PLC編程到底要怎么寫？

PART. 01

第一次接觸PLC，是在海天公司給一臺雙色注塑機(jī)增加一個轉(zhuǎn)軸功能，這個功能注塑機(jī)電腦上沒有，所以外加了一個PLC，記得當(dāng)時用的是三菱FX，這是我接觸的第一個PLC，當(dāng)時因?yàn)楣?yīng)商提供了PLC、伺服電機(jī)、減速機(jī)等一套產(chǎn)品，所以程序也就讓供應(yīng)商寫了。

到了倍福之后，由于整個辦事處就我一個人，處于什么都干的狀態(tài)，所以除了銷售工作，也做技術(shù)支持。記得第一個項(xiàng)目是上海的同事寫的代碼，同事來現(xiàn)場一次，后面的維護(hù)我接過來。所幸TwinCAT2這軟件比較簡單，一來二去自己就上手了。 ? 后來慢慢地也給客戶寫一點(diǎn)DEMO，用來給客戶解釋為啥IEC61131-3是一個簡單的東西，不像想象的那么難，不要一想到ST語言就想到高級語言，等等諸如此類的問題。寫著寫著，也有了一些心得。 ? 在聊聊這些心得之前，先說點(diǎn)題外話。我做過兩件和工作不太相關(guān)的學(xué)習(xí)，一次是讀研究生時，一個培訓(xùn)班來學(xué)校推銷ISO內(nèi)審員的培訓(xùn)，當(dāng)時因?yàn)楹闷嫒罅嗣?，花了幾百塊錢聽了一堆ISO的知識，記得講課的是一位老干部。另一次是剛上班時，去報了一個計算機(jī)高級程序員的考試，看了幾個月書，離及格線差了那么一大點(diǎn)（不是一小點(diǎn)）。但這兩個事情，對我的影響比較大，ISO的學(xué)習(xí)，讓我理解了凡事要有流程，流程要有標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)要有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)要可追溯，這為后來理解工業(yè)4.0打下了基礎(chǔ)，而高級程序員的考試，讓我學(xué)到不少IT的知識，尤其是軟件工程方面的知識，對于構(gòu)建一個大的程序，還是有幫助的。 ?

下面的心得，和這兩件事情，有比較大的關(guān)系，說穿了，就是多做紙面工作。

PART. 02

在寫代碼之前，我會先建個EXCEL表格，大約有這么幾項(xiàng)（這里我虛擬了一個立體車庫的項(xiàng)目，因?yàn)槊刻斓睫k公室都會和立體車庫打交道）： ? 1、IO表，輸入輸出的模塊型號，模塊的位置，每個模塊上每個點(diǎn)的定義，以及外面接的是什么元器件。對于一些電氣CAD軟件，會自動生成這個表，但我們還是建議用EXCEL做一份，以便存檔。

2、變量表，一部分變量是有地址的，比如需要和上面提到的IO表進(jìn)行對應(yīng)，比如Modbus通訊。Modbus通訊需要定義變量地址，而IO對應(yīng)的不需要在程序中指定，只要在系統(tǒng)配置中和硬件進(jìn)行連接。另一部分變量是沒有地址的，但也不能隨便定義，要有一定的規(guī)則，以便閱讀。

3、結(jié)構(gòu)體（Structure），結(jié)構(gòu)體的設(shè)計，可以放在變量表之前，為了提高效率，我們會設(shè)計一些結(jié)構(gòu)體來做數(shù)據(jù)類型，比如一個氣缸，就可以設(shè)計一個結(jié)構(gòu)體來表述，這個結(jié)構(gòu)體會包含氣缸的方向，磁性開關(guān)狀態(tài)，以及兩個方向的超時報警時間。在使用到氣缸時，就可以用這個結(jié)構(gòu)體類型來直接定義氣缸，而無需去定義每個氣缸設(shè)計的變量。

必要的話，可以設(shè)計枚舉變量，用來表述機(jī)器的狀態(tài)。 ?

