IEC 61131标准化PLC编程

基于与五种语言兼容的模块化架构，标准提供了灵活性，可重用性和易用性。

每台机器的核心都有控制器。无论这个机制是由一个轴还是100个轴组成，它都需要一个处理器、内存和指令才能发挥作用。在机器制造中，几乎任何其他任务中，控制系统的编程都会消耗更多的非经常性工程时间。在90年代早期，国际电工委员会(IEC)开始开发IEC 61131，一个用于可编程逻辑控制器的标准，今天由八个部分组成，包括从硬件、测试协议到通信的一切。特别是，IEC 61131-3定义了模块化PLC编程环境，承诺灵活性、可重用性和供应商之间的互操作性。让我们仔细看看。

不与现场总线协议相混淆，如Sercos，Canopen或以太网的许多口味中的任何一个，IEC 61131-3是一个编程标准。它从系统级别开始，变得更加粒度，进展到特定的任务和代码函数。在项目开始时，程序员建立一个顶级配置，指定硬件组件，特性和功能。每个配置都包含一组资源所谓的处理设施 - 可以执行程序。每个资源包含一组任务，又包括程序和/或功能块。任务级别控制程序执行并支持触发器和调度。

程序级别是行动的位置。61131-3将程序中断程序组织组织单位（POU）包括函数和函数块，本身包括以五种支持的语言中的任何一种代码：功能块，指令列表，梯形逻辑，顺序流程和结构化文本。

除了体系结构之外，该标准还定义了数据类型的关键参数，并允许用户定义自己的数据类型。对于POU，变量被分类为局部变量，除非它们被显式定义为全局变量。

就PLCopen北美总监Bill Lydon而言，向IEC 61131的转变不仅仅是关于语言，而是关于由标准实现的基本设计理念。他说:“在计算机行业，有一整套模块化设计方法，这与如何将一个问题分解成模块化组件有关。”“你必须考虑结构，而不仅仅是为PLC编写程序。这是我认为我们必须培训人们的一点。”

一种语言不适合所有语言
标准的最重要的好处是其灵活性。多年来，编程PLC中使用的最常用语言在地理上变化，梯形逻辑在美国最受欢迎，而功能块在欧洲发现沉重的用途。然而，这种趋势忽略了编程语言的关键特征，但是 - 每个都有强点和弱点。结构化文本可能有利于执行复杂的计算任务，而梯形逻辑是基本机器操作的理想选择。使用单个语言来执行每个动作效率低下，最佳，无效。

IEC 61131-3标准的一大优点是，它不仅支持五种语言，而且这五种语言中的任何一种或全部都可以在一个程序中互换使用。该公司电动驱动和控制部门的销售和营销经理丹•斯洛恩(Dan Throne)表示:“它可以从五个不同的领域中选出最好的一个来解决这个问题。博世力士乐公司。(霍夫曼地产,伊利诺斯州)。“如果你在做高层次的计算，比如计算凸轮轮廓或动态惯性补偿，使用结构化文本进行数学计算是非常好的，它看起来很像Pascal。如果你只是想要得到机器运行的总体顺序你想要很容易地把它形象化，如果你能使用一个顺序功能图就更容易了因为整个图表可以在一个屏幕上显示。你可以在阶梯逻辑中执行开机、关机等标准任务，然后在功能块中执行所有动作。”

IEC 61131标准不会将从一种语言转换为另一语言。值得注意的是，特定供应商的实现可能无法提供语言之间转换的能力，或者可能不会转换双向转换。换句话说，根据您使用的特定供应商实现或第三方逻辑引擎，您可能能够从梯形逻辑转换为结构化文本，但不能将编译结构文本返回给梯形逻辑。

街区派对
功能块是标准的另一个巨大优势。IEC 61131-3包括一组标准的数学函数，如SQRT, ABS和COS。更重要的是，它允许程序员建立一个通用函数库。一旦函数块被编写出来，它就可以被反复使用，无论是在同一个程序中还是在不同的项目中。作为一个额外的资源，用户可以转向PLCopen。

PLCopen成立了一个国际联盟，在一定程度上是为了生成一个基本的、开源的、与61131-3兼容的功能块库。成员公司提供输入，以帮助开发代码执行常见任务，例如wind/unwind操作。如果一个制造商正在为每分钟300零件的包装机进行运动学研究，PLCopen可能不是他们最好的来源，但这是一种节省时间的方法，否则他们将花费在重新发明轮子。

虽然标准是基于互操作性的哲学，但功能块为产品差异化而借给了。Vendors and machine builders can write code and embed it in password-protected function blocks “If there’s a certain aspect of their machine they’ve patented or that they’ve developed for a specific customer who paid for a good part of it, then it makes a lot of sense to lock that function block to protect any intellectual property," says Throne.

