PLC故障檢測優(yōu)化算法

劉新祺

摘 要 PLC是一種經(jīng)常用于自動化編程控制的計算機，常用于汽車制造領(lǐng)域、機械制造領(lǐng)域等領(lǐng)域。其編程部分中故障檢測是必不可少的一部分。為了即時顯示故障信息，PLC需持續(xù)檢測故障情況以在故障發(fā)生時將將故障信息立即顯示在操作屏上。而傳統(tǒng)檢測方式采用逐個檢測，步驟復(fù)雜，對CPU要求也較高，提高了運行成本和設(shè)備成本。本文將利用變址寄存器加以循環(huán)語句來迭代運算，并用循環(huán)語句優(yōu)化該檢測步驟，將原有的上千步運算步驟減至十余步，同時單次循環(huán)時間減少約10%。

【關(guān)鍵詞】PLC 故障檢測 優(yōu)化算法 變址寄存器 循環(huán)語句

1 引言

PLC（Programmable logic Controller，簡稱PLC）編程是現(xiàn)代社會機械化生產(chǎn)的重要編程方式，其廣泛應(yīng)用于各種自動化編程控制。2016年，PLC占有上百億人民幣的市場份額，其編程方式精簡與準確程度直接關(guān)系著生產(chǎn)效率與質(zhì)量。而設(shè)備故障檢測步驟則是編程中的重要部分。當設(shè)備運行設(shè)備出現(xiàn)故障時，需要檢測出故障位置并將故障具體情況顯示在屏幕上。傳統(tǒng)的算法采用逐個檢測排查的方式，占用上千步，耗時近1ms。本文將利用變址寄存器循環(huán)語句優(yōu)化該檢測步驟，在本例中將運算步驟精簡至十余步，耗時減少0.2ms，效率提高約10%。

2 背景

PLC起源于美國汽車制造業(yè)的激烈競爭。為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝的變革，一些公司研發(fā)出以計算機為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，逐步演變?yōu)榻裉斓腜LC編程。

第一代的PLC只是繼電器控制裝置的替代產(chǎn)品，一直到上世紀70年代初，其僅由一些元器件和中小型集成電路組成，采用的是磁芯存儲器，僅有計數(shù)、定時等功能，也只能用于單一控制。后來隨著處理器的不斷變小，于70年代初出現(xiàn)了第二代的PLC。第二代PLC采用的是微處理器和半導(dǎo)體存儲器EPROM，功能逐漸增強，具有數(shù)據(jù)處理、其診斷、邏輯運算等功能，并且有了計算機接口，其應(yīng)用面越來越廣，整體趨向標準化、系列化、專用化，占有越來越多的市場份額。第三代PLC出現(xiàn)在80年代中期，其CPU使用16位處理器或多微處理器，使用EPROM、CMOSRAM等半導(dǎo)體處理器，增加了三角函數(shù)等新運算方式，梯形圖語句表更加成熟，小型PLC體積更小，成本更低，大型PLC更加多元化、模塊化。歷經(jīng)第四代PLC的提速后，出現(xiàn)在90年代中期的第五代PLC使用16位或32位微處理器，單步速度高達1ns/步，100%可與計算機通信，具有數(shù)值計算、大批量數(shù)據(jù)處理、函數(shù)運算等強大功能。

3 應(yīng)用環(huán)境

不同CPU對程序容納量不同，步數(shù)越少則對CPU要求越低，成本也更低，即程序容量大小決定了選用哪款CPU，如少于1×10步，則可以選用最經(jīng)濟的CPU12或32，如果超過了300000步，就必須選用成本倍增的CPU15或35。

舊的編程方法中將故障檢測內(nèi)每條線路的檢測分別作為一步，單步簡單的疊加，不斷疊加結(jié)果則是耗時極長。這里我們以一個用該方法檢測故障的程序為例。

賦值語句即將故障數(shù)據(jù)傳遞至顯示屏的步驟，圖1左側(cè)的圓圈內(nèi)為當前所在步驟步數(shù)。若上圖中將單個賦值語句刪除，再與圖2對比，可看到如果刪除賦值命令，每一處可節(jié)省7758step-7755step=3step。而僅該程序中賦值命令一共500條，總計可以減少1500step。

那么索性將程序中全部的500條賦值命令全刪除，可以發(fā)現(xiàn)如下變化：

（1）程序長度減少了1500step，。（16255step-14755step=1500step）

（2）最大循環(huán)時間減少了0.2ms。（2.42ms-2.22ms=0.20ms）

由此可見，賦值語句本身在程序中占有較大比重，若改進該部分則將極大地簡化程序。

4 利用變址寄存器計數(shù)加以循環(huán)語句簡化算法

首先輸入一個M值來規(guī)定循環(huán)的最大次數(shù)，即全部待檢電路的數(shù)目。變址寄存器充當了K值的角色。每次從變址寄存器中取一個值，檢查該編號的電路，若有故障則將該電路的編號輸出顯示，否則將K值加一，再進行上述步驟。具體操作方法如圖3。

左側(cè)Ⅰ區(qū)域為母線，其中左側(cè)較小數(shù)字為段數(shù)，右側(cè)較大數(shù)字為步驟數(shù)。Ⅱ區(qū)域為輸入?yún)^(qū)域，中間圓圈內(nèi)IRO為變址寄存器，即流程圖中K的載體。W155.06等以W開頭的為邏輯開關(guān)，W是否連通間接顯示了該部分是否有故障。右側(cè)Ⅲ區(qū)域內(nèi)為輸出內(nèi)容。小框內(nèi)FOR語句為循環(huán)開始語句，循環(huán)語句為FOR一直到下面的NEXT。最下方MOV語句為賦值語句，即輸出故障編號。小圓圈內(nèi)的D32600為本程序中顯示屏代碼，將故障編碼移入顯示屏即將故障情況顯示出來。

5 改進后的結(jié)果

改進前故障排查語段占總時間的8.26%，改進后時間占比縮短至0.45%，縮短了95%；改進前故障排查語段占總步驟的9.23%，改進后步驟占比縮短至0.14%，縮短了98%。無論是時間上還是占據(jù)步驟上，改進后的算法均比改進前有了極大幅度的進步。

6 橫向推廣

我們可將這個思路橫向推廣到其他領(lǐng)域，這里以異常計數(shù)清零為例，將清零語句置入循環(huán)語句中，設(shè)定好循環(huán)的次數(shù)，即可實現(xiàn)僅輸入一個命令就能將所有的寄存器清零，即一鍵清零。

7 總結(jié)與展望

本文提出了一種利用變址寄存器加以循環(huán)語句的優(yōu)化算法。這種算法與之前的算法相比，優(yōu)點在于可以將很多重復(fù)進行的語段縮短為幾步，提升程序步驟的利用率，提高了經(jīng)濟效益。作為自動化控制的重要手段，PLC定會迎來更為輝煌的未來。

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作者單位

遼寧大連經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)第一高級中學(xué) 遼寧省大連市 116600