自己動(dòng)手做一個(gè)PLC

我們自己來(lái)做一個(gè)PLC(Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器)怎么樣？就像很多計(jì)算機(jī)專業(yè)的同學(xué)都自己寫過(guò)最簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)一樣，作為工控領(lǐng)域的軟件人，怎么能不自己動(dòng)手做個(gè)簡(jiǎn)單的PLC呢？

PLC其實(shí)也是經(jīng)歷了很長(zhǎng)時(shí)間的演變，最早的PLC雖然也是運(yùn)行在單片機(jī)上，但是僅支持指定模塊的編程，而下裝組態(tài)其實(shí)是在傳輸各個(gè)點(diǎn)及各個(gè)點(diǎn)之間的連接信息，再由PLC根據(jù)這些信息在內(nèi)部進(jìn)行解析運(yùn)行。而現(xiàn)在的PLC，大多數(shù)都可以被稱之為軟PLC（也稱Soft PLC），即在PC端便已經(jīng)編譯成二進(jìn)制文件，下載至PLC的過(guò)程是拷貝或者燒錄程序的過(guò)程，這使得PC的高性能得到了更好的發(fā)揮，我們今天討論的PLC便屬于軟PLC。

如果你想要找我要代碼的話，雖然我自己已經(jīng)嘗試著做過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單基本的了，但是不得不說(shuō)一個(gè)完整的PLC是相當(dāng)?shù)凝嫶蠛蛷?fù)雜，我自己的僅供我自己學(xué)習(xí)使用了，沒(méi)有足夠的注釋和文檔去幫助別人了解，故在這里我可以推薦一個(gè)做得還算不錯(cuò)的開(kāi)源項(xiàng)目（當(dāng)時(shí)我自己嘗試的時(shí)候也借用了這個(gè)項(xiàng)目中不少的組件），這個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目叫做beremiz。

首先讓我們來(lái)考慮一下，我自己要做的PLC需要些什么組件呢？

• PLC程序IDE，方便開(kāi)發(fā)人員編寫和調(diào)試程序的人機(jī)界面，支持多種語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)�？蛇x的開(kāi)源項(xiàng)目：
  
• PLCEdit：完全按照IEC61131標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，所有五種語(yǔ)言均支持，使用Python開(kāi)發(fā)，故可以做到跨平臺(tái)。
  
• Beremiz：一套完整的開(kāi)源PLC解決方案，不過(guò)放在這里主要是因?yàn)樗�不但使用了上面說(shuō)的PLCEdit，同時(shí)還對(duì)其進(jìn)行了增強(qiáng)，使得其增加了重要的在線調(diào)試功能。
  
• SoapBox Snap：使用C#+WPF開(kāi)發(fā)的，僅支持梯形圖一種語(yǔ)言，不過(guò)卻已經(jīng)支持了在線調(diào)試功能，含模擬器。
  
• 我的解決方案：我使用了Node.js+HTML5開(kāi)發(fā)，僅支持梯形圖一種語(yǔ)言，不支持在線調(diào)試，使用HTML5方案最大的優(yōu)勢(shì)有兩點(diǎn)，一是適應(yīng)未來(lái)發(fā)展需要，二是類似于家用路由器一樣，可以將網(wǎng)頁(yè)嵌入到設(shè)備中，故只要一臺(tái)能瀏覽HTML5網(wǎng)頁(yè)的瀏覽器便可以配置PLC。
  
  

按照工業(yè)控制領(lǐng)域常用的IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，工業(yè)控制領(lǐng)域程序語(yǔ)言被分為了兩大類五種語(yǔ)言，兩大類是指圖形化編程和代碼編程，圖形化編程中有Ladder（梯形圖），F(xiàn)BD（Function Block Diagram，功能塊圖）和SFC（Sequential Function Chart，序列功能表），而代碼編程有IL（Instruction List，指令集）和ST（Structured Text，結(jié)構(gòu)化文本），具體內(nèi)容我就不展開(kāi)了，有需要自行百度百科或維基百科。

