0.8 PLC的使用

关键词：系统配置、经验编程、算法编程

使用可编程序控制器，实际也就是使PLC能在系统自动化、网络化、信息化及智能化上有所应用。这里的关键是要做两个工作：

一是进行PLC系统配置；

二是进行PLC应用编程。

这涉及PLC使用的硬件与软件两大方面。

0.8.1 系统配置

PLC系统配置也就是PLC硬件系统的构成。一般讲，由PLC构成控制系统，如果不考虑传感器、执行机构等，就是若干模块或箱体及有关附件。而箱体或模块又各有其型号与规格，根据工艺要求，选哪些，怎么选，各选多少，怎么组合成系统，就是这里要讲的系统配置。

系统配置是对问题的综合，与对问题的分析不同，同样的题目，其答案可能是很多的。所以，系统配置的一个工作，就是要从多个答案中优选一个方案。

系统配置要遵守一些原则，要用科学的方法，按步骤进行。

（1）系统配置原则。主要有如下几点：

1）针对性原则。针对性原则就是要根据应用需要进行配置。要根据控制目的、规模及网络化、信息处理要求、确定PLC的配置类型、品牌及组件。做到按需配置，有的放矢。

2）完整性原则。完整性原则就是要考虑所配置的系统是否完整，不能“丢项”，该配的都得配齐。完整性在一开头就要注意。如果丢项，在安装或使用时再追加，将带来诸多麻烦：要另补充采购或订货，要追加预算，要修改工程设计，要延误工期等。

3）可靠性原则。可靠性原则就是要使所配置的系统能可靠工作。具体可从四个方面考虑：一是PLC自身产品质量；二是供货方的技术服务情况；三是重要场合下的可靠性要求；四要否冗余配置。

4）发展性原则。发展性原则就是进行系统配置时要留有发展的余地以及对PLC选型时应尽可能用新型号。这是因为PLC工作可靠，自然寿命较长，但它的技术发展很快，其技术寿命并不长。坚持发展原则所作的配置可避免，即使PLC没有用坏，但由于技术落后，而不得不淘汰。

5）继承性原则。俗语说，做事情要瞻前顾后。系统配置坚持发展性原则可以说是瞻前，而坚持继承性原则则是顾后。

顾后就是要考虑到曾经使用过PLC的历史及其情况。在作新的系统配置时，尽可能选用已用过厂商的产品，甚至于用已用过的机型。

因为PLC的外设可以共用，如编程器就可多次使用。如果新配置的系统的机型与原有的有继承关系，新系统就可不配编程器，不就节省了吗？

再就是一些编程工具软件，若按继承性原则配置，新系统也还可再用。

还有使用经验，若按继承性原则配置，所积累的宝贵经验也可派上用场。甚至有的程序模块还可移植。这对缩短编程时间，以至于正确地使用PLC都大有好处。

所以，在系统配置时，应坚持继承性原则。

应该讲，当今我国实行开放政策，一些企业引进不少PLC。但由于忽视继承性，致使有的厂商拥有PLC生产厂商及型号很杂，给使用、维护都带来不便，而且在经济上也不上算，是值得吸取的教训。

6）经济性原则。经济是一切活动的基础。进行系统配置当然要考虑经济。经济上是否合算，应作为是否采用PLC，要用什么样的PLC的重要评价标准。显然，进行系统配置，最后还应由效益作评价。

（2）系统配置类型。主要有：

1）基本配置。这种配置控制规模小，但所用的模块也少。对箱体式PLC，则仅用一个CPU箱体。CPU箱体含有电源、内装CPU板、I/O板及接线器、显示面板、内存块等，是一台完整的PLC，送入程序，通电后即可工作。

CPU箱体依CPU性能分成若干型号，并依I/O点数，在型号下又有若干规格。基本配置就是选择一种合适的CPU箱体，来满足实际的要求。自然PLC厂商箱体的型号及规格多，分布得越合适，也就越便于进行这种配置。

对模块式PLC，基本配置选择的项目要多些。有：

CPU模块：它确定了可进行控制的规模、工作速度、内存容量等。选得合适与否至关重要，是系统配置中首先要进行的。

内存模块：它可在CPU规定的范围选择，以满足存储用户程序的容量及其他性能要求。

电源模块：有的PLC，它是与CPU模块合二而一的，有的是分开的。但这两者选的原则都相同，都是依PLC用的工作电源种类、规格，和要否为I/O模块提供工作及信号电源，以及容量需要作选择。电源模块多与其他模块相配套的，型号与规格不多，容易选择。

