal 的结构化编程语言，其语法和结构非常接近。SCL 是西门子公司开发的一种专门用于 PLC 编程的语言，而 ST 则是国际标准 IEC 61131-3 定义的通用工业控制器编程语言。

首先我们先创建一个功能块如下图，名字为 State_judgment，语言选择 SCL，FC 函数，然后确定

输入输出定义及代码编写如下图，只需要将几种状态按设计好的状态值编写即可。

然后我们创建另一个功能块，名字 Automatic_switching,语言选择 SCL，FC 函数，然后确定

输入输出定义及代码编写如下图，只需要将几种状态按设计好的状态值编写就行。

然后我们创建另一个功能块，名字 Master/slave_motor_failover,语言选择 LAD，FB 函数，然后确定

输入输出定义及代码编写如下图：

我们按照设计好的程序一步步地进行编写。虽然这个过程并不涉及太过复杂的逻辑，但如果我们完全采用梯形图(lad)编程的话，程序会相对复杂一些。而且，这种方式也不便于后期的维护和增加功能。

2.5 程序运行

我们将编写好的功能块 Master/slave_motor_failover 在主程序 OB1 当中调用，如下图：

通过手动给定条件测试正常，如下图：

3   

问题拓展

3.1 问题分析

在后期的实践中，有时候虽然 PLC 产生了输出，但是由于某些原因，电机并没有真正启动。为了确认电机是否成功启动，我们可以通过接触器反馈信号和电机旋转检测信号来进行检测。我们可以将多个反馈信号合并为一个条件，并在电机启动后进行运行反馈检测。如果在 5 秒钟内没有检测到反馈信号，则可以判断电机故障，并切换到另一台电机。这样的优化方案可以提高程序的稳定性和可靠性。

3.2 程序设计

主程序不需要太大的改动，只需要增加一个电机运行反馈检测功能块就能完成。

当电机启动时，激活检测功能，

如果在 5 秒钟之内没有检测到反馈信号，则输出故障信号。

3.3 程序编写

首先我们先创建一个功能块如下图，名字为 Feedback_detection，语言选择 SCL，FB 函数，然后确定

输入输出定义及代码编写如下图。

将新增加的功能块添加到功能块 Master/slave_motor_failover 当中，如下图

3.4 程序运行

我们将修改好的功能块 Master/slave_motor_failover 在主程序 OB1 当中调用，如下图：

通过手动给定条件测试正常，如下图：

4   

总结

通过借鉴计算机编程的思路，我们可以将一个复杂的逻辑分解成几个简单的逻辑，再将其组合起来，从而将复杂问题简单化。这种方式有以下几个优点：

提高编程效率：可以将程序分解成独立的功能模块，每个模块的编写和测试独立，降低开发难度，提高编程效率。

方便维护：软件结构清晰，代码逻辑简单，容易理解和修改，方便后期维护。

利于重复使用：使得代码的复用成为可能。不同的系统或软件可以调用相同的模块来实现相同的功能，提高开发效率，同时也减少代码量，提升程序的可维护性和可靠性。

支持团队协作：在团队开发中，不同的开发人员可以独立地编写不同的模块，集成到一个完整的系统中。这种方式不仅提高了开发效率，还可以给代码质量监管的机会，确保代码质量和程序的稳定性。

方便解决问题：使得代码结构化，程序中出现问题时可以迅速定位和解决问题，而不影响程序的其他部分，提高了程序的可靠性和稳定性。

2023年6月