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一、引言
 

　　可編程序操控器(簡稱plc)是一種工業自動操控中運用的核算設備。它廣泛運用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制作、汽車、輕紡、交通運輸、航天、環保及文化娛樂等各個職業。小到家用設備，大到航天器材，都有plc的運用。
 

　　典型的plc由一個的cpu，一個存儲器和一組輸入輸出端口構成，如圖1所示。它經過輸入端口接收來自傳感器的信號，并經過輸出端口宣布操控信號驅動同它連接的外部設備。存儲器中安放操控程序，體系的活動由操控程序所驅動。
 

　　plc體系每隔必定的時刻距離(比方5毫秒)從輸入端口讀入信號，履行核算，然后向輸出端口發送輸出信號。每一“輸入-核算-輸出”周期稱為一個掃描周期。plc程序在每個掃描周期中重復履行一遍。plc的簡略運用有洗衣機操控，電梯操控。雜亂的運用有自動機床操控，自動化工程操控。
 

　　plc程序規劃具有不尋常的軟件編程形式。規劃中需求考慮多個并行線程，它們之間的交互作用，以及在時刻域上的行為。在plc的五種首要的編程言語傍邊，源自繼電器操控體系的梯形圖言語選用了一種簡略的辦法巧妙地處理了并行程序規劃問題，可是，由于plc編程問題的固有雜亂性，以及測驗手法的缺少，許多plc程序中仍然存在很多的過錯。
 

　　為了處理這一問題，靈芯實驗室正在開發plc測驗體系，為plc程序的調試供給處理方案。在這一體系的試用進程中，在兩本plc入門教科書的6個簡略程序比如中發現其間的4個程序里面至少包含8個過錯。
 

　　●一個搶答器程序在兩個參賽者一起按下搶答按鈕時，只要其間一個人的警報器可以宣布警報；
 

　　●一個噴泉程序中，噴水組在幾個指守時刻上沒有按要求中止噴水，或開端噴水；
 

　　●一個交通燈操控程序中，綠燈閃耀操控不正常；體系發動的時候，一個方向綠燈亮，另一個方向的紅燈卻不亮；強通完畢之后，交通燈沒有當即康復正常運轉；
 

　　●在另一個交通燈程序中，按下中止按鈕之后，所有的燈平息，但兩個方向人行道上卻亮紅燈。
 

　　咱們認為這一發現是不同尋常的。盡管每個程序員和教師都會犯編程過錯，可是咱們還從未在任何一本程序規劃的教科書中發現如此高份額的程序錯。這一現象初步證實了plc程序過錯的廣泛性和嚴重性。
 

　　本文將逐個剖析上述每一個程序的過錯，指出過錯原因。其間大部分程序，咱們給出糾正了過錯的新程序。期望這一剖析可以協助plc程序員和教師提高plc程序規劃的正確性。plc程序的履行原理以及梯形圖的語義將在比如的介紹中一起給予解釋。咱們相信，經過剖析過錯來學習是把握遍程技巧的好辦法
 

