更智能、更高效的PLC 編程
發布時間：2016-08-29 來源：控制工程網
盡管IEC 61131-3編程語言標準，已經頒布了將近25年左右，但是在北美地區，由于對其范圍以及特性的有限認知，使其沒能成為一種必須遵循的標準。最近，一份美國CONTROL ENGINEERING對讀者所做的調查研究顯示：對大多數可編程邏輯控制器（PLC）來講，梯形圖仍然是最受歡迎的編程方法。這項受Automation Direct公司的委托所進行的客戶研究調查顯示：如果更多使用其它類型的標準語言，編程人員可以節約時間和費用。在不同品牌的PLC之間進行代碼移植，尚有一定的困難，這可能是需要注意的事項。
有限的應用
在收到的有效調查問卷中，超過585份的調查對象滿足調查要求，包括對采購的影響和決定權，同時還負責硬件定義或PLC編程方面的工作。調查結果顯示，在北美地區，對這個標準的認知度以及接受程度比較低，也就意味著很少情況下，會規定工程應用需要滿足該標準。
調查對象的工作職責，最常見的是系統或產品設計,控制或儀表工程,以及系統集成或咨詢。這三項總計占所有調查對象的60%。另外30%參與調查人員的職責包括過程工藝、產品、或生產制造工程,運營或維護,或其它工程。大約10%的調查對象為總經理或公司管理層，這部分人員更多的是參與定義，但并不會直接編寫程序。
超過60%的調查對象，受雇公司的規模超過100人，有些達到1000個甚至更多。大概有40%的調查對象的受雇公司，雇員人數要少于100人。
根據公司類型的不同，在所有回復的調查對象中比例最高的是PLC的最終用戶，達到40%。幾乎半數的調查對象為系統集成人員、原始設備制造商（OEM）、或機器制造人員，調查對象遍及整個美國。
PLC編程的全球性標準
IEC 61131-3標準，已經頒布了將近25年，包括一系列的編程語言。IEC將其作為PLC編程語言的國際標準進行推廣。PLCopen作為一個非盈利的行業組織，致力于IEC61131-3的推廣，提供該標準的大量信息和技術支持。
PLCopen組織認為， IEC 61131-3是“唯一可用于工業控制編程的全球性標準。通過標準化編程接口，它能夠協調工業控制的設計和運行”。該組織聲稱，這是一個具有通用結構的標準編程接口。
IEC 61131-3標準包括順序功能圖（SFC）語言的定義，可用于組織程序內部的結構。同時，它增加了四種相互聯系的編程語言，包括兩種圖形化的編程語言：梯形圖邏輯（LD）和功能塊圖（FBD）；兩種基于文本的語言，指令集（IL）和結構化文本（ST）。利用邏輯元素、定義好的數據類型、任務結構和調度，以及執行控制，理論上每個程序都可以實現結構化設計，增加程序的復用性，減少錯誤，增加編程和用戶的使用效率。
PLCopen組織和技術界一起，致力于擴充該標準。經過一系列的努力，其成果包括增加了很多功能，包括運動控制、安全、OPC統一架構通訊（來自于OPC基金的OPC UA）、XML可擴展標記語言模式、復用水平的定義以及一致性水平。
那么，采購人員和編程人員對IEC 61131-3的熟悉程度如何呢？
當美國CONTROL ENGINEERING雜志就此向讀者作調查時，41%的調查對象說，他們并不熟悉，44%的人只是有一些了解（見圖1）。盡管在歐洲或者世界上的其它地區，該標準可能具有更大的接受度，但是在美國，似乎并沒有這么大的影響（僅從這次的調查結果而言）。對于在美國的很多調查對象來講，滿足該標準并不是優先選項或者需求，因為盡管經過了20多年的發展，在美國的絕大多數的編程人員，僅僅對該標準有些許的了解。
圖1：你對IEC 61131-3編程標準的熟悉程度如何？一項針對美國控制工程師的調查顯示，41%的被調查對象對此知之甚少。本文圖片和表格來源：Automation Direct公司。
超過40%的調查對象表示對該標準并不熟悉，這些人高度集中在據稱是PLC編程人員的調查對象上。在所有自稱實際編寫程序的人中，僅有15%的人員聲稱對該標準十分熟悉。
為何要使PLC支持標準？
在所有的調查對象中，那些使用或定義PLC的人員中，以及自稱熟悉IEC 61131-3標準的人員，在調查中被問到的下一個問題是為何要使用它？答案顯示：使用的原因并不是因為北美的工業自動化市場將其作為強制性的需求。最經常被提及的原因是PLC產品自帶編程語言（約占39%）。25%的最終用戶使用了IEC 61131-3編程語言，其中一部分要歸功于美國的公司需要將這些設備發往歐洲或亞洲。