I/O模块：依I/O点数确定模块规格及数量。I/O模块数量可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力的限制。

底板或机架：基本配置仅用一个底板或机架，称这种配置简单，原因就在于此。但底板也有不同规格。所以，还要依I/O模块数作不同选择。有的PLC，如欧姆龙公司的CJ1机，无底板。那样的PLC就没有什么底板或机架可选择了。

2）扩展配置。箱体式PLC扩展配置是增加I/O箱体。I/O箱体有不同的型号和规格。可按所须增加的点数，选用相应的I/O箱体。

模块式PLC的扩展配置有两种：一为当地扩展，另一为远程扩展。

当地扩展配置：在基本配置的基础上，于当地增加I/O模块及相应底板或机架，这可使PLC的控制规模有较可观地扩大；

远程扩展配置；这种配置所增加的机架可远离当地，近的几百米，远的可达数千米。远程配置可简化系统配线，而且也可扩大控制规模。

扩展配置时应着重弄清两个问题：

①该型号PLC最大可能的扩展配置。显然，充分利用最大可能的扩展配置，可降低PLC单点费用，提高使用PLC的经济性。

②I/O地址的分配规律。显然，只有弄清了I/O地址是怎么分配的，才可能编写PLC程序。

3）特殊配置。这里的特殊配置是指增加特殊（有的称功能或智能模块）I/O模块的配置。特殊配置后的PLC可进行哪些方面的控制，与所配置的特殊单元紧密相关。目前，各PLC厂商已开发或正在开发越来越多的特殊单元，使PLC的控制能力越来越强。

较常见的特殊模块，若按功能划分，有：

高速计数单元：可计入与处理高频脉冲信号，从处理几十kHz，几百kHz的都有。如果与旋转编码器配合使用，可测量与处理转动或移动信号。

位置控制单元：可通过输出脉冲控制位置移动量及位置移动速度。有单坐标控制的，还有双坐标控制的，甚至于多坐标控制的。双坐标或多坐标的还可实现两坐标运动协调。这实际是数控技术通过PLC特殊单元予以实现。

模入、模出单元：可把传感器模拟量转换成数字量存于输入通道中，或把输出通道的内容转换成模拟量作为控制信号，可对一路信号作转换，也可对多路的，可多达8路，甚至更多，即一个单元可处理8路或更多的模拟量。有的既有模入又有模出……

温度检测控制单元：温度是工业中常见的模拟量。为检测与控制它，PLC厂商开发专门针对它的检测与控制的单元。实质上它也是模拟量，只是它做了更多的预处理工作，如可适用不同的温度传感器，可测的温度范围也可相应选择，用起来更方便。检测单元只能用于读温度值，并显示，也可用作处理，但要另编程序。而控制单元，可自成控制回路，无须编程，也无须PLC运行相关程序，即可实现温度控制。

回路控制单元：用于进行模拟量的回路控制。有的自身带模拟量输入、输出点。如上述温度控制单元一样，既能采集模拟量数据，又能进行数据计算、处理，进而产生控制输出，可完整地实现模拟量控制。而有的自身没有模拟量输入、输出点，只用于进行有关控制算法计算。使用它，虽然须与别的模拟量输入、输出单元配合，但它的控制计算能力很强，可完成几十、几百路的有关控制运算，使PLC实现很复杂模拟量控制。

其他特殊单元：如计算机单元，可把有关个人计算机的主板、外设做成PLC的单元，插在底板上，可直接与PLC通信。再如ASCII单元，也具有运算与通信功能，可协助PLC的CPU作数据处理等。

更特殊配置算是多CPU配置，即一个PLC系统或机架中可配置多个CPU单元。这多个CPU可以是不同功能的，有的还可以是同一功能的。这些CPU单元共享系统I/O总线，但各控制各的I/O模块或对象。同时，各CPU间又可方便地交换数据，进行控制协调。这样系统，将极大地提升PLC控制规模与功能，是目前大型PLC发展的新动向。

