优化PLC主程序与用户程序设计，提升系统性能 (plc程序优化有哪些原则)

优化PLC主程序与用户程序设计，提升系统性能

一、引言

随着工业自动化水平的不断提高，PLC（可编程逻辑控制器）在工业生产中的应用越来越广泛。
PLC程序的优化对于提升系统性能、提高生产效率具有重要意义。
本文将探讨PLC主程序与用户程序设计的优化原则和方法，帮助工程师和企业提升PLC系统的性能。

二、PLC主程序与用户程序设计概述

PLC主程序是PLC系统的核心部分，负责控制整个系统的运行。
用户程序是工程师根据实际需求编写的程序，用于实现特定的控制功能。
在PLC系统中，主程序和用户程序共同协作，实现工业生产的自动化控制。

三、PLC程序优化原则

1. 简洁性原则：PLC程序应尽可能简洁，避免冗余和复杂的代码。简洁的程序有利于降低故障率，提高系统的稳定性。
2. 模块化原则：将PLC程序划分为若干个模块，每个模块实现特定的功能。模块化设计有利于提高程序的可读性和可维护性，方便工程师进行调试和修改。
3. 高效性原则：优化程序的算法和逻辑，提高程序运行效率。减少不必要的延时和等待，提高系统的响应速度。
4. 可靠性原则：确保PLC程序的可靠性和稳定性，避免由于程序错误导致的系统故障。
5. 可扩展性原则：在设计PLC程序时，要考虑系统的可扩展性。程序应具备一定的灵活性，以适应未来生产需求的变化。

四、PLC主程序与用户程序设计优化方法

1. 主程序优化方法：

（1）合理设计系统架构：根据实际需求，合理设计PLC系统的架构，确保主程序能够高效、稳定地运行。

（2）优化数据处理逻辑：优化主程序中的数据处理逻辑，提高数据处理的效率和准确性。

（3）引入自适应技术：采用自适应技术，使主程序能够根据系统负载和运行状态自动调整参数，提高系统的性能和稳定性。

2. 用户程序设计优化方法：

（1）明确控制需求：在编写用户程序前，明确控制需求和目标，确保程序的针对性和实用性。

（2）采用高效算法：在用户程序中采用高效的算法和逻辑，提高程序的运行速度和效率。

（3）合理利用PLC资源：合理分配和利用PLC的硬件资源，如输入输出模块、内存等，确保用户程序能够充分利用PLC的性能。

（4）模块化设计：采用模块化设计，将用户程序划分为若干个独立的模块，每个模块实现特定的功能，提高程序的可读性和可维护性。

（5）调试与测试：在编写完用户程序后，要进行严格的调试和测试，确保程序的正确性和稳定性。

五、实例分析

以某化工厂的生产线控制系统为例，通过优化PLC主程序和用户程序设计，实现了系统性能的提升。具体优化措施包括：

1. 主程序优化：合理设计系统架构，优化数据处理逻辑，引入自适应技术，提高主程序的运行效率和稳定性。
2. 用户程序设计优化：明确控制需求，采用高效算法，合理利用PLC资源，进行模块化设计。在编写完用户程序后，进行严格的调试和测试。

经过优化后，该生产线的控制系统性能得到了显著提升，生产效率和产品质量得到了提高，故障率降低，维护成本减少。

六、结论

PLC程序的优化对于提升系统性能、提高生产效率具有重要意义。
在PLC主程序与用户程序设计的优化过程中，应遵循简洁性、模块化、高效性、可靠性和可扩展性原则，采用合理的设计方法和优化措施。
通过实例分析，证明了优化PLC程序的有效性。
因此，工程师和企业应重视PLC程序的优化工作，不断提升PLC系统的性能。

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PLC系统程序和用户程序存储_plc中的用户程序存储器用来存放

普遍的看法，是PLC没有操作系统的，但是，是有编程语言的。 大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。

一、关于PLC：

国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。 它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 ”从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。

二、PLC的工作原理：

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。 即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描，在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段:首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入，随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段:按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段:当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶间管)输出，驱动相应输出设备工作。

plc的编程原则和方法

plc有单独的程序通道和设置，只有那样子才可以改变plc内部固定程序。 如果您是在plc互相通讯下写程序发送出去，一般是不会改变已经好的内部程序的。 我是学计算机的，现在充实PLC行业，就我的观点简单描述下 ： PC优点： 运算速度快，响应快，功能强大，几乎可以满足任何控制，网络功能强大 PC缺点： 开发成本高，硬件配套成本高，运行不稳定，当机率高 PLC优点 操作简单，开发简单，运行稳定，周边配套硬件相对成熟，价格比PC略低，易维护 PLC缺点 运算速度慢，数据处理能力差 鉴于以上， PC适用于高速运行。 先是安全条件，后是执行条件是原则。 PLC的用户程序，是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制规范，按照实际需要使用的功能来设计的。 只要用户能够掌握某种标准编程语言，就能够使用PLC在控制系统中，实现各种自动化控制功能。 根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），PLC有五种标准编程语言：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）、结构化文本语言（ST）。 这五标准编程语言，十分简单易学。 梯形图语言（LD） 梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。 它是与继电器线路类似的一种编程语言。