低于10%的應用需要IEC 61131-3的特性。更多不做具體PLC編程的調查對象說，使用該標準是因為規定，暗示其中一部分選擇是由硬件的選擇來推動的。
工程師的編程偏好
當545個調查對象被問到，哪些語言或特性特別重要時，得到了如下的結果：梯形圖是最重要的編程語言，功能圖則緊隨其后。在關于功能塊的問題中，大多數人回答，他們會在梯形圖中使用功能塊圖。創建客戶定制功能塊圖并將其嵌入到梯形圖邏輯中，被認為是PLC編程的一個重要特性。
美國控制工程師對PLC編程語言的偏好
不出所料，結構化文本語言，超過了其它類型的基于文本的編程方法。然而，非常有意思的一點是，指令集和語句列表的使用都超過了C語言或Basic語言。顯然，調查對象使用PC來創建C或Basic編碼，并將其下載到他們的PLC中，盡管幾乎所有的硬件和軟件都支持該功能。使用微軟的.Net以及其它基于PC的編程技術的編程人員，則會提供一份不同的重要事項的列表。
“用戶建議編碼的互操作性，雖然看起來很美，但是實際上有時候執行起來比較困難。”
互操作性的實施難度
IEC-61131-3的目的之一，就是為客戶提供開發算法和軟件代碼的能力，以便可以在某供應商的編程環境下使用 IEC-61131-3語言，然后只做很少甚至不做任何改變，就可以移植到另外一個供應商的編程環境。在研討會以及內部的調查研究中發現，用戶所建議的代碼互操作性，看起來很美，但是實際上執行起來比較困難。
軟件的輸出和導入功能，并不是特別容易實現，在很多情況下，互操作性真正實現的程度，值得懷疑。用戶發現，當在不同供應商控制平臺移植程序時，必須重新設計編程。在某些情況下，移植功能雖然減少了部分重寫工作，但是并不能完全消除。某種程度上，供應商應對此負責，因為并不是所有的供應商都遵循該標準以滿足可移植性的需求。
也許最終用戶所需的可移植性水平，超過供應商所愿意提供的，主要原因在于這將會促使不同供應商之間的合作，從而會泄露大量的PLC硬件和編程軟件的設計細節，也許這是一個并不現實的目標。
盡管被調查對象將梯形圖作為最重要的語言（85%），但被調查對象還強烈推薦功能塊編程(見圖2),并將其作為PLC的第二種編程語言（51%）。
在IEC 61131-3所規定的其它三種編程邏輯——順序功能圖、指令集、結構化文本，提及率都沒有超過13%。IEC 61131-3對美國PLC的市場并沒有太大的影響。在北美地區的編程人員，看起來并不太需要這個功能，因為在很多情況下，梯形圖和功能塊圖就能滿足需求。當這三者方法中的一個成為更好的技術選擇時，對于大多數被調查對象而言，不熟悉可能成為其應用的障礙。
圖2：排除梯形圖編程，編程方法第二梯隊的選擇有四個：功能塊則位列被強烈推薦的編程語言的第二名。
更有效的編程方式
在另外一個類似的調查中，Automation Direct公司讓現有的PLC用戶投票，在IEC 61131-3的知識儲備、應用和接受程度上所得的結果，和CONTROL ENGINEERING的調查結果非常類似。超過75%的用戶，對該標準不太熟悉。大多數被調查用戶的PLC的設計或編程，并沒有遵循IEC 61131-3的要求。梯形圖編程最通用；功能塊圖則緊隨其后。
PLC的應用場合，經常需要先進的編程語言和技術。盡管梯形圖仍然是最簡單和最受歡迎的方法，但它可能并不是最有效的編程方式，有時也不能提供某些更復雜語言所能提供的先進功能。功能塊圖，是美國編程人員和PLC的規范制編制人員選擇的第二種語言，該語言還有一個好處：形式各異，比如嵌入到梯形圖中、獨立的功能塊圖編程、以及客戶定制的功能塊圖。
IEC 61131-3標準，已經頒布了將近20年左右，功能仍在不斷增加。在歐洲和世界其它地方，它已經成為一個標準；在北美地區，對該標準的接受度貌似也在不斷增加。
PLC的應用場合，經常需要先進的編程語言和技術。盡管梯形圖仍然是最簡單和最受歡迎的方法，但它可能并不是最有效的編程方式，有時也不能提供某些更復雜語言所能提供的先進功能。
某些美國的OEM制造商、機器制造商和系統集成商將產品或系統發往世界各地。大多數美國的用戶能夠完全接受其價值定位。對大多數PLC編程人員來講，在該標準被廣泛應用之前，在自動化領域，梯形圖和功能塊編程還會持續發揮作用。（作者：Jeff Payne）