4、POU名稱（Program Organization Unit程序組織單元）。POU有三種類型：程序（Program）、功能塊（Function Block）、函數(shù)（Function）。在規(guī)劃階段，程序和功能塊的構(gòu)建是很重要的，功能塊會降低很多重復(fù)工作，從而避免一些普遍性的錯誤（當(dāng)然，錯了也就都錯了），程序的調(diào)用、狀態(tài)的切換是否清晰可控，則決定了整個項(xiàng)目是否足夠強(qiáng)壯，并可持久改進(jìn)及維護(hù)。

? 5、工藝說明，包括各個工作步驟、步驟的銜接、條件的轉(zhuǎn)換等。這個步驟，可以在EXCEL中做，也可以用word、PPT，但相比之下，EXCEL可能是個更好的選擇，因?yàn)镋XCEL的紙面是沒有限制大小的，而word和PPT很容易遇到編輯范圍太小的問題。

當(dāng)然，也可以在紙張上來畫。我個人建議每個項(xiàng)目備一個A4的本子，和EXCEL配合使用。 ? 做完這個表格之后，我習(xí)慣將變量表直接復(fù)制到TwinCAT中，因?yàn)樵贓XCEL中，很多重復(fù)工作可以直接選中表格單元進(jìn)行拖拉復(fù)制，比如注釋的“（* ”和“*）”，以及末尾的“；”，都是直接復(fù)制單元格的，而對于一些帶序號的變量，如X0-X7，順序復(fù)制即可，這會在大幅度減少工作量的同時，降低變量編寫出錯機(jī)率。 ? 在程序編寫過程中，除了用于for循環(huán)的累加數(shù)，以及用來調(diào)試時的一些標(biāo)志之外，如果要增加有實(shí)際意義的變量名，必須先在EXCEL里增加，再復(fù)制到程序中。這有點(diǎn)強(qiáng)迫癥，但事實(shí)證明，這個有用。 ? 接下去就是建立各個POU，對于功能塊，要寫好輸入變量和輸出變量，而函數(shù)只需要有參數(shù)即可。寫完了每個POU，記得在每個POU的主體敲個"；"，這樣，即使我們一句代碼也不寫，也是可以編譯通過的。如果這時候編譯不通過，可以看看是不是哪里有手誤了，因?yàn)檫@時候能錯的地方都是系統(tǒng)保留字，或者是忘記敲"；"，注釋的括號少了之類。

? 接下來是不是寫代碼？不是的，是先寫注釋，而且是全面注釋，即在各個功能塊中，先寫好注釋。在TwinCAT中，一個程序塊只需要一個“；”，即可編譯通過，我們上面已經(jīng)敲好了"；"，所以不用擔(dān)心沒有代碼會造成程序不能編譯。

我們回到前面第4點(diǎn)，如果流程圖已經(jīng)畫好，那我們就把流程圖搬到編程環(huán)境中，還是按照從大到小的原則，我們先把步驟編好，具體每一步里面做什么，可能遠(yuǎn)不如步驟之間怎么切換銜接來得重要。所以，在這個過程中，我們還可以用注釋來替代代碼，但別忘了在各種for、case中加上“；”。 ? 最后一步，讓我們在所有注釋的地方，把代碼寫上。然后，編譯一下。 ? 如果有人可以把PackML的文檔看一遍，會發(fā)現(xiàn)里面就有關(guān)于狀態(tài)切換的圖表，如果有興趣，可以去找下PackML的文檔。