机器构建器需要更好的管理控制器程序。“通过利用61131-3，可以为常用的功能创建一个功能块库，并在整个各种程序中重复使用，”Sloan Zupan，Controller＆HMI产品营销经理三菱电机自动化公司（Vernon Hills，伊利诺伊州）。作为示例，结构化文本是执行数学函数的优秀方法。结构化文本函数可以存储在块中并在梯形图程序中或在另一个功能块中使用。“可以实现有很大的灵活性和规划效率。程序代码可以重复使用更有利可图的机器构建器可能成为。“

使用专有代码，更换PLC供应商意味着编写新的控制软件。对于系统集成商和原始设备制造商来说，这可能成为一个严重的负担。IEC 61131帮助他们加快开发时间并降低成本。“IEC 61131存在的原因是可移植性，”设备制造商实时自动化公司(RTA)首席执行官John Rinaldi说。“系统集成商在每次出售机器时都厌倦了重写和测试他们的控制逻辑，因为这个人想要PLC a，下一个人想要PLC B，第三个人想要别的东西。软件很难重用。他们必须维持所有这些不同的环境。”

而不是在非训练的工程工作时间开发一个完全新的代码，而集成商与符合61131-3合规的产品一起工作，理论上可以转移他们已经写过的代码的大段。可以开发可重用功能块以执行硬件配置和调谐，自动设置，调整凸轮，调整凸轮，预测性维护等任务。在这种环境中，通过拖放功能块的选择，编程的作业大大简化了，由设置数据类型，结构和属性的软件向导引导。

RTA Marketing Director Draw Baryenbruch表示，该标准即使在隐身模式下实施）也提供了很大的好处。“尽管我们的许多客户都不知道它在那里，但是对于我们来说，我们能够快速添加一些功能块来制作定制产品而没有硬编码。”

那么只需如何便携式标准？“我一直遇到这个问题，”宝座说。他引用了将控制软件转换为4轴龙门机器人的控制软件的最新示例，该机器人使用来自另一家公司的IEC控制器。“我双击原来的可执行程序，我的软件在那里开启了它，”他说。那个点，大部分转换都是自动进行的。“梯子逻辑完美逐渐突出。在底部是13故障和那些是13个专有功能块，其他供应商用于完成应用程序的其他供应商。其中一些是真正简单的功能，如计时器或计数器功能，所以我不必做的就是一个找到的并用来自plcopen或我们创建的东西的适当函数块替换在其中的每个实例中。我会估计大约80％的程序立即结束了。“

当然，这并不是全部。他仍然不得不转换I / O配置和允许PLC程序与HMI接口的标签，但它仍然是一个相当简单的过程。

接受障碍
尽管符合61131-3的组件可用性广泛，但标准尚未达到其实现其承诺所需的普遍存产。更广泛采用的目前障碍之一是客户需要广泛的指令使用61131兼容设备的看法。RINALDI描述了一个基于明尼阿波利斯的客户，他们考虑过，最终选择不与61131一起参加。“他们害怕使用此工具编写控制程序的客户的成本。尽管如此，您使用61131的原因之一是因为它是一个开放标准 - 有文献，有文件，有培训。“

一旦标准被广泛采用，61131培训的工程师将是规则，而不是例外。问题正在达到这一点。已经从一家供应商的专有控制逻辑运行系统的公司不愿意为他们的工程师和技术人员负担学习和支持不同平台上的多种控制编程。“我们认为当我们开始产品线时，会有很多人想要做自己的编程，”Rinaldi说。“过去两年我们发现的是他们真的想避免它。”

为了让IEC 61131真正占据主导地位，机器制造商社区需要尝试这个过程。目前，人们的共识似乎是，这还没有发生。Zupan说:“这对终端用户来说有很大的好处，但终端用户并没有要求这样做，所以机器制造商几乎没有动力投入时间和精力以IEC格式重写程序。”“在标准的阶梯程序上已经有了如此大的投资，除非最终用户社区定期推动机器制造商，否则我们永远不会看到一个更可互操作的环境的过渡。”

就王座而言，那些不认为切换系统有好处的原始设备制造商是在给自己找麻烦。“你在阻碍自己的创新。你将无法进入下一个平台，因为在软件领域，它将更多地朝着基于pc和开放架构的方向发展，而不会向专有环境倒退。”