一種可編程控制器的指令表示方法及可編程控制器的製造方法

2023-06-10 12:47:56

一種可編程控制器的指令表示方法及可編程控制器的製造方法
【專利摘要】本發明適用於可編程控制器【技術領域】，提供了一種可編程控制器的指令表示方法，該方法包括：如指令為短邏輯指令，則採用一個16位二進位數表示該邏輯指令，如指令為標準邏輯指令，採用兩個16位二進位數表示該邏輯指令，如指令為功能指令，採用前序部分和後序部分表示該功能指令，其中所述前序部分為一個16位二進位數，所述後續部分具體為，所述功能指令對應的數據類型的值。本發明提供的方法具有指令長度短，指令獲取時間短，執行速度快的優點。
【專利說明】一種可編程控制器的指令表示方法及可編程控制器
【技術領域】
[0001]本發明屬於可編程控制器領域，尤其涉及一種可編程控制器的指令表示方法及可編程控制器。
【背景技術】
[0002]當今流行的可編程控制器(英文全稱:Programmable Logic Controller,英文簡稱:PLC)體系，從誕生到現在已有30多年了，早期的PLC功能比較弱，指令比較簡單，隨著PLC技術的發展，PLC的功能越來越強大，指令也越來越多，但是為了兼容早期的PLC而無法重構PLC的指令系統，只能在原來的基礎上增加補丁，實現新的功能，久而久之，這種補丁就越來越多，使得PLC的指令系統很不合理，執行效率低下，佔用內存較多。
[0003]例如現在常用的三菱的PLC指令系統，三菱的指令系統也是以16位二進位(字)數為單位的，指令描述如下:
[0004]b15b14b13b12 這 4 位的分配:
[0005]其中，
[0006]O-應用指令
[0007]1-P應用指令
[0008]2-LD指令一邏輯位加載指令
[0009]3-LDI指令一邏輯非位加載指令
[0010]4-AND指令一邏輯位與[0011 ] 5-ANI指令一邏輯位非與
[0012]6-0R指令一邏輯位或
[0013]7-0RI指令一邏輯位非或
[0014]8-數據類型標識
[0015]9-數據類型標識
[0016]A-數據類型標識
[0017]B-Pn指令，僅對CJ，CALL有效
[0018]C-OUT指令一邏輯位輸出
[0019]D-SET指令一邏輯位置位
[0020]E-RST指令一邏輯位復位
[0021]F-單字指令；
[0022]共有9條位操作指令；
[0023]b11b10b9b8b7b6b5b4b3b2b1b0-12位的地址，可以表示4096個位地址，地址範圍0x0000?OxOFFF，這4096個位地址分8個區:
[0024]0x0000 ?0x03FF SO ?S999 表示狀態；
[0025]0x0400 ?0x04FF XO ?X377 (8 進位，共 256 位輸入)；
[0026]0x0500 ?0x05FF YO ?Y377 (8 進位，共 256 位輸出)；[0027]0x0600 ~0x06FF TO ~T255 (定時器狀態位，共 256 個)；
[0028]0x0700 ~0x07FF (256 位保留未用)；
[0029]0x0800 ~OxODFF MO ~M1535 (中間寄存器共 1536 位)；
[0030]OxOEOO ~OxOEFF CO ~C255 (計數器狀態位，共 256 個)；
[0031]OxOFOO ~OxOFFF M8000 ~M8255 (中間寄存器，共 256 位)。
[0032]在實現現有技術提供的技術方案中，發現如下問題:
[0033]現有的三菱的指令系統的指令表示方法的指令長度長，從而影響指令獲取時間，降低執行速度。

【發明內容】

[0034]本發明實施例的目的在於提供一種可編程控制器的指令表示方法，旨在解決現有技術可編程控制器的指令長度長，影響指令獲取時間，降低執行速度的問題。
[0035]本發明實施例是這樣實現的，提供一種可編程控制器的指令表示方法，所述方法包括:
[0036]如指令為短邏輯指令，則採用一個16位二進位數表示該邏輯指令，其中所述16位二進位數定義為:b15b14b13b12b11b10b9b8b7b6b5b4b3b2b1b0,b15 為最高位,bQ 為最低位;其中，b15 為該短邏輯指令組的標識，b14b13b12表示變量工作區，bnb10b9b8表示指令代碼，b7b6b5b4b3b2b1b0表示邏輯變量地址，b7b6b5b4表示邏輯變量的字地址，b3b2b1b0表示字中的位地址；
[0037]如指令為標準邏輯指令，採用兩個16位二進位數表示該邏輯指令，其中，第一個16位二進位數中的b15b14為該邏輯指令組的標識，b13表示指令執行狀態，b12bnb10備用，b9b8b7b6b5表不變量工作區代號，!表不指令代碼；第二個16位二進位數中的b15b14b13b12bnb10b9b8b7b6b5b4表示位變量的字地址，b3b2b1b0表示字中的位地址；
[0038]如指令為功能指令，採用前序部分和後序部分表示該功能指令，其中所述前序部分為一個16位二進位數，其中，前序部分的b15b14為該指令組標識，b13表示指令擴展描述標識，b12bnb1(lb9b8表示指令長度，bAbAbAbA表示指令代碼；所述後續部分具體為，所述功能指令對應的數據類型的值。
[0039]可選的，所述功能指令數據類型包括:
[0040]變量地址、字符串和常數。
[0041]可選的，所述功能指令對應的數據類型的值具體包括:
[0042]當為常數時，所述功能指令對應的數據類型的值具體可以為，採用至少二個16位二進位數表示該常數，第一個16位二進位數的b15b14b13b12保留，bnb1(lb9b8b7b6表示變量工作區，b5表示數據類型，b4b3b2b1b0表示變量類型，後續的16位二進位數表示該常數的值；
[0043]當為變量地址時，所述功能指令對應的數據類型的值具體為，採用兩個16位二進位數表示該變量，第一個16位二進位數的b15b14b13b12表示偏移地址指針索引，bnb1(lb9b8b7b6表示變量工作區，b5表示數據類型!表示變量類型；第二個16位二進位數表示變量地址；
[0044]當為字符串時， 所述功能指令對應的數據類型的值具體為，採用至少二個16位二進位數表示該變量，第一個16位二進位數的b15b14b13b12bnb1(lb9b8b7b6b5表示所代表字符串的長度，b4b3b2b1b0表示變量類型；後續的16位二進位數表示字符串的值。[0045]可選的，如所述功能指令具有擴展描述標識，則後序部分還包括:擴展部分，所述擴展部分為一個16位二進位數，其中b15表示指令的執行狀態，b14表示上升沿執行、b13位表示下降沿執行、b12位表示立即執行，bn?Idci保留。
[0046]本發明實施例與現有技術相比，有益效果在於:本發明的技術方案具有指令長度短，指令獲取時間短，執行速度快的優點。
【具體實施方式】
[0047]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0048]本發明【具體實施方式】提供一種可編程控制器的指令表示方法，該方法具體包括如下:
[0049]如指令為短邏輯指令，則採用一個16位二進位數表示該邏輯指令，其中該16位二進位數定義為:b15b14b13b12b11b10b9b8b7b6b5b4b3b2b1b0,b15 為最高位,bQ 為最低位;其中，b15=0 為該短邏輯指令組的標識，b14b13b12表示變量工作區，bnb10b9b8表示指令代碼，b7b6b5b4b3b2b1b0表示邏輯變量地址，其中，b7b6b5b4表示邏輯變量的字地址，b3b2b1b0表示字中的位地址；
[0050]如指令為標準邏輯指令，採用兩個16位二進位數表示該邏輯指令，其中，第一個16位二進位數中的b15b14為該指令組標識，(具體代碼可以為10)，b13表示指令執行狀態，bi2bnb1(l備用，b9b8b7b6b5表不變量工作區代號，bAbAb。表不指令代碼；第二個16位二進位數中的b15b14b13b12bnb10b9b8b7b6b5b4表示邏輯變量的字地址，b3b2b1b0表示字中的位地址；