　　二、搶答器程序
 

　　標題：搶答器程序
 

　　來歷：plc運用技術開發與實踐
 

　　編程渠道：西門子公司s7-200
 

　　問題描繪：
 

　　(1)主持人操控開端按鈕；
 

　　(2)3個搶答者每人操控自己的搶答按鈕；
 

　　(3)開端按鈕按下之后所有警報器斷電；
 

　　(4)之后每個搶答按鈕按下將使自己的警報器得電，并鎖住其他搶答者輸入信號的有效性。
 

　　變量分配：
 

　　i0.0主持人按鈕；
 

　　i0.1，i0.2，i0.3別離為三個搶答者按鈕；
 

　　q0.0，q0.1，q0.2別離為對應于搶答者的警報器輸出；
 

　　原書給出的搶答器梯形圖程序(見圖2)。
 

　　圖2搶答器梯形圖程序

　　plc程序語義：
 

　　上述梯形圖程序的語義可以用比較簡短的辦法表達出來：
 

　　q0.0：=(i0.1orq0.0)and~i0.0and~q0.1and~q0.2；
 

　　q0.1：=(i0.2orq0.1)and~i0.0and~q0.0and~q0.2；
 

　　q0.2：=(i0.3orq0.2)and~i0.0and~q0.0and~q0.1；
 

　　其間~i0.0表示i0.0的邏輯非。
 

　　plc的程序周期性地重復履行，每個周期時刻很短。在一個周期中，plc將讀入輸入值(這兒是i0.1，i0.2和i0.3)，經過對上述程序的核算之后，把輸出變量(這兒是q0.0，q0.1和q0.2)的值送到外部。留意上述程序在每個周期中都重復履行。在每個周期中，程序的履行由上往下由左至右。
 

　　當一個搶答按鈕按下之后(比方i0.1=1)，對應的輸出(q0.0)立刻變成1。在下一周期中，即使該按鈕方開(i0.1=0)程序的輸出仍然會堅持為0，原因是程序依托自反應作用(orq0.0)。一起，由于在別的兩個程序段中含有~q0.1，因而它們的輸出都無法變成1，直到主持人按鈕i0.0把q0.0從頭置0中止。
 

　　●程序問題
 

　　假如兩個搶答者在同一時刻按下按鈕，在程序中處于前面的搶答者的警報器輸出正常，另一個搶答者的警報器沒有輸出。
 

　　●程序剖析
 

　　本問題分紅三個程序段，它們本應并行履行方能抵達公平的效果。但plc的cpu只能次序履行程序，因而在程序中位置處于前面的搶答者的輸出發生之后，后邊的程序輸出就被當即阻斷。因而兩個按鈕一起按下時，只要其間的一個得到呼應。
 

　　plc的編程形式來歷于繼電器電路操控體系，在那些體系中，上述三個程序段關于三個并行運轉的電路，可是轉到cpu中之后，這些程序就不得不次序履行。并行模型與次序履行的抵觸是許多程序過錯的原因。在作者從前的論文中就對這一問題進行了剖析[1]。
 

　　在次序履行的機器上面完結plc并行語義是或許的?？墒侨匀恍枨笮⌒母鞣N圈套。下面的*次測驗存在一個過錯，再后邊一個程序改正了這個過錯，經過了程序測驗。
 

　　●程序批改測驗
 

　　戰勝上面問題的一個天然的想法是運用中間變量保存每個程序段的輸出。這一思路導致下面的程序完結(見圖3)：
 

　　圖3程序批改測驗程序完結圖

　　運用這一程序時，假如兩個搶答者的按鈕一起按下，對應的兩個警報器會一起響。可是，在下一周期，兩個警報器的輸出又會一起康復到0。原因是每一個搶答輸入都會導致另一個搶答無效，兩個搶答輸入就會一起導致對方無效。
 