4）安全配置。是为了确保系统安全而进行的配置。可选用安全PLC，也可使用冗余配置。后者指的是除所需的模块之外，还附加有多余模块的配置。目的是提高系统的可靠性。能否进行冗余配置，可进行什么样的冗余配置，代表着一种PLC适应特殊需要的能力，是高性能PLC的一个体现。一般的PLC是不具备有这个性能的。

冗余配置的目的是提高整个系统的可靠性。冗余配置为何能提高可靠性？这是因为PLC是由各种模块组成的，而各模块都有其统计出的可靠度及失效率。在PLC非冗余配置时，任一模块出现故障，都会影响PLC工作。按若干独立事件构成的事件的概率计算原则，PLC的可靠度应为组成它的各模块可靠度的乘积。即

R=R₁·R₂·R₃…R_n

式中 R——PLC的可靠度；

R₁～R_n——各模块的可靠度。

如有10个模块组成，各模块的失效率（以规定寿命计）为万分之一，则其可靠度为

1-1/10000=9999/10000

这10个模块构成的系统的可靠度近似为

（9999/10000）¹⁰≈999/1000

其失效率为1-999/1000=1/1000

若为100个模块构成的系统，其失效率将为1/100。可知，系统越大，组成的模块越多，出现故障的几率也越大。

但若为冗余配置，情况就不同了。热备也好，表决系统也好，必须至少有两个模块出现故障系统才不能工作。这两个模块同时出现故障这种独立事件，构成系统出故障的合成事件，其概率关系也是乘，只是失效率的乘。同样以上例作讨论，若这100个模块均为热备，或三选一，则只有在两个相同的模块同时出现故障时，系统才失效。其故障率的计算可先分别算出各模块的失效率，再合成算PLC的可靠度。即

由于各模块为热备或三选一，两个同时失效，模块才失效。两个模块同时失效的几率为（同样以单模块失效率为万分之一计）：

（1/10000）×（1/10000）=1/10⁸

即亿分之一的几率。

再算PLC失效率的几率为

1-（9999999/10⁸）100≈1/1000000

为百万分之一。确实是万无一失。

当然，实际上不会所有的模块都三取一或热备，所以失效率会比这个大。

5）连网配置。为提高控制性能，往往要把在地理上处于不同位置的PLC与PLC，或PLC与计算机，或PLC与其他控制装置或智能装置通过传送介质连接起来，实现通信，以构成功能更强、性能更好的控制系统。

目前PLC网络大体有三个层次：设备网，用以与底层的设备、智能传感器、智能执行机构通信，以实现分布控制；控制网，用以PLC与PLC间通信，已协调多PLC之间的控制；信息网，用以与管理层的计算机通信，以至于进互联网，以实现控制的信息化。

要不要组网，如何组网，选用什么样的通信模块，是在配置PLC时要考虑的重要侧面。连网是PLC技术发展中的活跃领域，内容非常丰富，并不断有新的技术及系统推出。

6）附加配置。附加配置是为PLC配备外部设备所作配置。目的是为PLC程序的编制、调试、存储，以及数据的显示、存储及打印提供条件。

附加配置就是按需要选用这些外设，以使所配置的PLC系统合乎设计要求。

（3）系统配置方法。系统配置方法与配置类型有关。如不考虑网络配置，可以用类比法、估算法、计算法及测试法。这四个方法不互相排斥，而是互相兼容与补充。为了正确地进行系统配置，这几个方法可能都要用到。

1）类比法。类比法也就是经验法。用自己的或别人的经验与所要配置的系统作类比。从类比中初步确定要选用什么厂商的PLC，用什么型号，用哪些模块等。

类比法虽不很准确，但由于有经验作借鉴，对一些较为简单的系统倒是一种简便的方法，既快又有把握。

当然，一些复杂的系统，由于共同性少一些，不大好类比。但类比也仍可作粗略参考，特别可用以确定用什么厂商的PLC，什么类型的PLC。

要注意的是，在类比时一定要考虑PLC的发展，应使用新的机型替代旧机型。

2）估算法。估算法主要用于算I/O点数，以粗略确定PLC的型别，用大型机、中型机、小型机还是微型机。因为机型与厂商有关，还与PLC的结构相联系，估算好了可较有把握地进行配置。

