軟PLC控制技術(shù)是基于軟件和硬件在邏輯功能上等效的思想,，采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC硬件的功能,。軟PLC系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成,，上位機(jī)為用戶(hù)提供編輯界面和多種編程語(yǔ)言環(huán)境，便于用戶(hù)在PC機(jī)上進(jìn)行PLC程序的編輯,，同時(shí)還對(duì)下位機(jī)的一些狀態(tài)量進(jìn)行監(jiān)控,，并給下位機(jī)發(fā)送指令。

　　用戶(hù)編輯完P(guān)LC的梯形圖和指令表程序后,，只有通過(guò)對(duì)程序的編譯來(lái)獲取程序的邏輯后才能按照PLC的工作原理運(yùn)行,。為了配合在PC機(jī)上運(yùn)行的軟PLC編輯開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，使PC機(jī)完成相應(yīng)的控制功能,，開(kāi)發(fā)了軟PLC編譯系統(tǒng),。

 

　　1 軟PLC程序編譯系統(tǒng)的組成

　　PLC編譯模塊由梯形圖語(yǔ)法檢查模塊、梯形圖程序邏輯檢查模塊和指令表程序語(yǔ)法檢查模塊組成,。梯形圖程序語(yǔ)法檢查模塊檢查用戶(hù)PLC圖形程序有無(wú)指令標(biāo)記重復(fù),、指令地址越界等語(yǔ)法錯(cuò)誤；梯形圖程序邏輯檢查模塊檢查PLC圖形程序有無(wú)邏輯錯(cuò)誤,；語(yǔ)言程序語(yǔ)法檢查模塊檢查用戶(hù)語(yǔ)句程序有無(wú)拼寫(xiě),、指令格式、指令地址越界等語(yǔ)法錯(cuò)誤,。

 

　　編譯程序的構(gòu)造包括詞法分析,、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義分析,、錯(cuò)誤的檢查和處理以及代碼生成和代碼優(yōu)化等程序,。

　　2 軟PLC程序的遍歷算法

 

　　軟PLC程序的遍歷算法主要包括梯形圖遍歷算法和指令表遍歷算法。梯形圖程序由若干個(gè)梯級(jí)組成,，遍歷時(shí)以梯級(jí)為單位,，采用深度優(yōu)先的掃描方法,。按從上到下，從左到右的順序進(jìn)行,。在掃描過(guò)程中,，遇到并聯(lián)結(jié)點(diǎn)就轉(zhuǎn)入下一行進(jìn)行掃描，行與行之間的切換由指針的變換來(lái)實(shí)現(xiàn),，原先位置的指針被預(yù)先存儲(chǔ)起來(lái),，待并聯(lián)模塊掃描完后。再?gòu)脑瓉?lái)的位置開(kāi)始往下掃描,。梯級(jí)和掃描順序如圖1所示,。

圖1 梯級(jí)和掃描圖

 

　　指令表是由一系列指令組成。且指令按照鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)存儲(chǔ),，按照順序讀取指令即可完成對(duì)指令表的遍歷。

 

　　3 梯形圖與指令表程序的相互轉(zhuǎn)換

　　3.1 梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表

 

　　梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表是以梯級(jí)為單位進(jìn)行的,。

 

　　對(duì)于沒(méi)有并聯(lián)支路的梯級(jí),，只要根據(jù)梯形圖元素在梯級(jí)中的位置和元素的類(lèi)型，即可將梯形圖轉(zhuǎn)換為指令表,。對(duì)于包含有并聯(lián)支路的梯級(jí),，可以按照遍歷梯形圖的方法，一邊遍歷一邊轉(zhuǎn)換,。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中,，首先設(shè)定1個(gè)全局變量nDepth(梯級(jí)深度)，以確定梯級(jí)的深度,，然后判斷1個(gè)梯級(jí)是否包含并聯(lián)支路,。如果包含則調(diào)用包含有并聯(lián)支路的轉(zhuǎn)換程序，然后順序讀入當(dāng)前梯級(jí)深度層次上的梯形圖元素,；如沒(méi)有發(fā)現(xiàn)并聯(lián)支路,，則調(diào)用不含并聯(lián)支路的轉(zhuǎn)換程序依次轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中,。每轉(zhuǎn)換完1條支路就要添加1個(gè)ORB支路并聯(lián)指令,。

 

　　在對(duì)整個(gè)梯形圖程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，首先生成nLine(行號(hào))和nDepth 2個(gè)全局變量,，然后從頭開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)換,，轉(zhuǎn)換完1個(gè)梯級(jí)后。下1個(gè)梯級(jí)從第nLine(nLine=nLine+nDepth+1)行開(kāi)始,，直到梯形圖文件結(jié)束為止,。