　　●終程序
 

　　下面的程序戰勝了上述問題，而且經過了根本的測驗查看(見圖4)。
 

　　它同前面程序不同之處在于把q0.0等變量的統轄規模放寬了，因而一旦q0.0為1，只要主持人按鈕不按下，它的值就能持續堅持下去。
 

　　圖4根本測驗查看成果

　　三、噴泉程序
 

　　標題：plc在噴泉中的運用
 

　　來歷：plc運用技術開發與實踐
 

　　編程渠道：三菱公司fx2n系列
 

　　問題描繪
 

　　(1)噴泉有a，b，c3組噴頭；
 

　　(2)按動開端按鈕后，a組先噴，10秒后停，然后b組和c組一起噴；
 

　　(3)b和c噴10秒后b停，再10秒后c停；
 

　　(4)a，b又噴，5秒后，c也噴，持續10秒后悉數停；
 

　　(5)再5秒后重返上述(2)到(4)步；
 

　　(6)按動中止按鈕后，a，b，c3組噴頭悉數停。
 

　　輸入輸出變量分配：
 

　　x0001：開端按鈕
 

　　x0002：完畢按鈕
 

　　y0001：a組噴頭
 

　　y0002：b組噴頭
 

　　y0003：c組噴頭
 

　　內部繼電器：m0—m5
 

　　守時器分配(見圖5)：
 

　　t0：a組噴10秒；0—10
 

　　t1：b，c組噴10秒；10—20
 

　　t2：c組噴10秒；20—30
 

　　t3：a，b組噴5秒；30—35
 

　　t4：a，b，c組噴10秒；35—45
 

　　t5：a，b，c組停噴5秒；45—50
 

　　同前一程序相比，這一程序中增加了t0，t1等守時器。守時器用t標識，它的上方是守時器變量名，下方是預訂的守時延遲。本例運用的是ton類型守時器，這種守時器只要輸入端由0轉1計時就開端，在計時進程中，輸入端有必要始終堅持為1，一旦守時器屆時，它所對應的變量就當即由0轉1。在計時進程中，假如輸入端轉0，則計時中止，守時器屆時之后，只要輸入端持續為1，那么計時器變量也持續堅持為1，一旦輸入變0，計時變量也轉為0。本例中的守時器按十分之一秒為單位計時。
 

　　這個程序含有三個過錯，它的某些噴頭在預訂中止的時刻沒有中止，在預訂開端的時刻沒有開端。
 

　　程序過錯(1)：依照要求程序開端后20秒，c組噴射應該中止，但該程序卻沒有中止c的噴射。
 

　　原因剖析
 

　　c的噴射遭到m1，m2和m3的操控，它們別離操控c組的*，第二和第三次噴射。在第2次噴射完畢之后，m2為0，噴射本應中止，但調試中發現c的輸出(y0002)持續為1，單步調試發現，此刻m1為1，由此造成c組輸出持續。剖析發現，發生m1的梯形圖有錯。應該運用m1來發生反應，但程序中用了b組的輸出變量y0001。該變量恰好在c組第2次噴射之后從頭置1，因而造成了c組持續噴射。將此處改成m1之后這一過錯即可消除。
 

　　程序過錯(2)：程序開端后50秒，a組噴射應該從頭開端，但實踐運轉中并未開端。
 

　　原因剖析：
 

　　這是一個守時時刻寫錯的簡略過錯。守時器t4設定的時刻應為5秒(50)，但梯形圖中錯寫成100(該書指令表程序中也是寫50，梯形圖中是一個失誤)。
 

　　程序過錯(3)：在糾正了上面兩個過錯之后，程序仍然無法經過測驗。50秒之后，c組不應該開端噴射，但實踐運轉中噴射。
 

　　原因剖析：
 

　　50秒之后，程序進入下一周期。此刻程序該如何運轉在原書中沒有清楚描繪，這歸于描繪不全。依據程序的詳細完結，可以看出作者的意圖是在50秒之后把整個噴射進程重演一遍?；谶@樣的了解，程序應該在50秒之后開端a組噴射，但程序運轉成果是，不但a組噴射，而且c組也噴射，后一行為不符合規則。
 

　　出現這一現象的原因在于，m0的梯形圖中運用了y000來完結反應。這一過錯同*個過錯類似，只是這一辦法在一個周期的運轉中沒有問題，在第二周期中就會出現問題。在該圖中用m0取代y000就能消除這一過錯。
 

　　在消除了以上問題之后得到梯形圖如圖6所示。
 

　　四、十字路通燈操控程序
 

　　標題：交通燈操控程序
 

　　來歷：plc運用技術開發與實踐
 

　　編程渠道：omron公司cqm1系列
 

　　●使命描繪
 

　　工作次序：發動按鈕，南北綠燈，東西紅燈，東西綠燈，南北紅燈。按此次序循環。
 

　　時序操控：(90秒周期)
 