• HMI設(shè)計(jì)器，Human-machine interface，即人機(jī)界面，主要用來(lái)顯示控制過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并設(shè)置一些按鍵方便操作員快速控制系統(tǒng)�？蛇x方案：
  
• Beremiz：使用SVG技術(shù)開(kāi)發(fā)，樣式可擴(kuò)展性強(qiáng)，但是邏輯擴(kuò)展性弱。
  
• 我的解決方案：使用HTML5技術(shù)開(kāi)發(fā)，不但有豐富的開(kāi)源編輯器可供選用，而且用戶可以自行嵌入JS邏輯。
• 編譯器，顧名思義，就是將在IDE環(huán)境中編寫好的程序轉(zhuǎn)換成可以直接運(yùn)行在單片機(jī)上的二進(jìn)制序列�？蛇x的開(kāi)源項(xiàng)目：
  
• mat：最全面的開(kāi)源編譯器，輸入符合其標(biāo)準(zhǔn)的定義文件，并可以支持IL和ST兩種文本語(yǔ)言。使用純C開(kāi)發(fā)，大量使用了宏定義，導(dǎo)致我看代碼看得挺吃力的。
  
• Avrian-Jump：一個(gè)非常初級(jí)的梯形圖編輯器，并可以將該梯形圖轉(zhuǎn)譯成ATMega168的二進(jìn)制程序，使用js開(kāi)發(fā)，直接在網(wǎng)頁(yè)上操作。
  
• 我的解決方案：我的初版解決方案是使用C#語(yǔ)言通過(guò)正則表達(dá)式識(shí)別代碼并轉(zhuǎn)成可供執(zhí)行的Python代碼。后來(lái)將正則表達(dá)式的方式改為Coco/R，即專門的編譯器生成器。
• 其他必要的類庫(kù)或驅(qū)動(dòng)，通常情況主要就是IO的驅(qū)動(dòng)，以及通信的協(xié)議棧，當(dāng)然還不能缺少基本的供開(kāi)發(fā)人員調(diào)用的類庫(kù)。很多時(shí)候都是內(nèi)嵌在編譯器中，或者提供足夠的靈活性讓用戶自行開(kāi)發(fā)。
  
  

• MCU，Microcontroller Unit，微處理單元，用于具體執(zhí)行邏輯的部件，必要時(shí)可能還會(huì)承擔(dān)通信、程序更新和日志記錄的工作。
• 外圍電路，其實(shí)主要說(shuō)的外圍電路就是IO相關(guān)的電路，不過(guò)作為軟件人，這方面不用搞得非常清楚，我們只需要購(gòu)置一些標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)板，便會(huì)將這些事情都處理的妥妥當(dāng)當(dāng)?shù)摹?/div>
  

我的解決方案：使用虛擬機(jī)運(yùn)行Linux模擬，以及使用RaspberryPi這類支持運(yùn)行Linux和Python的環(huán)境。

每一個(gè)子項(xiàng)中的解決方案或者開(kāi)源項(xiàng)目都還會(huì)有很多，在這里，我僅列舉了我使用過(guò)和了解過(guò)的，相信你可以輕松的通過(guò)google搜索到更多的類似開(kāi)源組件，所以在這里就不一一列舉了。

以上簡(jiǎn)單的介紹了一下自己設(shè)計(jì)的PLC系統(tǒng)的基本組成部分，以及一些可選的開(kāi)源項(xiàng)目和他們的特性。制作PLC并不是一件簡(jiǎn)單的事情，相信你也無(wú)法在看過(guò)本文后便輕松的制作出自己那個(gè)PLC，不過(guò)我希望可以通過(guò)本文讓你了解到，做一個(gè)自己的PLC所需要的部件，以及其實(shí)它也并非高不可攀的。