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第一章：概述

概述

IEC 61131-3 标准

由于 MetaFacture 是完全基于 IEC 61131 -3 标准所开发，所以在此需要引入 IEC 61131-3 的概念。IEC 61131-3 编程语言标准是第一个为工业控制系统提供标准化编程语言的国际标准。该标准针对工业控制系统所阐述的软件设计概念、模型等，适应当今世界软件、工业控制系统的发展方向，是一种非常先进的设计技术。他极大的推动了工业控制系统软件设计的发展，对现场总线设备的软件也产生了很大的影响。

IEC 61131简介

1993 年 3 月由国际电工委员会 IEC（International Electro-technical Commission）正式颁布可编程控制器的国际标准 IEC 1131（1131 前面添加 6 后作为国际标准的编号，即 IEC 61131）。IEC 61131 标准将信息技术领域的先进思想和技术（如软件工程、结构化编程、模块化编程、面向对象的思想及网络通信技术等）引入工业控制领域，弥补并克服了传统 PLC、DCS 等控制系统的弱点（如开放性差、兼容性差、应用软件可维护性差以及可再用性差等特点）。目前 IEC 61131 标准已经在欧美发达国家得到广泛应用，但在我国还尚处于起步阶段，由于近几年我国的工业水平也在飞速的发展，在此过程中也会引入大量欧美国家的先进技术，相信不久的将来 IEC 61131 标准在国内也会得到广泛应用。

IEC 61131 标准共有 8 个部分组成，各部分最新内容简介如下：

  • IEC 61131-1 通用信息（2003-V2.0）： 定义可编程控制器及外围设备，如编程和调试工具（PADA）、人机界面（HMI）等相关术语。
  • IEC 61131-2 设备特性（2007-V3.0）：规定适用于可编程控制器及相关外围设备的工作环境及条件，结构特性、安全性及试验的一般要求、试验方法和步骤等。
  • IEC 61131-3 编程语言（2013-V3.0）。规定可编程控制器编程语言的语法和语义，规定了 5 种编程语言，并通过形式定义、语法和（部分地）语义描述以及示例，定义了基本的软件模型。
  • IEC 61131-4 用户导则（2004-V2.0）：规定了如系统分析、装置选择、系统维护等系统应用中其他方面的参考。
  • IEC 61131-5 通信服务规范（2000-V1.0）：规定了可编程控制器的通讯范围。包括关于不同制造商的 PLC 彼此之间以及 PLC 和其他设备之间的通讯。
  • IEC 61131-6 功能安全（2012-V1.0）：规定了用于 E/E/PE 安全相关系统的可编程控制器和相关外围部件的要求。
  • IEC 61131-7 模糊控制编程（2000-V1.0）：将编程语言与模糊控制的应用相结合。
  • IEC 61131-8 编程语言应用和实现导则（2003-V2.0）：为了实现可编程控制器系统机器程序支持的环境下编程语言的应用提供导则，为可编程控制器系统应用提供编程、组态、安装和维护指南。
    在我国，从1995年也了GB/T15969.1～GB/T15969.5、GB/T15969.7 和 GB/T15969.8 等 7 个可编程控制器的国家标准（功能安全部分还没有发布），以完成的国家标准等同于 IEC 61131-1～IEC 61131-8 所对应的标准。

 

PLCopen组织概况

PLCopen 国际组织成立于 1992 年，是独立于制造商和产品的国际组织。在欧洲以及国际上已有不少 PLC 制造商、软件公司和独立的研究机构成为了国际组织的会员。

PLCopen 中国组织作为国际组织世界范围内的第三支区域性的推广机构（PC5）承担着该项标准在中国区域的推广工作，旨在搭建工业控制领域交流平台，成为技术标准与行业发展趋势的信息纽带，在供应商与最终用户之间搭建互通桥梁，现已有 30 余家国内外知名企业、高校成为了组织的骨干。

PLCopen 的宗旨是促进 PLC 兼容软件的开发和使用。PLCopen 并不是另一个标准化委员会，而是一个具有共同利益的集团，这个集团希望现有的标准获得国际上的接受能提供一些帮助。该组织的组织框架图如图所示。

IEC 61131-3编程语言

IEC 61131 是第一个关于 PLC 编程技术的国际标准，其中的 IEC 61131-3 是建立统一的 PLC 编程语言的基础，是实现软 PLC 技术的重要条件。