　　●主干道
 

　　南北左轉燈：綠10秒，黃2秒，紅78秒；
 

　　南北直行燈：紅10秒，綠30秒，綠閃3秒，黃2秒，紅45秒；
 

　　東西方向左轉燈和直行燈的工作辦法與上相仿，但延遲45秒。人行道燈與主干道直行燈相同。
 

　　●強通操控
 

　　打開強通開關，強通方向綠燈亮，斷開強通開關，綠燈閃3秒，康復正常操控；
 

　　閃耀操控，亮0.5秒，暗0.5秒，持續3秒；
 

　　這個程序比較長，不便悉數抄錄在此。這兒僅指出程序中的幾個過錯，并列出相關的程序段。
 

　　圖7程序的完結

　　程序過錯(1)：閃耀操控過錯。閃耀進程經過一個專門的程序段操控，按要求該程序應該每隔0.5秒輸出1，然后0.5秒輸出0，不斷循環。圖7是書中該程序的完結：
 

　　其間只用到tim050一個守時器，計時單位為十分之一秒。omron的tim型守時器的工作辦法同西門子ton型守時器相仿，當輸入為1時發動計時，一旦輸入轉0，當即中止計時，守時器變量輸出復位為0。
 

　　開始狀態tim050的值為0，取反后送入守時器1，發動計時，5個單位之后屆時守時器發生信號1。該信號經反應之后，把0送入守時器，這一輸入值當即把守時器輸出從頭變為0。因而，該段程序只能發生十分時刻短的1，而不是持續0.5秒的1。當該信號用于驅動綠燈時，無法發生正常的均勻閃耀效果。
 

　　程序批改(見圖8)
 

　　圖8程序批改圖

　　這兒用了兩個守時器，當*個守時器tim050屆時之后，它的輸出信號1送到第二個守時器tim051發動后者計時。但tim051需求5個單位之后才能屆時，在這段時刻內，tim050仍然的輸入仍然是1，因而它可以把1持續堅持0.5秒，由此發生一個均勻的每隔0.5秒改動的脈沖。
 

　　程序過錯(2)：在體系初始發動階段，南北方向綠燈亮，但東西方向的左轉紅燈和直行紅燈沒有一起點亮
 

　　原因剖析：由于相關程序比較長，不便在這兒展現，這兒咱們僅剖析一下犯錯的原因及處理的辦法。原程序中選用次序發動各個顏色燈的辦法。即左轉綠燈10秒后發動直行綠燈，30秒后綠閃，2秒后黃燈，然后55秒紅燈?？墒?，按這一次序運轉時，一開端南北直行紅燈的10秒缺掉了，東西左轉紅燈45秒漏了，后東西直行紅燈55秒也漏了。要改動這一狀況，需求改動后一程序，一起再引進兩個守時器，把紅燈操控切分紅兩段完結。
 

　　或許人們認為上一個問題不算嚴重，由于本來程序在發動一分鐘之后就能抵達正常。但下面的強通操控的過錯確是比較嚴重的。所謂強通是指緊急車輛抵達路口時，人工操控按下相應方向的強通開關，使得這一方向的綠燈亮，另一方向亮紅燈。緊急車輛過去之后，強通開關方塊，強通方向綠燈閃動三下之后，康復本來的體系運轉。
 

