1. 哪里用到PLC？
· 大家逛商場、坐地鐵經(jīng)常會乘坐自動扶梯。通常情況下，沒人乘梯的時候，扶梯會以一個低速節(jié)能方式運行。有人乘梯時，會自動平穩(wěn)過渡到正常速度運行。我有個同學(xué)在世界第一大自動扶梯生產(chǎn)商迅達，聽他說里面用的控制器就是PLC。
PLC廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力等工控領(lǐng)域，主要有以下原因：
· 高可靠性。工控領(lǐng)域環(huán)境相對較惡劣，同時還需要穩(wěn)定可靠的長時間運行，不能出錯，畢竟很多時候一旦出錯，那可是會造成重大損失的，不像消費電子領(lǐng)域，出了問題大不了重啟一下。
· 容易編程。對工程師的編程水平不需要那么高的要求，工程師可以專注在應(yīng)用領(lǐng)域，節(jié)約開發(fā)周期。
· 易于維護。模塊化的設(shè)計，出了問題相對容易維護。
2. PLC和單片機關(guān)系
· PLC其實是電氣工程師手中的MCU，當(dāng)然大部分的中小型的PLC本身就是由MCU來實現(xiàn)的。講到這里，會有很多小伙伴問，這倆家伙到底有什么區(qū)別？從研發(fā)的角度看，PLC是把MCU有限的資源根據(jù)一定的規(guī)范設(shè)計出來的，具體的講，MCU的IO資源對應(yīng)了PLC的輸入輸出，Core對應(yīng)了計算能力，RAM對應(yīng)了數(shù)據(jù)空間，F(xiàn)LASH對應(yīng)了程序空間。從用戶角度看，由于不同的PLC廠商都遵循了相同的規(guī)范，同時它的功能往往是其實現(xiàn)MCU的子集，所以學(xué)習(xí)起來比MCU更加容易。下圖中間黃色部分就是MCU，PLC是在其基礎(chǔ)上增加了輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、編程器。
3. PLC的軟件實現(xiàn)
· 下面更多的會從軟件方案角度出發(fā)來探究PLC，主要還是針對嵌入式工程師，大家感興趣也可以自己上手去實現(xiàn)一個簡單的PLC。
3.1 IEC61131-3
講到PLC的軟件實現(xiàn)，那就不得不提IEC61131-3，它是IEEE制定的用于PLC的編程系統(tǒng)標準，定義了以下五種編程語言：
指令表(ILD)
梯形圖(LD)
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功能塊(FBD)
結(jié)構(gòu)化文字(STL)
順序功能流程圖(SFC)
小型PLC由于功能簡單，而且步長受限，往往最常用的是指令表和梯形圖。STL類似C語言，經(jīng)常用于編寫功能塊，F(xiàn)BD/SFC更加直觀，經(jīng)常用于復(fù)雜邏輯的頂層設(shè)計。
3.2 PLC的軟件構(gòu)成
用過PLC的朋友都知道，通用的PLC都會提供一個PC端的軟件用來編輯用戶邏輯，比較常見的有西門子的STEP7，3S的Codesys，KW的MULTIPROG，rockwell的ISaGRAF。所以，一般情況下，PLC的軟件由兩部分組成：
(1) PC端的編程軟件，給用戶提供編程調(diào)試環(huán)境
(截圖代碼源于和利時G3小型PLC)
(2) 設(shè)備端的軟件，而設(shè)備端的軟件又分為runtime system(后稱RTS)和用戶程序(后稱POU)兩部分內(nèi)容。RTS是PLC設(shè)備端的核心，主要有以下幾個作用：
· 實現(xiàn)通訊接口：包括與PC端軟件通訊，與IO擴展模塊的通訊
· 存儲并執(zhí)行PC端生成的POU
· 執(zhí)行IO的輸入輸出
當(dāng)然，也有一些微型PLC自帶屏幕，無需PC軟件，可以直接在屏幕上編程，比如西門子的Logo系列。
圖片源自西門子官網(wǎng)
3.3 POU的分類
PLC的RTS從實現(xiàn)角度講，分為兩類：解釋型和編譯型，有點像學(xué)校里學(xué)習(xí)VB和VC的區(qū)別。編譯型PLC生成的POU是可以執(zhí)行的二進制代碼，解釋型PLC生成的POU是一個中間文件。
編譯型PLC
編譯型PLC支持的IEC61131-3編程軟件會根據(jù)用戶的編程語言生成PLC可以執(zhí)行的二進制機器代碼，其有以下幾個特點：
· 執(zhí)行效率高， 平均有效指令僅是解釋型PLC的1 /10
· 開發(fā)難度大，PC端開發(fā)環(huán)境除了需要解析IEC61131-3相關(guān)語法，還需要涉及編譯器、鏈接器、反編譯、Mempry地址分配等內(nèi)容
· 基于MCU開發(fā)PLC跨平臺難度大，受限于CPU指令集影響，不同廠商CPU Memory地址分配不同，開發(fā)環(huán)境很難做到適配所有不同CPU的編譯器
· 反編譯難度大
解釋型PLC
解釋型PLC支持的IEC61131-3編程軟件會根據(jù)用戶的編程語言生成中間文件，CPU會作為解析器來解析該中間文件，其有以下幾個特點：
· 開發(fā)容易， PC端開發(fā)環(huán)境僅需要解析IEC61131-3相關(guān)語法并生成中間文件即可
· 產(chǎn)品容易跨平臺，由于開發(fā)環(huán)境生成的中間文件并不直接在CPU上運行，也很容易做到地址無關(guān)，所以很容易在不同內(nèi)核的CPU上運行
· 由于容易做到地址無關(guān)，更容易做到無擾下裝
· 容易實現(xiàn)反編譯功能
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