如何提高PLC系统的可靠性

PLC由于具有功能强、程序设计简介，维护方便等优点，特别是高可靠性、较强的适应恶劣工业环境的能力，目前广泛应用于机械、冶金、化工、轻工、电力、汽车等行业领域。 PLC的应用使得其所控制的设备、系统的效率与可靠性相对于单纯的继电器控制系统大大加强。 虽然PLC具有很高的可靠性，并且有很强的抗干扰能力，但在过于恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引起PLC内部信息的破坏而导致控制混乱，甚至造成内、外部元件损坏，影响系统的正常工作。 为了提高PLC系统运行的可靠性，使用时应注意以下几个方面的问题。 一、适合的工作环境1.环境温度适宜--各生产厂家对PLC的环境温度都有一定的规定。 通常PLC允许的环境温度约在0~55℃。 因此，安装时不要把发热量大的元件放在PLC的下方;PLC四周要有足够的通风散热空间。 2.环境湿度适宜-PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85%(无凝露)，以保证PLC的绝缘性能。 湿度太大也会影响模拟量输入/输出装置的精度。 因此，不能将PLC安装在结露、雨淋的场所。 3.注意环境污染--不宜把PLC安装在有大量污染物(如灰尘、油烟、铁粉等)、腐烛性气体和可燃性气体的场所，尤其是有腐蚀性气体的地方，易造成元件及印刷线路板的腐蚀。 如果只能安装在这种场所，在温度允许的条件下，可以将PLC封闭;或将PLC安装在密闭性较高的控制室内，并安装空气净化装置。 4.远离振动和冲击源--安装PLC的控制柜应当远离有强烈振动和冲击场所，尤其是连续、频繁的振动。 必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响，以免造成接线或插件的松动。 5.远离强干扰源--PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等，同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源，以及易产生强静电的地方。 二、合理的安装与布线1. 注意电源安装电源是干扰进入PLC的主要途径。 PLC系统的电源有两类：外部电源和内部电源。 PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵御能力。 在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。 还可以在隔离变压器二次侧串接LC滤波电路。 同时，在安装时还应注意以下问题：1) 隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线连接，以控制串模干扰;2) 系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备起动时引起的线路压降;3) PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压电源，以保证正确的输入信号。 否则可能使PLC接收到错误的信号。 2. 远离高压PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装，更不能与高压电器安装在同一个控制柜内。 在柜内PLC应远离高压电源线。 3. 合理的布线1) I/O线、动力线及其它控制线应分开走线，尽量不要在同一线槽中布线。 2) 交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线。 3) 开关量与模拟量的I/O线最好分开走线，对于传送模拟量信号的I/O线最好用屏蔽线，且屏蔽线的屏敝层应一端接地。 4) PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高，很容易受干扰，不能与其它的连线敷埋在同一线槽内。 5)PLC的I/O回路配线，必须使用压接端子或单股线，不宜用多股绞合线直接与PLC的接线端于连接，否则容易出现火花。 6) 与PLC安装在同一控制柜内，虽不是由PLC控制的感性元件，也应并联RC或二极管消弧电路。 三、正确的接地良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。 为了抑制干扰，PLC一般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置，如图1(a)所示;也可以采用公共接地，如图1(b)所示;但禁止使用如图1(c)所示的串联接地方式，因为这种接地方式会产生PLC与设备之间的电位差。

良好的接地可以抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，避免偶然发生的电压冲击对PLC的危害。 PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。 同时，接地电阻应是越小越好，接地电阻要小于10Ω。 另外，PLC的CPU单元必须接地，若使用了I/O扩展单元等，则CPU单元应与它们具有共同的接地体，而且从任一单元的保护接地端到地的电阻都不能大于10Ω。 有条件的可以给PLC专用的接地线。 四、必须的安全保护环节1.短路保护当PLC输出设备短路时，为了避免PLC内部输出元件损坏，应该在PLC外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。 最好在每个负载的回路中都装上熔断器。 2. 互锁与联锁措施除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行，如电动机正、反转控制，要利用接触器KM1、KM2常闭触点在PLC外部进行互锁。 在不同电机或电器之间有联锁要求时，最好也在PLC外部进行硬件联锁。 采用PLC外部的硬件进行互锁与联锁，这是PLC控制系统中常用的做法。 3.失压保护与紧急停车措施PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。 这种接线方法的另一个作用是，当特殊情况下需要紧急停机时，按下“停止”按钮就可以切断负载电源，而与PLC毫无关系。 五、必要的软件措施有时硬件措施不一定完全消除干扰的影响，采用一定的软件措施加以配合，对提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性起到很好的作用。 1.消除开关量输入信号抖动在实际应用中，有些开关输入信号接通时，由于外界的干扰而出现时通时断的“抖动”现象。 这种现象在继电器系统中由于继电器的电磁惯性一般不会造成什么影响，但在PLC系统中，由于PLC扫描工作的速度快，扫描周期比实际继电器的动作时间短得多，所以抖动信号就可能被PLC检测到，从而造成错误的结果。 因此，必须对某些“抖动”信号进行处理，以保证系统正常工作。 如图2(a)所示，输入X0抖动会引起输出Y0发生抖动，可采用计数器或定时器，经过适当编程，以消除这种干扰。 如图2(b)所示为消除输入信号抖动的梯形图程序。 当抖动干扰X0断开时间间隔Δt