该标准共分四章，第一章为概述，包括标准范围，参照标准，属于定义，标准概览和要求，以及如何声明 PLC 系统，使 PLC 程序符合该标准。

第二章规定了 PLC 文本和图形编程语言的公共元素.公共元素包括字符的使用（含字符集、标志符与关键字的规定、空格的使用、以及如何使用注释等）、数据（数、字符串、时间）的外部表示类型、数据类型、变量、程序组织单元（函数、功能块、程序）以及软件模型（配置、资源、任务、存取路径、全局变量等概念），描述了他们之间的关系。

 

第三，第四章分别定义了两大类共五种编程语言编程语言：文本化编程语言和图形化编程语言。文本化编程语言包括指令表编程语言（Instruction List，IL）和结构化文本编程语言（Structured Text，ST），图形化编程语言包括梯形图编程语言（Ladder Diagram，LD）和功能块图编程语言（Function Block Diagram）。在标准中定义的顺序功能表图（Sequence Function Chart，SFC），即没有归入文本化编程语言，也没有归入图形化编程语言，本书中，暂先将其定义为图形化编程语言，图 1.3 分别将这五种语言进行了分类。 

IEC 61131-3标准语⾔的特点

  • 多样性

拥有 5种不同的编程语言，分别于图形编程语言及文本编程语言两大类。尤其是在应对大型项目时，用户可以根据实际需求，在一个项目中结合多种编程语言并使其融合，实现了程序设计的优化，也为可编程控制器的应用提供了良好的操作环境。

  • 兼容性

由于采用了国际标准的编程语言规范，所以它能适用于可编程控制器、分散控制系统、现场总线控制系统、数据采集和视觉系统、运动控制系统等。

 

MetaFacture软件的安装

硬件及软件的基本要求

由于 MetaFacture 软件比较大，处理信息也较多，对 PC 的硬件及软件有一定要求，其要求的最低配置及推荐配置如表所示

安装

  1. 安装
直接双击运行 MetaFacture- <Version>-x64.exe 安装文件即可进入安装，整个安装过程中安装助手都会引导用户进行安装。
  1. 卸载
MetaFacture 编程软件的卸载可以通过Windows 的控制面板的添加和删除程序来完成。打开“控制面板”-->“添加/删除程序”，选中“MetaFacture”，单击删除按钮，根据提示完成卸载。
  1. 版本管理
在MetaFacture 中可以同时安装一个组件的多个版本，并且可以组合使用这些版本，编译器也可以安装和使用多个版本，而且无需更新整个版本就可以新增独立的功能。
 

启动编程软件

进入开始菜单，找到默认路径，程序—> MetaFacture <version>，或者，当安装完成后，可以直接在桌面找到MateFacture图标，双击运行打开。

 

帮助

用户在打开MetaFacture 应用程序后，可以找到帮助菜单，点击“目录”即可打开在线帮助。用户可以根据索引或者搜索关键字快速找到所需要的内容，如图所示。
 

MetaFacture开发系统

PLC Development System MetaFacture 是整个自动化开发平台的核心（以下简称为MetaFacture），它几乎包含了一个先进的自动化开发工具所应具有的所有功能。本书所有的样例程序均使用的是MetaFacture v1.0.6.3版本，图为 MetaFacture开发系统的界面，标准组件主要有菜单栏、工具栏、编辑窗口、设备窗口、POU 窗口、监视窗口、消息窗口、在线模式、位置信息等。下面对用户开发环境做详细的介绍。
 
在 MetaFacture中，所有的窗口及视图都不是固定的，用户可以根据自己的习惯将窗口和视图通过鼠标拖拽的方式移动到目标位置，将窗口和视图进行重新排列。
 
MetaFacture 用户界面示例

1.菜单栏

在MetaFacture 中，菜单栏是使用最为频繁的操作选项，所有的项目新建及保存，程序编译，登入及下载，调试时的设置断点及强制写入等功能都需要菜单栏里的功能来实现，在MetaFacture 中，能实现的具体内容如表所示。
 
菜单栏功能列表

2.工具栏

通过在一个符号上点击鼠标，用户可以更快的选择一个命令。可以选择的符号将自动的与激活的窗口相适应。仅当鼠标在符号上点击然后释放时，才能执行命令。如果用户将鼠标指针短时停留在工具栏上的一个符号时，则会在工具提示中显示该符号的名称。菜单栏如图 所示。
 