[0051]如指令為功能指令，採用前序部分和後序部分表示該功能指令，其中該前序部分為一個16位二進位數,其中，16位二進位數中的b15b14為該指令組標識，(具體代碼可以為IDb13表示指令擴展描述標識，(其中具體可以設置成b13=0表示指令沒有擴展描述標識，b13=l表示有擴展描述標識)，b12bnb1(lb9b8表示指令長度，bXbAbAbA表示指令代碼；該後續部分具體為，該功能指令對應的數據類型的值。
[0052]具體的數據類型可以分為三種，分別為，變量地址、字符串和常數；
[0053]當為常數時，上述功能指令對應的數據類型的值具體可以為，採用至少二個16位二進位數表示該常數，第一個16位二進位數的b15b14b13b12保留，bnb1(lb9b8b7b6表示變量工作區，b5表示數據類型，表示變量類型，後續的16位二進位數表示該常數的值，例如如果常數為I，則該功能指令對應的數據類型的值為0x0FC4、0x0001。其中Ox表示16進位數。
[0054]當為變量地址時，上述功能指令對應的數據類型的值具體可以為，採用兩位16位二進位數表示該變量,第一個16位二進位數的b15b14b13b12表示偏移地址指針索引，bnb10b9b8b7b6表示變量工作區，b5表示數據類型，(其中，b5=0表示二進位數，b5=l表示BCD數)，b4b3b2b1b0表示變量類型;第二個16位二進位數表示變量地址。
[0055]當為字符串時，上述功能指令對應的數據類型的值具體可以為，採用至少二個16位二進位數表不該變量，第一個16位二進位數的b15b14b13b12bnb1(lb9b8b7b6b5表不所代表字符串的長度，b4b3b2b1b0表示變量類型；後續的16位二進位數表示字符串的值。
[0056]可選的，如該功能指令具有擴展描述標識，則後序部分還可以包括:擴展部分，該擴展部分為一個16位二進位數，其中b15表示指令的執行狀態，b14表示上升沿執行、b13位表示下降沿執行、b12位表示立即執行，bn?Idci保留。
[0057]下面通過實際的例子來說明本發明提供方法的具體效果。
[0058]針對本發明的第O類指令(即短邏輯指令組)共有16條:
[0059]LD-邏輯位加載指令
[0060]LD1-邏輯非位加載指令[0061 ] LDP-上升沿邏輯位加載指令
[0062]LDF-下降沿邏輯位加載指令
[0063]AND—邏輯位與
[0064]AN1-邏輯位非與
[0065]ANDP-上升沿邏輯位與
[0066]ANDF-下降沿邏輯位非與
[0067]OR-邏輯位或
[0068]OR1-邏輯位非或
[0069]ORP-上升沿邏輯位或
[0070]ORF-下降沿邏輯位或
[0071]OUT—邏輯位輸出
[0072]SET—邏輯位置位
[0073]RST-邏輯位復位
[0074]RS—RS 觸發器
[0075]所有的邊沿指令(上升沿和下降沿)，在三菱PLC中都採用擴展指令方法，歸屬於b15b14b13b12=0的應用指令，指令長度為2個字和本發明的第2類指令相同。
[0076]第O類指令的變量有8個工作區，分別是:1 (相當於三菱的X)、Q (Y)、M、S、W (工作寄存器)、H (掉電保存寄存器)、TS (定時器狀態)、CS (計數器狀態)。每個工作區有256個位變量。
[0077]第2類指令(即標準邏輯指令組)是標準的位變量操作指令，和第O類指令相比，變量工作區增加到32個，指令數可以增加到32條，增加的指令有:
[0078]XOR-邏輯位異或
[0079]NOT—邏輯位非
[0080]R_TRIG—上升沿觸發器
[0081]F_TRIG—下降沿觸發器
[0082]ST-暫存位
[0083]邏輯地址(位變量地址)為16位二進位數或19位二進位數(加上指令標識中的3位備用位)，最大可以尋址219=524288位變量，三菱的位變量最大值為1536+4096=5632。所以本發明提供的方法在採用第2類指令時，其位變量的範圍比現有的三菱的位變量的範圍提高了 93倍多。
[0084]第3類指令(即功能指令)是各種可變長度指令的集合，統稱為功能指令，總共可以表示256條指令，這些指令分為幾個大類:
[0085]比較指令如:CMP、GT(>)、QE (>=)、EQ ( = ), LT (<)、LE (<=);[0086]傳送指令如:M0V、BMOV(塊傳送)，FMOV, SMOV ；
[0087]算術與邏輯運算如=ADD (加)、SUB (減)、MUL (乘)、DIV (除)、INC (加I)、DEC (減1)、WAND (字與)、W0R (字或)、WX0R (字異或)、NEG (字非);
[0088]循環與位移如:R0R (循環右移)、R0L (循環左移)、RCR (帶進位循環右移)、RCL (帶進位循環左移)、SFTR (位右移)、SFTL (位左移)；
[0089]第3類指令很多，還有程序流控制類、數據轉換類、高速信號處理類、浮點數運算類，位置控制類、通訊類、時間運算類等等。
[0090]在三菱PLC的指令系統中，所有的功能指令都是以b15b14b13b12=0 (應用指令)或I(P應用指令)為首的指令，低12位為指令代碼。
[0091]三菱的指令在描述字變量和雙字變量時，其指令長度差很多，如:
[0092]MOV D0D2表示將DO (字-16位)傳送到D2 (字-16位)中，三菱的二進位代碼為:0x0028, 0x8600, 0x8600, 0x8604, 0x8600，共 5 個 16 位二進位字，每個變量 2 個 16 位二進位字，而DMOV D0D2表示將DlDO (雙字-32位)傳送到D3D2 (雙字_32位)中，三菱的二進位代碼為:0x0029, 0x8600，0x8600，0x8000，0x8000，0x8604，0x8600，0x8000，0x8000，共 9 個16位二進位字，每個變量4個16位二進位字，在指令的變量數越多時，三菱的二進位代碼的數量佔用就越多，與本發明提供的方案差別就越大。
[0093]例如:ZCPD0D100D200Y0 三菱二進位代碼為:0x0026, 0x8600, 0x8600, 0x86C8, Ox8600，0x8690，0x8601，0x8400，0x8005，共 9 個 16 位二進位字。
[0094]DZCP D0D100D200Y0 三菱二進位代碼為:0χ00270χ8600, 0x8600，0x8000，0x8000，Ox86C8, 0x8600, 0x8000, 0x8000, 0x8690, 0x8601, 0x8000, 0x8000, 0x8400, 0x8005, 0x8000, Ox8000,共17個16位二進位字。
[0095]在本發明的第3類指令中，這2種指令的長度是一樣的，都是5個16位二進位字，不同的是二進位代碼和助記符，分別表示如下:
[0096]字傳送助記符M0V%DW0%DW2 本發明的二進位碼為:0xC532, 0x088C, 0x0000, 0x088C，0x0002。共5個16位二進位字。
[0097]雙字傳送助記符M0V%DD0%DD2本發明的二進位碼為:0xC532, 0x088F, 0x0000, 0x088F，0x0002。共5個16位二進位字。
[0098]所以本發明提供的方法在多字(32位或32位以上的二進位數)時，能夠減少16位二進位字的數量，所以本發明的技術方案具有指令長度短，指令獲取時間短，執行速度快的優點。
[0099]第3類指令只有在變量是常數時，指令長度才會有變化如:
[0100]M0V#15600%DW2 二進位碼為:0xC532，0x0FC4、0x3CF0, 0x088C, 0x0002，共 5 個 16
位二進位字。
[0101]M0V#15678000%DD2 二進位碼為:0xC632，0x0FC5、0x3A30, OxOOEF, 0x088F, 0x0002，共6個16位二進位字。
[0102]2)字區域比較指令 ZCP%DW0%DW100%DW200%Q0.0 二進位碼為:0xC92C, 0x088C, Ox
0000,0x088C, 0x0064, 0x088C, 0x00C8, 0x0042, 0x0000,共 9 個 16 位二進位字，此時和三菱