 

　　3.2 指令表轉(zhuǎn)換成梯形圖

　　指令表轉(zhuǎn)換成梯形圖的過(guò)程就是根據(jù)PLC指令語(yǔ)句生成相應(yīng)的梯形圖元素鏈表的過(guò)程。因?yàn)樘菪螆D和指令表程序是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,，可按照語(yǔ)句對(duì)應(yīng)生成相應(yīng)的梯形圖元素,，利用在梯形圖向語(yǔ)言表轉(zhuǎn)換文件中已設(shè)計(jì)好的位圖資源,，建立標(biāo)志符和位圖之間的相應(yīng)關(guān)系。轉(zhuǎn)換時(shí),，將語(yǔ)句表以文件流的方式存入文本文件中,，逐行分析，通過(guò)適當(dāng)?shù)乃惴ㄌ幚?，在視窗中?huà)出對(duì)應(yīng)的梯形圖符號(hào),，直到文件結(jié)束。此外,，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中,，需要將程序劃分為若干小節(jié)，每節(jié)對(duì)應(yīng)梯形圖中的1個(gè)梯級(jí),。在指令表中,，梯級(jí)的劃分可根據(jù)OUT指令來(lái)進(jìn)行。串并聯(lián)模塊的劃分可根據(jù)ANB和ORB指令進(jìn)行,。

 

　　4 軟PLC程序的語(yǔ)法分析

　　在對(duì)PLC程序進(jìn)行編譯時(shí),，先將由PLC其他語(yǔ)言編寫(xiě)的程序轉(zhuǎn)化為指令表后再進(jìn)行處理。程序語(yǔ)言的文法通常包括I組終結(jié)符,、I組非終結(jié)符,、1個(gè)開(kāi)始符號(hào)和1組產(chǎn)生式。

 

　　4.1 軟PLC程序的文法設(shè)計(jì)

 

　　軟PLC程序文法主要指PLC指令表語(yǔ)言的文法設(shè)計(jì),，PLC指令表語(yǔ)言與梯形圖語(yǔ)言存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,。PLC的指令表程序由若干條語(yǔ)句組成，每條語(yǔ)句包括語(yǔ)句號(hào),、操作碼和操作數(shù),。操作碼是PLC指令系統(tǒng)中的指令代碼，包括邏輯取,、觸點(diǎn)串聯(lián)指令,、觸點(diǎn)并聯(lián)指令指令、支路并聯(lián)指令,、支路串聯(lián)指令和線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)指令,。操作數(shù)主要是PLC內(nèi)部的繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器,。下面是一段PLC指令表例程,。

　　以三菱公司F1系列的邏輯指令為例來(lái)說(shuō)明指令表文法的設(shè)計(jì)，并選取指令集中的一個(gè)子集來(lái)作為研究對(duì)象,，該子集由邏輯取指令(LD,，LDI)、觸點(diǎn)串聯(lián)指令(AND，ANI),、觸點(diǎn)并聯(lián)指令(OR,，ORI)、支路并聯(lián)連接指令(ORB),、支路串聯(lián)連接指令(ANB)和線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)指令(0UT)等基本指令組成,。

 

 

　　由G[S]產(chǎn)生式，可推出空串的非終結(jié)符集合為{S,，H,，K，A},。

 

　　4.2 軟PLC程序的語(yǔ)法分析

 

　　語(yǔ)法分析選用自頂向下的LL(1)分析方法,。為使用LL(1)分析方法，首先構(gòu)造預(yù)測(cè)分析表,，并先求取所有非終結(jié)符號(hào)的FIRST集和FELLOW集,。

 

　　FIRST集：FIRST(S)={a，@,，b,，c}；FIRST(H)={@,，b,，c，a},；FIRST(K)={@,，b，c,，a},；FIRST(A)={@，b,，c},；FIRST(B)={e，d}；FIRST(D)={b,，c},；FIRST(E)={b，c,，a},。

 

　　FOLLOW集：FOLLOW(S)={#}；FOLLOW(H)= {f},；FOLLOW(K)={e,，d}；FOLLOW(A)={f},；

 

　　FOLLOW(B)={b,，c，a,，f,，e，d},；FOLLOW(D)={b,，c，f,，a,，e，d},；FOLLOW(E)={b,，C，a,，f,，e,，d},。

 