估算法首先算所需的I/O点数。I点数N_i为

式中 E_i——系统所使用的某类输入器件的总数，如用了5个按钮，则为5；

P_i——该类器件可能处于的工作状态，如按钮，一般处于按下与松开两种状态。再如多位开关，可处于多种状态；

I——输入器件类型总数。

O点数N_o为

式中 E_i——所使用的某类输出元件总数；如用了一台正、反转电动机即为1；

P_i——该类输出器件可能处于的工作状态，如电动机要求其正、反转则有三种状态，即正转、反转及停车；

I——输出器件的类型总数。

开关量总数N=N_i+N_o

另外，模拟量也要估算。有多少监视量就有多少路输入。有多少控制输出，就有多少路输出。比较好算。

估算出I/O点数及模拟量路数后，可依大、中、小型机划分的大致标准，估算要选用的PLC机型。

一般大、中、小机型间点数均有搭接，没有把握不妨都作考虑，再用计算法进一步确定。

3）计算法。它是估算的再精确一步。要确定用什么模块，用多少模块。一般要作四方面计算：

（a）模块数计算。确定了I/O点数，还要按I/O的物理要求，确定各用什么样的模块。

对输入点，要依输入信号电压区分，是交流的，还是直流的？信号间有什么隔离要求？……

进而确定选用多少种，各有多少输入点的模块。

最后，再依总数具体计算应采用多少种，各多少个模块。

对输出模块要考虑输出形式，是继电器，半导体，还是晶闸管？还有就是公共回路。一般点数多的模块，其公共回路就少；反之则多。选用公共回路多的模块便于电路配线，但要用的模块多。

选定了模块类型，再依I/O总数计算模块数。

模拟量也有相应的模块要选择。如有的是4路入，或8路入，有的是2路出，或1路出，有的还有入，还有出，等等。选了合适的模块之后，再根据总的路数计算模块数。

I/O模块数计算之后，再算要使用的机架槽位数，进而确定机架数。

（b）电源容量计算。必要时，PLC电源容量也要作计算。箱体式的PLC，电源容量一般为自动满足，可不考虑。只是在确定隔离变压器（市电电源经隔离变压器再加载到PLC，以减少电网对PLC的干扰）时，对变压器的容量要稍作计算。模块式的电源种类较多，要作相应计算，然后再选型。

（c）响应时间计算。一般信号响应时间与PLC的循环时间有关，而循环时间与PLC的程序量有关。要计算，不大容易。没有编好程序，怎么知道程序有多长？而且，同样长的程序，用的指令不同，循环时间也不相同。当然，计算也可能，只是得放在编程之后。

有的PLC厂商提供有经验公式：大体的关系是内存总量与要使用的点数有关，这既可用以确定选多大容量的内存，也可大体确定循环时间。算出循环时间，就可进一步计算响应时间了。

特殊输入量的响应时间更要分别计算。有的可查有关模块的特性。

（d）投入费用计算。在模块种类及数量确定后，一般还要依报价进行投入费用的计算。

如果配置的方案多，对每个方案的投入费用也都要计算。

费用计算精确有利于依经济性原则对系统进行配置。

4）测试法。系统配置时，一些重要的数据不仅要计算，有的还要进行实际测试。如循环时间，可把编完的程序，送入PLC进行实际测定。有的数据可由厂方提供，或委托厂方作测试。

类比、估算、计算及测试运用得好，可使所配置的系统建立在科学与经验的基础之上，将有助于使系统配置得更为完善。

（4）系统配置步骤。系统配置是问题的综合，与其他问题的综合一样，系统配置过程也是从粗到细一步步推进，要分步骤进行。一个配置完成后又可能再返回来，再逐步完善，直到从多个方案中挑选一个最为满意的方案为止。

一般讲，不考虑网络配置，其配置步骤为

1）用类比法，大致确定可选用的厂商产品及机型；确定时要遵循发展性及继承性原则。

2）用估算法，估算I/O点数及模拟量路数，并确定要选用的机型。

3）用计算法，依完整性原则计算所需的模块数。这里可能有多个方案，那就应计算出各个方案的结果。

4）再依可靠性原则，考虑必要的冷备份、热备份或冗余配置。若为一般系统，这个步骤可省略。

5）计算各个方案的投入费用，并依经济性原则选其中最优者。

6）必要时再进一步做性能计算或进行实物测试。再根据计算或测试结果，对原有的配置做修正。

0.8.2 程序设计

这是使用PLC的另一个重要问题。因为PLC程序只能由用户编制，厂商不提供。而PLC若没有程序，则什么事情也不能干。以下分别对程序设计步骤及程序设计方法分别予以介绍。