的相同。
[0103]雙字區域比較指令ZCP%DD0%DD100%DD200%Q0.0 二進位碼為:0xC92C, 0x088F, 0x0000，0x088F, 0x0064, 0x088F, 0x00C8, 0x0042，0x0000，還是 9 個 16 位二進位字，三菱的是
17個16位二進位字，本發明的技術方案減少了 8個16位二進位字，所以縮短指令長度，指令長度縮短意味著存取指令的時間縮短，執行速度的提高。
[0104]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種可編程控制器的指令表示方法，其特徵在於，所述方法包括: 如指令為短邏輯指令，則採用一個16位二進位數表示該邏輯指令，其中所述16位二進位數定義為:b15b14b13b12b11b10b9b8b7b6b5b4b3b2b1b0,b15為最高位，bQ為最低位;其中，b15為該短邏輯指令組的標識，b14b13b12表示變量工作區,bnb1(lb9b8表示指令代碼,表示邏輯變量地址，b7b6b5b4表示邏輯變量的字地址，b3b2b1b0表示字中的位地址； 如指令為標準邏輯指令，採用兩個16位二進位數表示該標準邏輯指令，其中，第一個16位二進位數中的b15b14為該邏輯指令組的標識，b13表示指令執行狀態，b12bnb1(l備用，b9b8b7b6b5表不變量工作區代號，!表不指令代碼；第二個16位二進位數中的b15b14b13b12bnb10b9b8b7b6b5b4表示邏輯變量的字地址，b3b2b1b0表示字中的位地址； 如指令為功能指令，採用前序部分和後序部分表示該功能指令，其中所述前序部分為一個16位二進位數，其中，前序部分的b15b14為該指令組標識，b13表示指令擴展描述標識，b12bnb10b9b8表示指令長度，b7b6b5b4b3b2b1b0表示指令代碼；所述後續部分具體為，所述功能指令對應的數據類型的值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述功能指令數據類型包括: 變量地址、字符串和常數。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述功能指令對應的數據類型的值具體包括: 當為常數時，所述功能指令對應的數據類型的值具體可以為，採用至少兩個16位二進位數表示該常數，第一個16位二進位數的b15b14b13b12保留，bnb10b9b8b7b6表示變量工作區，b5表示數據類型，b4b3b2b1b0表示變量類型，後續的16位二進位數表示該常數的值； 當為變量地址時，所述功能指令對應的數據類型的值具體為，採用兩個16位二進位數表示該變量，第一個16位二進位數的b15b14b13b12表示變量偏移地址指針索引，bnb1(lb9b8b7b6表示變量工作區，b5表示數據類型，b4b3b2b1b0表示變量類型；第二個16位二進位數表示變量地址； 當為字符串時，所述功能指令對應的數據類型的值具體為，採用至少二個16位二進位數表不該變量，第一個16位二進位數的b15b14b13b12bnb1(lb9b8b7b6b5表不所代表字符串的長度，b4b3b2b1b0表示變量類型；後續的16位二進位數表示字符串的值。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於， 如所述功能指令具有擴展描述標識，則後序部分還包括:指令擴展描述部分，所述指令擴展描述部分為一個16位二進位數，其中b15表示指令的執行狀態，b14表示上升沿執行、b13表示下降沿執行、b12表示立即執行，bn~Idci保留。
【文檔編號】G05B19/05GK103885377SQ201310412370
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年9月11日 優先權日:2013年9月11日
【發明者】陳華興 申請人:陳華興