2.故障的检测与诊断

PLC的可靠性很高且本身有很完善的自诊断功能，如果PLC出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢复正常工作。 大量的工程实践表明，PLC外部输入、输出设备的故障率远远高于PLC本身的故障率，而这些设备出现故障后，PLC一般不能觉察出来，可能使故障扩大，直至强电保护装置动作后才停机，有时甚至会造成设备和人身事故。 停机后，查找故障也要花费很多时间。 为了及时发现故障，在没有酿成事故之前使PLC自动停机和报警，也为了方便查找故障，提高维修效率，可用PLC程序实现故障的自诊断和自处理。 现代的PLC拥有大量的软件资源，如FX2N系列PLC有几千点辅助继电器、几百点定时器和计数器，有相当大的裕量，可以把这些资源利用起来，用于故障检测。 1)超时检测 机械设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为参考，在PLC发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20%左右。 例如设某执行机构(如电动机)在正常情况下运行50s后，它驱动的部件使限位开关动作，发出动作结束信号。 若该执行机构的动作时间超过 60s(即对应定时器的设定时间)，PLC还没有接收到动作结束信号，定时器延时接通的常开触点发出故障信号，该信号停止正常的循环程序，启动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能迅速判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。 2)逻辑错误检测 在系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部的信号(如辅助继电器的状态)相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。 因此，可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。 例如某机械运动过程中先后有两个限位开关动作，这两个信号不会同时为ON状态，若它们同时为ON，说明至少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。 3.消除预知干扰某些干扰是可以预知的，如PLC的输出命令使执行机构(如大功率电动机、电磁铁)动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的干扰信号可能使PLC接收错误的信息。 在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁PLC的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。 六、采用冗余系统或热备用系统某些控制系统(如化工、造纸、冶金、核电站等)要求有极高的可靠性，如果控制系统出现故障，由此引起停产或设备损坏将造成极大的经济损失。 因此，仅仅通过提高PLC控制系统的自身可靠性是满足不了要求。 在这种要求极高可靠性的大型系统中，常采用冗余系统或热备用系统来有效地解决上述问题。 1.冗余系统所谓冗余系统是指系统中有多余的部分，没有它系统照样工作，但在系统出现故障时，这多余的部分能立即替代故障部分而使系统继续正常运行。 冗余系统一般是在控制系统中最重要的部分(如CPU模块)由两套相同的硬件组成，当某一套出现故障立即由另一套来控制。 是否使用两套相同的I/O模块，取决于系统对可靠性的要求程度。 图3(a) 所示，CPU模块使用相同的程序并行工作，其中一套为主CPU模块，一块为备用CPU模块。 在系统正常运行时，备用CPU模块的输出被禁止，由主CPU模块来控制系统的工作。 同时，主CPU模块还不断通过冗余处理单元(RPU)同步地对备用CPU模块的I/O映像寄存器和其它寄存器进行刷新。 当主CPU模块发出故障信息后，RPU在1～3个扫描周期内将控制功能切换到备用CPU。 I/O系统的切换也是由RPU来完成。

2.热备用系统热备用系统的结构较冗余系统简单，虽然也有两个CPU模块在同时运行一个程序，但没有冗余处理单元RPU。 系统两个CPU模块的切换，是由主CPU模块通过通信口与备用CPU模块进行通信来完成的。 如图3(b)所示，两套CPU通过通讯接口连在一起。 当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU，并实现切换，其切换过程一般较慢。 七、结论PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，在PLC本身的可靠性很高的情况下，影响控制系统可靠性的主要因素是输入信号元件和输出执行元件。 通过采用成熟技术和高质量的输入输出元器件，合理配置PLC硬件和软件资源，并充分利用PLC内部软元件设计PLC控制系统故障检测与诊断程序，屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件误动作，对关键元器件实行软、硬双重保护，就可以确保控制系统安全可靠地运行。