如果你用的是TwinCAT或者Codesys的環(huán)境，我建議在寫EXCEL表格和畫流程圖的時候，順帶把人機(jī)界面的草圖也畫了，我覺得集成人機(jī)界面的開發(fā)環(huán)境就是自動化工程師的大救星。人機(jī)界面和PLC在同一個環(huán)境內(nèi)，意味著可以隨時看到工程師想看到的內(nèi)容，比如在調(diào)試時，需要看多個變量，那建在人機(jī)界面上會方便很多，不需要在程序中在線觀察。 ? 人機(jī)界面和PLC的集成，除了大大提高自動化工程師的幸福感之外，也會極大激發(fā)自動化工程師的創(chuàng)作欲望。比如有些DEMO，我會將邏輯動作的條件和輸出狀態(tài)都放在畫面中，這樣可以很清楚看到一個邏輯動作沒有執(zhí)行的原因，比如某幾個動作有先后，那做個定時器或者多個定時器，將這些定時器的輸出放在同一個畫面，就可以明察秋毫了。 ? 寫完了程序，機(jī)器也動了，我們再來做一張表，就是修改記錄，在這張表里，我們寫下，某年某月某日，為了什么原因，我們改了哪個程序，怎么改的，修改后我們怎么測試的，測試的效果如何。 ?

而修改的程序，不建議直接在原程序上改，可以建一個新的POU，也可以在POU里寫一個新的action，在對應(yīng)的調(diào)用處改掉調(diào)用名字即可。這樣，即使新的程序出了問題，也很容易改回（RollBack）到原來的程序。而新的代碼中，記得在頭部寫好注釋。

PART. 03

至此，我們回過頭來看看，我們獲得了哪些好處： ?

1、我們有了一個清晰的名字列表，包括變量的、IO的、程序的 2、我們有了一個清晰的結(jié)構(gòu) 3、所有的問題會有據(jù)可查。

上面這幾點(diǎn)是針對程序本身的益處，而對于項(xiàng)目和企業(yè)而言，則有更大的意義：

1、通過分解，將代碼部分的工作量比例降低了，這種逐步聚焦的方式，可以讓工程師把精力放在最關(guān)鍵的地方。

2、便于溝通，在代碼之前的這些工作，都可以和其他人共享，比如IO表部分可以和電氣工程師以及電工溝通，程序流程部分可以用來和工藝工程師溝通。

3、便于維護(hù)，在移交給其他工程師，或者多人開發(fā)同一項(xiàng)目時會方便很多。如果沒有注釋，基本上工程師自己都會忘記原來寫的什么。

4、便于更換平臺，當(dāng)需要更換一個控制器平臺時，會發(fā)現(xiàn)，大部分工作是相通共用的，這會在切換平臺時節(jié)約大量的時間。

后記 ? 寫這篇文章的原因，一方面是看了鄧?yán)罾蠋煹奈恼?，也想談?wù)勛约旱男牡茫硪环矫?，也是看到隨著工業(yè)4.0的普及，以及我國OEM制造業(yè)正在向高端發(fā)展，PLC程序方面，也慢慢向IT方向發(fā)展。 ? 相比于PC或者網(wǎng)絡(luò)軟件，自動化程序有幾個特點(diǎn)：

1、使用對象比較窄，這造成了對程序的質(zhì)量要求、功能要求都不是太高，機(jī)器能開就行。

2、代碼量小，因?yàn)?的原因，以及機(jī)器本身的特性，PLC的代碼量是很小的。

3、協(xié)作性很低，很多公司只有一個自動化工程師負(fù)責(zé)PLC程序，而且對程序質(zhì)量要求很低，只要求機(jī)器能跑。

這些特點(diǎn)，造成了自動化行業(yè)，尤其是離散自動化行業(yè)，對于代碼的質(zhì)量基本是沒有要求的。我記得大學(xué)時候買過一本《軟件工程》的書，開頭有個例子，是一個科幻電影里的飛船計算機(jī)艾爾出了軟件故障的故事，隨著現(xiàn)在機(jī)械設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展，機(jī)器的銷售越來越多，客戶的需求也變得越來越定制化，這種軟件的故障，在將來會慢慢出現(xiàn)，如何應(yīng)對這個事情，唯一的道路，只能是從計算機(jī)行業(yè)去借一些經(jīng)驗(yàn)來。 ? 我作為一個銷售來寫這個文章，會有很多漏洞，但還是期望我的文字可以引起自動化工程師的共鳴，起到拋磚引玉的作用，大家一起為未來做些事情。

編輯：黃飛

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