（1）程序设计步骤

仅就单机系统而言，程序设计的步骤大体是：

1）弄清工艺。系统配置要弄清工艺，按工艺要求进行。程序设计则更应如此。弄清工艺，首先要弄清使用PLC的目的，要用到PLC的哪些功能。其次，要弄清两方面情况：一为输入、输出部件的特性与分布，即系统的空间情况；另一为系统工艺过程，即系统的进程情况。

（a）空间情况。弄清各输入部件性能的性能、特点，并分配相应的输入点与其连接。分配时，既要考虑布线简单，还要避免信号受外界干扰；弄清各输出部件的性能、特点，分配相应的输出点与其接线；如可能，接输出部件的模块最好能与输入部件的模块能适当隔开，以避免输出信号对输入的干扰；此外，还要考虑在编程时，地址使用的方便。弄清了这些，才便于合理地对其分配I/O地址。

（b）进程情况。弄清被控对象的工作要求、工艺过程及各种关系；弄清其工艺过程，看它是怎么开始的？怎么展开的？怎么终止的？弄清输出与输入的对应关系；如果存在时序关系时，两者的时序是怎么对应的？弄清要采集、存储、传送哪些数据？弄清有哪些互锁、联锁关系？有哪些特殊要求？……弄清这些问题才能着手设计算法，也才能进一步进行程序设计。

2）配置与设定硬件。为了PLC能按要求工作，在使用PLC之前，要对PLC的硬件作必要的配置与设定。如配置什么CPU及其他模块。设定特殊模块的机号、PLC上电时工作模式（是运行、监控还是编程）等。有的厂商的PLC还可对PLC的内部器件（如要使用多少定时器、计数器等）进行分配或指定。

PLC出厂时，厂商多有其默认设定。但对较复杂的系统，用户必须有合乎自己情况的设定。一般说，硬件设定在开始编程之前是必须进行的。

3）分配I/O。分配I/O指的是，给每一I/O模块、每一输入、输出点，分配地址。这是编程所绝对必需的。

PLC I/O点在模块上或在箱体的地址是固定的，在模块或箱体上都有相应的地址标记。而模块与箱体的地址（通道号）是按一定规律分配的。只是不同厂商、不同型号的PLC，有不同的规律。常见的规律有固定分配、定位分配、顺序分配及设定分配。

固定分配是固定地分配地址。如欧姆龙公司的小型机就是固定分配，其主机的I/O地址与主机的点数有关。扩展箱体的I/O地址依远离CPU箱体，升幂依次递增。

定位分配是按模块所在的机架及其在机架上的位置分配其I/O地址。模块位置确定了，其I/O地址也就确定了。

顺序分配是按模块在PLC中位置顺序，依次升幂分配I/O地址。依模块点数的不同，有的占1个字（点数不足1个通道的，按1个字计算），有的占2个字，甚至更多。如欧姆龙公司的大型机就是这么编号的，如欧姆龙公司的CQM1机也是这么编号，只是它把I与O分开，分别按其顺序进行排列。

设定分配是，在指定的范围内，通过硬件或软件设定，分配模块I/O地址。如欧姆龙公司的特殊模块，其所用的通道地址就是靠指定机号后设定的。其CJ1机可设定机架地址。

由于当今编程软件的进步，一般都可用符号地址编程。这就有可能先用符号地址编程，编好后，再编辑符号与实际地址的对应关联。这么做时，编写程序可先做，而硬件设定、I/O分配后进行。但程序下载、调试前，这些工作都必须做好。