 
当用户选择不同的对象时，工具栏里的内容会略微发生改变，如使用梯形图（LD）的 POU 时，工具栏里会有触点，线圈等功能，而当选用功能块图（FBD）时，则会出现添加功能块等选项。工具栏的按钮也不是固定的，用户可以根据自己的使用习惯自定义其中的内容。

3.编辑窗口

用于在相应的编辑器中创建特定的对象。
语言编辑器（例如 ST-编辑器，CFC-编辑器）一般是语言编辑器和声明编辑器的组合 ，通常在下部是语言编辑器，上部是声明编辑器。 在其他编辑器中，还可以提供对话框 （例如：任务的编辑器，设备编辑器）。POU 或资源对象的名称始终显示在窗口的标题栏中。在离线或在线模式下通过 “编辑对象” 命令可以在编辑器窗口中打开对象。

4.设备窗口

以树形结构管理工程中的资源对象。在项目中，数据分层结构中以对象的形式进行保存。

5.POU 窗口

以树形结构管理工程中的编程单元。

6.监视窗口

显示一个 POU 的监视视图，当程序登入后，可以用来监视 POU 中任意的表达式。

7.消息提示栏

消息窗包含显示预编译，编译，生成器，下载和程序检查信息。如果你用鼠标双击消息窗内的一条消息或按 <转移到源代码处>，编辑器就会打开所选择行的对象。通过右键鼠标→“后一个消息”（F4 功能键）以及“前一个消息”（Shift+F4 组合功能键），你可以在各个错误消息之间快速跳转。消息窗的显示是移动的，消息窗口详见图所示。
 
1) 在线模式信息，具体状态信息如表所示。
 
2) 位置信息，位置信息如图 1.15 所示，

 

MetaFacture 软件快速入门

软件运行

双击中科时代IDE MetaFacture，如图1.16，图1.17所示。
 
 
软件启动
 

创建标准工程

在文件菜单中选择新建工程命令，创建一个新的工程。
用户可以新建一个库项目，空项目及标准程序项目。并为工程文件输入名称、路径、择目标设备及主程序 PLC_PRG 的编程语言，点击“创建”，其示图如所示。
 
 
 
创建完成，进入标准工程开发界面如图所示。
 
 

仿真与真机运行

PLC 程序编写

程序编辑窗口配置声明变量与主程序，以求和工程为例，如图所示。
 
变量声明：
PROGRAM PLC_PRG
VAR
nVar1:INT:=1;
nVar2:INT:=1;
nSum:INT;
END_VAR
程序控制命令：
nSum:=nVar1+nVar2;
 
 
 

仿真运行

菜单栏“在线”下拉选择并点击“仿真”，系统进入仿真状态，如图1.21,图1.22所示。
 
 
 
 

真机运行

双击对象树“Device”,进入设备配置界面。点击“通讯设置”，此页面可进行扫描网络、网关，设备进行配置操作，如图所示。
 
 
点击“扫描网络”，进行扫描设备配置页面，系统将自动扫描与电脑在同一个局域网内所有PLC设备，如图1.24所示。
扫描网络
 
选择欲使用的设备，点击“确定”，如图所示。
 
 
设备连接成功后，通讯设置主页面显示网关与设备连接情况。设备图标下标绿色代表连接成功，如图。
 

登录运行

仿真状态

  • 登录
菜单栏“在线”下拉选择并点击“登录”，程序进入登录设备状态，如图所示。
 
  • 启动
菜单栏“调试”下拉选择并点击“启动”，程序进入程序启动状态，如图所示。
 
  • 停止
菜单栏“调试”下拉选择并点击“停止”，程序进入程序停止状态。
  • 退出
菜单栏“在线”下拉选择并点击“退出”，程序进入设备退出状态。
 

真机状态

  • 登录
菜单栏“在线”下拉选择并点击“登录”，程序进入登录设备状态，如图所示。
 
  • 启动
菜单栏“调试”下拉选择并点击“启动”，程序进入程序启动状态，如图所示。
 
  • 停止
菜单栏“调试”下拉选择并点击“停止”，程序进入程序停止状态。
  • 退出
菜单栏“在线”下拉选择并点击“退出”，程序进入设备退出状态。

工程保存与关闭

  • 工程保存
菜单栏“文件”下拉选择并点击“保存工程”，工程成功保存。
  • 工程关闭
菜单栏“文件”下拉选择并点击“关闭工程”，工程关闭。

MetaFacture 软件关闭

菜单栏“文件”下拉选择并点击“退出”，或窗口页面右上角点击“X”，MetaFacture 软件关闭。
最近修改: 2025-11-20