一組PLC程序的邏輯錯誤分析

1 引言

　　可編程序控制器（簡稱plc）是一種工業(yè)自動控制中使用的計(jì)算裝置。它廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、航天、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。小到家用設(shè)備，大到航天器材，都有plc的應(yīng)用。

　　典型的plc由一個專用的cpu，一個存儲器和一組輸入輸出端口構(gòu)成，如圖1所示。它通過輸入端口接收來自傳感器的信號，并通過輸出端口發(fā)出控制信號驅(qū)動同它連接的外部設(shè)備。存儲器中安放控制程序，系統(tǒng)的活動由控制程序所驅(qū)動。

　　plc系統(tǒng)每隔一定的時間間隔（比如5毫秒）從輸入端口讀入信號，執(zhí)行計(jì)算，然后向輸出端口發(fā)送輸出信號。每一“輸入－計(jì)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(fù)執(zhí)行一遍。plc的簡單應(yīng)用有洗衣機(jī)控制，電梯控制。復(fù)雜的應(yīng)用有自動機(jī)床控制，自動化工程控制。

　　plc程序設(shè)計(jì)具有不尋常的軟件編程模式。設(shè)計(jì)中需要考慮多個并行線程，它們之間的交互作用，以及在時間域上的行為。在plc的五種主要的編程語言當(dāng)中，源自繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖語言采用了一種簡單的方式巧妙地處理了并行程序設(shè)計(jì)問題，然而，由于plc編程問題的固有復(fù)雜性，以及測試手段的缺乏，許多plc程序中依然存在大量的錯誤。

　　為了解決這一問題，靈芯實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)plc測試系統(tǒng)，為plc程序的調(diào)試提供解決方案。在這一系統(tǒng)的試用過程中，在兩本plc入門教科書的6個簡單程序例子中發(fā)現(xiàn)其中的4個程序里面至少包含8個錯誤。

　　●一個搶答器程序在兩個參賽者同時按下?lián)尨鸢粹o時，只有其中一個人的警報器能夠發(fā)出警報；

　　●一個噴泉程序中，噴水組在幾個指定時間上沒有按要求停止噴水，或開始噴水；

　　●一個交通燈控制程序中，綠燈閃爍控制不正常；系統(tǒng)啟動的時候，一個方向綠燈亮，另一個方向的紅燈卻不亮；強(qiáng)通結(jié)束之后，交通燈沒有立即恢復(fù)正常運(yùn)行；

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

　　我們認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)是不同尋常的。雖然每個程序員和教師都會犯編程錯誤，但是我們還從未在任何一本程序設(shè)計(jì)的教科書中發(fā)現(xiàn)如此高比例的程序錯。這一現(xiàn)象初步證實(shí)了plc程序 錯誤的廣泛性和嚴(yán)重性。

　　本文將逐一分析上述每一個程序的錯誤，指出錯誤原因。其中大部分程序，我們給出糾正了錯誤的新程序。期望這一分析能夠幫助plc程序員和教師提高plc程序設(shè)計(jì)的正確性。plc程序的執(zhí)行原理以及梯形圖的語義將在例子的介紹中同時給予解釋。我們相信，通過分析錯誤來學(xué)習(xí)是掌握遍程技巧的好方法。