4）设计程序。首先是考虑程序的组织，可按功能，把程序先划分成若干模块（程序块）。分模块编程，然后再予以合成。按模块编程便于移植一些已用过的程序，而且也便于调试。

其次，分块设计算法。算法确定后，其思路可用框图或一些自然语言表达。算法对工艺进程的分析中形成，是编写程序的基础与准备。

最后，按模块选择编程语言，逐一编写指令。要一条条指令的编，若为梯形图编程，则应一个图形符号一个图形符号的画，最终要形成一个指令集，或完整的梯形图。

5）调试程序。编写PLC程序是很细致的工作，差错总是难免的。而任何一点差错，即使是一小点，都可能导致PLC工作出现故障。所以，编写程序后，还要进行调试，纠正种种差错。

调试程序可通过计算机仿真进行。多数公司现都有相应的仿真软件，可运行在这软件平台上对所编的程序进行仿真调试。

多数的程序调试是把程序送入PLC，在PLC试运行（输入、输出不接传感器及执行机构）时作调试。这也叫在线调试。

在线调试可使用简易编程器，先把程序送入PLC，然后分模块或分指令一步步调。不过这种调试现在已不多见。

在线调试也可使用计算机，由相应软件协助进行：先把在计算机用编程软件编程，再下载到PLC；然后使PLC运行，通过计算机画面或监控的数据，了解PLC运行情况，观察其是否与设计意图符合；不符合，则找出原因；再修改程序，剔除毛病；再试、再看、再找、再改。一直到合乎设计意图为止。

经在线调试的程序，还要在现场联机调试。只有经联机调试合乎要求的程序，才是合格的、可交付用户使用的程序。

6）存储程序。把程序录入计算机后，就要作存储。甚至开始编程时，编一部分就要存储一部分。随着程序调试通过及试运行过程的不断完善，还要不时地作存储。存储时，一般只留下后来的，删去过去的。程序不仅存于PLC的RAM中，也可存入磁盘或磁带中。

经试行后的程序有的可作定型。办法是把它固化，写入ROM存储器。

7）程序保护。可以用硬件，也可软件保护。

硬件：有的PLC用硬件开关设置程序保护。读写DIP开关ON保护，否则，不保护。

软件：有的用软件设定保护，如欧姆龙CPM机是DM6602字的0位，设为1，保护，0不保护。

8）程序加密。程序保护可保证程序不被删除或修改。但其他人可读它，重用它。为了保护知识产权，可对程序加密。

PLC程序加密的方法有：用指令加密；用编程软件加密。可全程序加密，也可局部加密。

9）程序加锁。除了程序保护、加密，还对程序可加锁。可做到，即使PLC程序正常运行，但不产生控制输出。加锁可用置位PLC的输出禁止位实现，也可自编一段小程序，使相应的输出禁止。

提示：程序保护，程序加密，程序加锁是不同概念，各有各的目的。可按要求全用或用其中的一种。

这里，只是对PLC单机系统编程步骤作一最简略的说明。至于详细的介绍将是本书的主要任务。以下各个章节，将对PLC编程的方方面面问题，逐一进行详细讨论。而网络系统编程也将在本书第6章有所讨论。

（2）程序设计方法

PLC编程方法很多。但归纳地讲，主要是经验编程与算法编程。

1）经验编程。是运用自己的或别人的经验进行编程。多数是设计前先选“样机”，并结合自己的情况，对“样机”逐一修改，直至适合自己的情况。“样机”多为与自己情况类似的一个或若干个成功的程序，也可为具有一些典型功能的标准程序。我们在工作过程中，可收集与积累这些“样机”，从而不断丰富自己的经验。

PLC编程，从“不懂”到“懂”，从“懂”到“会”，从“会”到“熟”，最后做到“熟能生巧”，关键还在于从实践积累经验。没有实践，没有经验的积累，怎么能进入“熟能生巧”的境地！

经验有别人的，也有自己的，都很重要。前者要靠细心学习，后者要靠用心积累。都要花一定的时间与必要的精力。

别人的经验有上了书的或登载在杂志上的。本书介绍的例子程序，有的是我细心学别人的，但多数是我自己的经验。所有的例子都经我测试过，都经实践证明是可行的。我想，别的书本或杂志上介绍的经验也会是这样的。所以，学习这样成功的经验是必要的。

别人的经验还有没有上书的或没有登载在杂志上的，或许还是你同事的经验，也很值得学习。这种经验离你很“近”，很易借鉴。

自己的经验则是最重要的。要在自己的实践中，积累自己的经验。同时，最好在学别人的经验时，也能亲自做些测试，能使自己也有类似的经历，进而把这些经验变成自己的。这也是自己经验的重要积累。

