PLC 在电力拖动自动化控制系统中的编程优化

1 电力拖动自动化控制系统结构与功能

1.1 系统结构

电力拖动自动化控制系统主要由 PLC、电机、传感器、执行器以及人机界面等部分组成。其中，PLC 作为系统的控制核心，负责接收传感器采集的信号，进行逻辑运算和处理，并向执行器发送控制指令；电机是实现电能到机械能转换的设备，根据PLC 的控制信号实现正转、反转、调速等运行状态；传感器用于实时监测系统的运行参数，如电机的转速、电流、温度等，并将这些信号反馈给PLC；执行器则根据PLC 的指令控制电机的运行，常见的执行器有接触器、继电器、变频器等；人机界面用于操作人员与系统进行交互，实现参数设置、运行状态监控等功能。

1.2 系统功能

该系统具备多种功能，首先是电机的启动、停止和正反转控制，能够根据生产工艺的要求准确控制电机的运行状态。其次，具备调速功能，通过变频器等设备实现电机转速的调节，以满足不同工作场景下的速度需求。此外，还具有故障诊断与保护功能，通过对传感器采集的数据进行分析，及时发现系统中的故障，并采取相应的保护措施，如切断电源、报警等，以避免故障扩大，保障系统的安全运行。

2 PLC 在电力拖动自动化控制系统中编程存在问题分析

2.1 程序结构不合理

部分PLC 程序在编写时缺乏合理的规划，程序结构混乱，各功能模块之间的逻辑关系不清晰。例如，存在大量的重复代码，导致程序冗长，不仅增加了编程工作量，还降低了程序的可读性和可维护性。当系统需要进行功能扩展或修改时，难以快速定位和修改相关代码，容易引发新的错误[1]。

2.2 扫描周期过长

PLC 的扫描周期对系统的实时性有重要影响。一些程序由于编写不当，存在不必要的复杂逻辑运算和大量的循环语句，导致扫描周期过长。这可能使得系统对输入信号的响应延迟，无法及时执行相应的控制动作，影响系统的控制精度和稳定性。特别是在对实时性要求较高的电力拖动系统中，如高速运转的电机控制场景，过长的扫描周期可能导致电机转速控制不准确，甚至引发设备故障。

2.3 资源利用率低

在编程过程中，部分工程师对PLC 的硬件资源了解不够深入，未能充分合理地利用资源。例如，在定义变量时，未根据实际需求选择合适的数据类型，导致占用过多的内存空间；在使用输入输出模块时，未进行优化配置，造成部分 I/O 端口闲置，而其他端口却不够用的情况，影响了系统的整体性能和扩展能力。

2.4 抗干扰能力不足

电力拖动系统运行环境复杂，存在大量的电磁干扰。然而，一些 PLC程序在编写时未充分考虑抗干扰措施，如未对输入信号进行有效的滤波处理，导致干扰信号进入 PLC，影响程序的正常运行。在程序中也缺乏对异常情况的处理机制，当系统受到干扰出现异常时，无法自动恢复正常运行，可能导致生产中断，造成经济损失。

3 PLC 在电力拖动自动化控制系统中的编程优化策略

3.1 优化程序结构

（1）模块化编程

将整个控制系统的程序按照功能划分为多个独立的模块，每个模块负责实现特定的功能，如电机启动模块、调速模块、故障诊断模块等。通过模块化编程，使程序结构更加清晰，各模块之间的接口明确，便于维护和扩展。例如，在电机启动模块中，可以将电机的启动逻辑封装在一个子程序中，主程序通过调用该子程序实现电机的启动操作。当需要修改电机启动方式时，只需在该模块内进行修改，不会影响其他模块的正常运行[2]。