　　程序過錯(3)：強通按鈕鋪開之后，按規則強通方向綠燈應該閃耀三下，然后平息，但實踐狀況是綠燈沒有依照規則閃耀和中止，而是持續發亮。
 

　　原因剖析：
 

　　咱們以東西向直行綠燈操控程序段為例剖析這一問題。
 

　　該程序中100.12為操控東西向綠燈的輸出變量。該方向的強通經過hr0.00操控，強通按鈕按下之后，該變量為1，從而引起100.12輸出為1，綠燈亮。強通按鈕鋪開之后，這條通路堵截，hr0.01變為0之后，hr0.03會變為1，進程在這兒略去。hr0.03所在的通路將發生一個3秒鐘的閃耀脈沖。編程者的意圖是經過它在完畢強通之后制作一個綠燈閃耀進程。可是，由于變量100.12的反應存在，一旦該變量為1，它將自動地持續堅持為1。只要兩種辦法可以使它康復為0，一種是30秒守時器屆時(tim010)，另一個是另一方向的強通信號hr0.01。在同方向強通信號完畢之后，一般狀況下，上述兩個信號均不會轉為1，因而綠燈無法立刻中止。體系并不發生規則的效果。
 

　　這是一個比較嚴重的過錯，由于此處本應經過綠燈閃耀轉為紅燈，但體系卻始終堅持綠燈。這樣的體系是無法承受的。
 

　　這一問題的處理比較雜亂一點。由于咱們的首要使命是發現過錯，此地咱們不再評論如何批改這一過錯的問題。
 

　　五、第二個十字路通燈操控程序
 

　　本節評論另一本書上的交通燈操控程序中的過錯。這一程序沒有處理強通操控這樣的雜亂問題，可是人行道操控同主干道操控分開處理，成果在人行道操控上出現了過錯。
 

　　標題：交通燈操控程序
 

　　來歷：plc運用開發實用子程序
 

　　編程渠道：西門子s7-200
 

　　時序操控：(90秒周期)
 

　　南北主干道左轉綠10秒，綠30秒，綠閃3秒，黃2秒，紅45秒；
 

　　東西人行道：紅13秒，綠27秒，綠閃3秒，紅47秒；
 

　　東西主干道：紅45秒，左轉綠10秒，綠30秒，綠閃3秒，黃2秒；
 

　　南北人行道：紅58秒，綠27秒，綠閃3秒，紅2秒。
 

　　注：
 

　　(1)綠閃包含轉向綠燈和轉向綠燈；
 

　　(2)東西人行道指東西兩頭的人行道。
 

　　測驗顯示該程序時序上運轉正確，可是在關機時出了問題。
 

　　程序過錯：按下體系中止開關，大部分燈都平息，但兩個方向的人行道上亮起紅燈。
 

　　程序剖析：
 

　　咱們以操控東西方向人行道紅燈的變量q1.3的核算為例進行剖析。下面把相關程序段專門抽出來進行剖析(見圖10)。
 

　　圖10相關程序段剖析圖

　　圖中可見，當m0.4為0時q1.3將輸出1。當t7，t8為0時m0.4必定為0。體系中止開關是i0.2，它按下之后會使m0.1變為0，該變量是操控體系活動的首要變量，它變為0將使一系列變量變為0，也包含t7和t8。可是這樣做卻沒有關掉東西兩頭人行道的紅燈。南北兩頭人行道紅燈選用的是類似程序，因而也沒有關掉。
 

　　程序批改：
 

　　只需把m0.1直接加入到人行道紅燈的操控中即可。
 

　　六、結語
 

　　本文剖析了來自兩本plc教材的4個程序比如，從中找出大大小小8個過錯，并對這些過錯的原因進行了剖析。咱們希望這個剖析可以協助程序員削減編程過錯。
 

　　本文目的是為了揭示plc程序過錯的遍及性。這些過錯不能簡略歸咎于作者的失誤，首要原因是編程形式的雜亂性以及測驗手法的缺少。
 

　　失誤是人類的遍及行為。關于核算機程序這樣雜亂的對象，犯錯經常出現。程序編制進程自身就是一個不斷測驗不斷糾正過錯的進程?？墒牵趐lc范疇，離線的調試工具比較單薄，迄今中止好的調試辦法仍然是現場調試，可是這一辦法過于消耗時刻，而且一般教師和學生都沒有這樣的條件。這是程序過錯率高的根本原因。