　　各產(chǎn)生式的SELECT集：SELECT(S→aHfS)={a}；SELECT(S→AfS)={b,，c,，f}；SELECT(S→@)={@,，#},；SELECT(H→EH)={b，c,，a},；SELECT(H→@)={@，f}；SELECT(K→EK)={b,，c,，a}；SELECT(K→@)={@,，e,，d}；SELECT(A→DA)={b,，c},；SELECT(A→@)={@，f},；SELECT(B→e)={e},；SELECT(B→d)=8mae4ocg；SELECT(D→b)=,,；SELECT(D→c)={c}；SELECT(E→D)={b,，c},；SELECT(E→aKB)={a}

 

　　根據(jù)上述計(jì)算。生成的PLC文法預(yù)測(cè)分析表如表1所示,。

 

　　通過(guò)表1,，采用非遞歸的預(yù)測(cè)分析方法，構(gòu)造預(yù)測(cè)分析器模型,，如圖2所示,。

 

圖2 非遞歸的預(yù)測(cè)分析器模型

 

　　預(yù)測(cè)分析器的控制程序總是根據(jù)棧頂符號(hào)和當(dāng)前輸入符號(hào)來(lái)決定預(yù)測(cè)分析器的動(dòng)作，預(yù)測(cè)分析器的控制程序算法如下：

 

　　置指針ip指向輸入符號(hào)串的第1個(gè)字符

 

　　while(1)

　　令X是棧頂符號(hào),。a是ip所指的符號(hào),；

　　if(X是終結(jié)符號(hào)或$)

　　if X==a

　　pop(X)，更新ip,；

　　else

　　error(),；

　　else(X是非終結(jié)符號(hào))

　　if M[X，a]：X—yly2?K

　　pop(X),；

　　push(Y1Y2?K),；

　　else

　　error()；

　　else(X==$)

　　分析成功,；

　　break,；

 

　　其中，M[X,，a]是指預(yù)測(cè)分析表中x行和a列相交處的產(chǎn)生式,。

 

　　下面舉例子來(lái)說(shuō)明PLC程序語(yǔ)法分析程序的工作過(guò)程,。

 

　　將指令用小寫(xiě)字母代替后，程序指令變?yōu)閍cababecdcf,，將該字符串作為輸入,，分析過(guò)程如表2所示。

表2 PLC程序語(yǔ)法分析表

 

　　5 軟PLC程序編譯的實(shí)現(xiàn)

　　PLC指令表程序的分析是通過(guò)對(duì)指令表程序的解釋而獲得程序的邏輯,，并以對(duì)話(huà)框形式演示程序的邏輯狀態(tài),。在解釋過(guò)程中，構(gòu)造2個(gè)變量,，1個(gè)用于存儲(chǔ)分支塊的邏輯值,，另1個(gè)用于存儲(chǔ)分支塊前面語(yǔ)句的邏輯值。同時(shí)構(gòu)造1個(gè)堆棧用來(lái)存儲(chǔ)解釋過(guò)程中的結(jié)果,，分支塊前面的值保存在堆棧中,，整個(gè)分支塊的值保存在1個(gè)臨時(shí)變量中。

 

　　PLC指令表程序的解釋過(guò)程為：1)當(dāng)解釋程序發(fā)現(xiàn)LD或LDI指令時(shí),，將臨時(shí)變量值壓入堆棧,，臨時(shí)變量賦值為1，臨時(shí)變量與指令后面的元素進(jìn)行邏輯與操作,，將結(jié)果保存在臨時(shí)變量中,；2)當(dāng)解釋程序發(fā)現(xiàn)AND或ANI指令時(shí)，臨時(shí)變量與指令后的元素進(jìn)行與操作,，將結(jié)果保存到臨時(shí)變量中,；3)當(dāng)解釋程序發(fā)現(xiàn)OR或ORI指令時(shí)，l臨時(shí)變量與指令后的元素進(jìn)行或操作,，將結(jié)果保存到臨時(shí)變量中,；4)當(dāng)解釋程序發(fā)現(xiàn)ANB指令時(shí)，臨時(shí)變量與棧頂?shù)闹颠M(jìn)行與操作,，將結(jié)果保存到臨時(shí)變量中,，同時(shí)堆棧將棧頂元素彈出；5)當(dāng)解釋程序發(fā)現(xiàn)ORB指令時(shí),，臨時(shí)變量與棧頂?shù)闹颠M(jìn)行或操作,，將結(jié)果保存到臨時(shí)變量中，同時(shí)堆棧將棧頂元素彈出,；6)當(dāng)解釋程序發(fā)現(xiàn)OUT指令時(shí),，將臨時(shí)變量與棧頂?shù)闹颠M(jìn)行與操作,，將結(jié)果保存在臨時(shí)變量中,。同時(shí)清空堆棧。