（2）结构化编程

采用结构化编程方法，使用顺序结构、选择结构（如 IF-THEN-ELSE语句）和循环结构（如FOR、WHILE 语句）来组织程序代码，避免使用复杂的跳转指令，使程序的执行流程更加清晰，易于理解和调试。例如，在对电机转速进行控制时，可以使用 IF-THEN-ELSE 语句根据不同的转速设定值选择相应的控制策略，通过循环结构实时监测电机转速并进行调整，确保电机转速稳定在设定值附近。

3.2 缩短扫描周期

（1）简化逻辑运算

对程序中的逻辑运算进行简化，避免不必要的复杂运算和重复计算。例如，在计算电机的运行参数时，如果某些参数在多个地方都需要使用且计算过程复杂，可以将这些参数的计算结果存储在变量中，在需要使用的地方直接调用该变量，而不是每次都重新计算，从而减少运算时间，缩短扫描周期。

（2）合理使用中断

对于一些对实时性要求较高的信号，如电机的紧急停止信号、故障报警信号等，采用中断处理方式。当这些信号发生时，PLC 立即暂停当前正在执行的程序，转而去执行相应的中断服务程序，处理完中断事件后再返回原来的程序继续执行。通过合理使用中断，可以快速响应关键信号，提高系统的实时性，同时避免了因不断扫描这些信号而增加扫描周期。

3.3 提高资源利用率

（1）合理分配内存

在定义变量时，根据变量的实际用途和数据范围，选择合适的数据类型。例如，对于只需要表示开关状态的变量，使用布尔型数据类型，其占用内存空间小；对于需要表示整数范围较小的数据，使用短整型数据类型，避免使用长整型或浮点型数据类型，以减少内存占用。同时，合理规划变量的存储区域，避免内存碎片化，提高内存的使用效率。

（2）优化I/O 配置

根据系统的实际需求，合理分配输入输出端口。对于一些功能相近或可以复用的输入输出信号，进行合并处理，减少 I/O 端口的占用。例如，在控制多个电机的正反转时，可以通过对输出端口进行编码，使用较少的输出端口实现对多个电机的控制。同时，合理设置 I/O 模块的参数，如输入滤波时间、输出响应时间等，以提高I/O 模块的工作效率[3]。

3.4 增强抗干扰能力

（1）软件滤波

在程序中对输入信号进行软件滤波处理，去除干扰信号。常用的软件滤波方法有算术平均值滤波、中值滤波、限幅滤波等。例如，对于电机转速传感器采集的信号，可以采用算术平均值滤波方法，连续采集多个数据点，计算其平均值作为有效信号，从而减少因干扰导致的信号波动，提高信号的稳定性。

（2）故障诊断与恢复机制

在程序中增加完善的故障诊断功能，实时监测系统的运行状态，通过对传感器数据、设备运行参数等进行分析，及时发现系统中的故障。一旦检测到故障，立即启动相应的故障处理程序，如报警、停机保护等，并尝试进行自动恢复操作。例如，当检测到电机电流过大时，判断为电机过载故障，程序立即发出报警信号，停止电机运行，并尝试通过降低负载或调整电机参数等方式进行自动恢复，确保系统在出现故障时能够及时响应并尽可能恢复正常运行，减少生产损失。

4 结束语

本研究通过剖析PLC 编程现存问题，提出并验证模块化编程、中断应用等优化策略，显著提升系统响应速度与稳定性。未来，伴随PLC 与人工智能、物联网等技术深度融合，编程优化将朝着智能化、自适应方向演进。持续探索优化路径，有助于进一步释放PLC 潜力，为工业自动化迈向更高水平筑牢技术根基。

参考文献：

[1]米尔拜·麦麦提尼亚孜.PLC 在电力拖动一体化中运用分析[J].中国设备工程,2025,(04):126-128.

[2]田宗奎. 电力拖动一体化中的 PLC 技术运用[J]. 中国金属通报,2021,(09):159-160.

[3]穆家祥,严文超,郑军昌.PLC 在电力拖动一体化中的应用探究[J].电子测试,2021,(01):129-130.