还有一些失败的经验，这往往是不会公开的，但这些经验也是要学习，也要积累。“失败是成功之母”嘛。

经验的积累要用自己的脑记，更要用电脑记。最好进行分类，建立一个自用的程序“库”，以便于随时引用。

经验还有待升华。升华有三个层次：

最低的层次如上述，可建立一些典型程序集（库），供今后再用。若程序较复杂，还可建一些功能块或子程序，以便今后引用。

其次，要总结出有效算法。得出一些规律性的处理问题的方法。

最高层次的升华是，把经验上升到理论的高度，为丰富PLC编程理论做贡献。我想，随着PLC使用的普及与提高，是会有越来越多、从经验中升华出来的、而又能用以指导实践的PLC的编程理论的。

经验积累、经验升华都是为应用。经验应用有三方面：

用作工程设计模板：设计新系统时，选用一个或几个与现有工程类似的、已取得成功的工程，作样板进行设计。这既可减轻设计的工作量，又增加设计的成功率。这也是信息可重用的一大好处。

用作编程参考：在无成功的工程可作样板时，在新设计的逻辑中，仍有相当一部分控制逻辑，可采用或借用已有典型逻辑，这也可减少设计的工作量，增加设计的成功率。

用作算法设计参考：在既无样板可参照，又无典型可采用时，还可运用过去的一些成功的算法。

经验是宝贵的，但是，经验，特别是个人经验，总是有限的。所以，经验的应用也还要与编程理论相结合。而本书所做的就是，结合个人积累的编程经验，做些编程理论及相关算法研究，为与读者经验的结合提供参考。

2）算法编程。是针对问题先设计解决问题的算法，再根据所设计的算法编程。如果说经验编程用的主要是感性知识，那算法编程主要用的则是理性知识。要弄通相关的编程理论。否则这个算法也不好设计。

（a）算法（Algorithm）概念。它原是数学计算的名词。在公元前200多年，欧几里德根据自然数的理论，在他的《几何原本》（Euclid′s Elements，第Ⅶ卷，命题i和ii）一书中，提出了求解两个自然数最大公因数的“辗转相除算法”，使得这个最大公因数的求解变得很容易了。这也说明算法对于解决问题的重要。

欧几里德的这个算法（Euclid′s Algorithm），如用表达式表达，则是

算法还可用框图表达。对上述算法如图0-20所示。该图中方块表示“运算”，菱形表示“判断”，连线及其箭头表示“联系与去向”。

算法也可用图表表达。表0-1所示为上述算法图表。该表列了5个步骤：第1步为求解开始，进行求“余数计算”。第2步为“判断”，根据判断结果分成2个走向，或求解结束，或继续求解。显然这个图表也可清晰地反映上述求解过程。

算法也可用文字表达。上例可做如下表达：当求解开始后，先是求yy被xx整除，并把余数存于zz中。然后判断zz是否为0？如等于0，则xx即为公因数，运算结束；如不等于0，则xx赋值给yy，zz赋值给xx，并重复开始的步骤。

显然，文字表达是不够精炼的，特别是求解的问题较复杂时，更难以让人理解。但也可使用比文字简单的一些文字符号，也称为伪代码表达。则也很简练。

图0-20 求解公因数欧氏算法框图

表0-1 求公因数算法图表

当然，求这个最大公因数还可想出很多其他算法。但是无论如何，如果没有算法，这个公因数是无法求得的。

那什么是算法？从上可知，算法是指解题的步骤。什么是好算法？就是步骤少，每一步的含义明确、运算简单。运用它能够从已知数求得未知的结果。

更一般地讲，一个有效的、好的数学算法，一般有5个特征，即要有输入（已知数）、输出（未知数），同时还要满足有穷性、确切性、可行性。

PLC主要用于控制，还可用于运算。当然，为了控制也要运算。所以，PLC的运算是很多的。特别是逻辑运算更多。PLC编程就是编写好的控制与运算程序，让PLC一步步去执行，以实现所要求的控制与运算。

