文章目录
  1. 1. 软件环境
  2. 2. 硬件环境

我们自己来做一个PLC(Programmable Logic Controller,即可编程逻辑控制器)怎么样?就像很多计算机专业的同学都自己写过最简单的操作系统一样,作为工控领域的软件人,怎么能不自己动手做个简单的PLC呢?

PLC其实也是经历了很长时间的演变,最早的PLC虽然也是运行在单片机上,但是仅支持指定模块的编程,而下装组态其实是在传输各个点及各个点之间的连接信息,再由PLC根据这些信息在内部进行解析运行。而现在的PLC,大多数都可以被称之为软PLC(也称Soft PLC),即在PC端便已经编译成二进制文件,下载至PLC的过程是拷贝或者烧录程序的过程,这使得PC的高性能得到了更好的发挥,我们今天讨论的PLC便属于软PLC。

如果你想要找我要代码的话,虽然我自己已经尝试着做过一个简单基本的了,但是不得不说一个完整的PLC是相当的庞大和复杂,我自己的仅供我自己学习使用了,没有足够的注释和文档去帮助别人了解,故在这里我可以推荐一个做得还算不错的开源项目(当时我自己尝试的时候也借用了这个项目中不少的组件),这个开源项目叫做beremiz

首先让我们来考虑一下,我自己要做的PLC需要些什么组件呢?

软件环境

  • PLC程序IDE,方便开发人员编写和调试程序的人机界面,支持多种语言的开发。可选的开源项目:

    • PLCEdit:完全按照IEC61131标准开发,所有五种语言均支持,使用Python开发,故可以做到跨平台。
    • Beremiz:一套完整的开源PLC解决方案,不过放在这里主要是因为它不但使用了上面说的PLCEdit,同时还对其进行了增强,使得其增加了重要的在线调试功能。
    • SoapBox Snap:使用C#+WPF开发的,仅支持梯形图一种语言,不过却已经支持了在线调试功能,含模拟器。
    • 我的解决方案:我使用了Node.js+HTML5开发,仅支持梯形图一种语言,不支持在线调试,使用HTML5方案最大的优势有两点,一是适应未来发展需要,二是类似于家用路由器一样,可以将网页嵌入到设备中,故只要一台能浏览HTML5网页的浏览器便可以配置PLC。

    按照工业控制领域常用的IEC61131-3标准来看,工业控制领域程序语言被分为了两大类五种语言,两大类是指图形化编程和代码编程,图形化编程中有Ladder(梯形图),FBD(Function Block Diagram,功能块图)和SFC(Sequential Function Chart,序列功能表),而代码编程有IL(Instruction List,指令集)和ST(Structured Text,结构化文本),具体内容我就不展开了,有需要自行百度百科或维基百科。

  • HMI设计器,Human-machine interface,即人机界面,主要用来显示控制过程中的实时数据,并设置一些按键方便操作员快速控制系统。可选方案:

    • Beremiz:使用SVG技术开发,样式可扩展性强,但是逻辑扩展性弱。
    • 我的解决方案:使用HTML5技术开发,不但有丰富的开源编辑器可供选用,而且用户可以自行嵌入JS逻辑。
  • 编译器,顾名思义,就是将在IDE环境中编写好的程序转换成可以直接运行在单片机上的二进制序列。可选的开源项目:

    • mat:最全面的开源编译器,输入符合其标准的定义文件,并可以支持IL和ST两种文本语言。使用纯C开发,大量使用了宏定义,导致我看代码看得挺吃力的。
    • Avrian-Jump:一个非常初级的梯形图编辑器,并可以将该梯形图转译成ATMega168的二进制程序,使用js开发,直接在网页上操作。
    • 我的解决方案:我的初版解决方案是使用C#语言通过正则表达式识别代码并转成可供执行的Python代码。后来将正则表达式的方式改为Coco/R,即专门的编译器生成器。
  • 其他必要的类库或驱动,通常情况主要就是IO的驱动,以及通信的协议栈,当然还不能缺少基本的供开发人员调用的类库。很多时候都是内嵌在编译器中,或者提供足够的灵活性让用户自行开发。

硬件环境

  • MCU,Microcontroller Unit,微处理单元,用于具体执行逻辑的部件,必要时可能还会承担通信、程序更新和日志记录的工作。

  • 外围电路,其实主要说的外围电路就是IO相关的电路,不过作为软件人,这方面不用搞得非常清楚,我们只需要购置一些标准的开发板,便会将这些事情都处理的妥妥当当的。

我的解决方案:使用虚拟机运行Linux模拟,以及使用RaspberryPi这类支持运行Linux和Python的环境。

每一个子项中的解决方案或者开源项目都还会有很多,在这里,我仅列举了我使用过和了解过的,相信你可以轻松的通过google搜索到更多的类似开源组件,所以在这里就不一一列举了。

以上简单的介绍了一下自己设计的PLC系统的基本组成部分,以及一些可选的开源项目和他们的特性。制作PLC并不是一件简单的事情,相信你也无法在看过本文后便轻松的制作出自己那个PLC,不过我希望可以通过本文让你了解到,做一个自己的PLC所需要的部件,以及其实它也并非高不可攀的。

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  2. 2. 硬件环境