显然，这里的程序也有输入、输出，也要有穷性、确切性、可行性。具有算法的五大特征。

为了让PLC进行上述求两个正整数的最大公因数计算，如果用算法编程，那就要用程序去实现欧几里德算法。

在本书一开头，就讲到，“入出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点”。所以，在本质上讲，PLC只是输入到输出变换的工具。而输入到输出的变换是靠运行PLC程序实现的。所以，从广义上讲，PLC程序也可说成，用PLC指令表达的PLC输入到输出变换的步骤。

简而言之，对照数学算法，PLC的算法，则是用文字、公式、图形表达的、实现输入输出变换的、有限的、明确的及可实现的步骤。

可知，PLC算法与PLC程序之间所差的只是表达方法的不同。算法可以说成是程序的原型、雏形、思路、提纲，而程序则是算法的成型、具体化及实现。

所以，一般讲，设计程序前，要先设计算法。这正与写文章一样，在写之前，一般要写提纲、打腹稿，或构想思路。

图0-21所示为一个问题通过算法运用“computer”实现输入到输出的求解（转换）示意。当然，对PLC这里的“computer”即为“PLC”了。

可知，算法指的就是告诉“computer”或“PLC”的“一系列解决问题的清晰指令”，这些“指令”“能够对符合一定规范的输入，在有限的时间内获得所要求的输出”。据讲，在计算机出现前，这“computer”是泛指从事数学计算的人。现在计算机出现了，这里“computer”自然主要是计算机，而对本书讲就是PLC了。

图0-21 计算机算法应用示意

对于PLC，算法编程可分为两个步骤：设计算法及实现算法。前者是为了探求解决问题的思路、方法或步骤；后者是为了运用PLC资源，编写PLC程序。

（b）算法设计。数学算法设计有各种策略，常用的有穷举搜索法、递归法、回溯法、贪心法、分治法等。PLC的算法设计与PLC要实现的功能有关，其策略不完全与数学算法相同。可使用的策略有：

从输入推算到输出：演绎法

从输出反推到输入：归纳法

化整为零：规模化大为小

动态规划：步骤从多到少

模块化设计：从顶到底，由上至下

……

对PLC算法则与PLC的应用有关。用于顺序控制则有顺序控制算法，用于模拟量控制，则有模拟量控制算法等。

算法设计是为了解决问题。解决问题是对问题的综合，不像问题的分析，一个问题一般只有一个答案，而它可能有很多解决方案。

所以，算法设计除了寻找可能解决问题算法，还有个算法优化问题。即怎样用最少的步骤，最简的操作，最好的效果去实现算法要达到的目的。

为此，需要对算法进行分析或评价。其主要依据是，算法的时间复杂度，空间复杂度。前者，主要看步骤多少及执行各步骤的时间。后者，主要看算法预计要使用的硬件资源。显然，所用的步骤越少，时间越短，使用的硬件资源越少，这个算法就越好。

PLC的算法必须针对实际，解决实际问题。因此，设计算法，必须了解实际情况（所谓有关工艺）以及有关处理实际问题的理论，否则算法设计也无从入手。试设想，上述求公因数的算法，如算术都不懂，何以有此算法？

本书以后各章的内容，主要也就是研究实际应用的种种算法，并且还要探讨怎样用目前国内最常用的PLC去实现这些算法。

（c）算法实现。对PLC编程，有了算法，还要编成PLC的程序，PLC才能执行这个算法。这也就是算法实现。它涉及问题有，指令选用及资源利用。

a）指令选用。这与PLC编程语言的选择、编程软件或编程工具的使用及具体用什么厂商的PLC，以及什么样的PLC密切相关。

至于具体选用什么指令，应做到先用、多用高效率、执行时间短的指令。多用子程序、跳转、步进指令等。以使所编的程序具备比较简练，运行时间短，程序的可读性好等优点。

b）资源利用。涉及I/O分配及内部器件，如定时器、计数器、存储器的运用。I/O分配除了考虑实现算法的方便，还要考虑硬件接线，及防止输入信号受干扰。

一般讲，PLC的内部器件是足够多的，但也要运用得当，要有规律性，便于理解、便于查找、便于更换等。

提示：算法的实现也是问题的综合。同样的算法，实现它的程序可以很多。所以，对程序评价，除了评价它的算法，还要评价算法实现。