西门子 PLC 常规编程技巧

剑指工控 星期三, 11/19/2025 - 22:49 发表

引言

精良的代码不仅是机器的指令，更是工程师思想的传承

本文旨在分享西门子 PLC 编程的规范与技巧，帮助工程师写出可读性强、稳定性高、易于维护的程序。无论是小型还是大型控制系统，良好的编程规范都能显著提高开发效率和系统可靠性。

1  程序设计的基本原则

PLC 编程不仅仅是让系统运行起来，更需要满足以下设计要求：

  • 简单性：使用标准化的程序框架和简单的指令。

  • 可读性：程序应易于理解，便于调试和维护。例如，在多数情况下使用梯形图编程，因为它更便于阅读。

  • 正确性：程序必须准确无误，经实际工作验证。

  • 可靠性：程序应能稳定处理非正常工作条件和非法操作。

  • 易改性：程序应便于修改，适应工艺变化。

  • 扩展性：在设计阶段就为未来功能扩展预留空间（硬件留余量，软件留位置）。

2  程序结构规范

2.1 OB 块的组织策略

OB（组织块）是 PLC 程序的骨架，合理规划 OB 块对系统性能至关重要。

  • OB1 主循环：放置核心的设备控制、安全联锁和流程逻辑，保证其扫描周期短且稳定。

  • OB100 初始化：用于系统启动时的初始化操作，无需主程序调用。

  • OB35 循环中断：处理对时序有严格要求的任务（如运动控制、高速采集），设定固定执行间隔（如 10ms）。

  • 时间日期中断 OB：如 OB10，处理小时级别的非实时任务（如报表生成、内存清理），避免这些耗时操作对每个扫描周期造成干扰。

  • 故障诊断 OB：如 OB80、OB82、OB85、OB86、OB87、OB121、OB122，用于处理系统故障，通常无需编程即可使用。

通过这种“分而治之”的 OB 规划，系统扫描周期的确定性大大提高，关键任务能得到及时响应。

2.2 FC/FB 的使用规范

FC（功能）和 FB（功能块）是模块化编程的核心。

FC 使用原则：用于编写不需要记忆状态的功能。

  • FC1：系统模式

  • FC2：输入处理

  • FC3：输出处理

  • FC4：运行处理

  • FC5：停止处理

  • FC6：手自动切换

  • FC100 及之后：用于建立可循环调用的子程序

  • FC105：系统自带模拟量输入子程序

  • FC106：系统自带模拟量输出子程序

FB 使用原则：用于编写需要记忆状态的功能。

  • 一般 PID：用 FB41

  • 温、湿度 PID：用 FB58

  • Modbus 通讯（CP341）：FB7：P_RCV_RK，FB8：P_SND_RK

  • 通讯 CP340：FB2：P_RCV，FB3：P_SND

  • 模块化设计：将功能拆分为独立块，降低耦合度。例如，将电机控制封装为一个独立的 FB 块。

2.3 数据块（DB）的规划

数据块是数据存储的核心，合理的规划对数据管理至关重要。

以下是一个典型的数据块规划表示例：

M 区也可作为中间变量使用，但应注意避免过度使用。

3  编程技巧与优化

3.1 控制模式设计

完善的控制模式设计是系统可靠运行的关键。

系统控制模式：系统应设置远程/本地/手动按钮。

  • 远程：只能通过上位机对系统进行自动启/停控制

  • 本地：只能通过触摸屏对系统进行自动启/停控制

  • 手动：手动控制时，上位机/触摸屏失效，只能通过手动控制设备的启/停

单台设备控制：单台设备必须有软手操/自动切换以及软手操时可以启/停的功能。由自动切换到软手操时，设备不能停机；由软手操切换到自动时，设备启/停取决于自动程序。

设备轮换：单台设备（泵、风机及其它大型设备）运行满 24 小时应进行轮换，并有运行时间累计。

3.2 程序优化技巧

  • 使用临时变量：临时变量不占用内存空间，适合在复杂运算中使用，但应避免滥用以免影响程序可读性。

  • 避免重复运算：将常用的计算结果存储起来复用，能大大提高程序效率。

  • 使用位操作代替数学运算：例如，用左移（SHL）代替乘 2，右移代替除 2，效率更高且能避免除零错误。

  • 使用状态机代替复杂的 IF-ELSE 结构：用状态机来组织程序，更加清晰高效。

  • 优化数据类型：选择合适的数据类型，如用 SINT 存储小范围整数，用 LREAL 存储高精度浮点数，既省内存又高效。

  • 使用 ARRAY 替代多个单独变量：用 ARRAY 存储同类数据，不仅整洁，访问效率也高。

  • 合理使用 FC 和 FB：FC 就像是一次性筷子，用完就扔，不占内存。FB 则像是环保筷子，能重复使用，但需要 Instance DB 来存储数据。根据需求选择，能大大提高程序效率和可维护性。

3.3 错误处理与诊断

  • DP 从站故障诊断：DP 从站必须做故障诊断，故障报警可使用 FB125。

  • 超节拍保护：以生产机械各工步动作为参考，在要检测的工步动作开始的同时，起动一个定时器（时间设定值比正常情况下该动作要持续的时间长 20％～30％），当生产机械某工步动作的时间超过规定时间时，发出故障信号。

  • 安全输入：一些安全用检测开关（如急停按钮、安全光幕、极限开关等）应使用常闭（NC）输入。

4  注释与文档规范

良好的注释和文档是程序可维护性的关键。

4.1 注释规范

  • 系统注释：整套程序的版权公司和此套程序用途

  • 程序块注释：此程序块的主要用途和作者

  • 段注释：此段代码的用途

  • 变量注释：包含 I/O 注释、中间变量注释，重要性无需多言

4.2 SCL 编程注释规范

对于使用 SCL（结构化控制语言）编写复杂算法的情况，注释规范尤为重要：

  • 功能块注释：每个功能块（FB/FC）开头需说明其功能、输入输出参数及逻辑要点。

  • 变量注释：全局变量、局部变量需明确用途，避免混淆。

  • 复杂逻辑分段注释：对循环、条件分支等复杂代码逐段解释。

5  调试与维护技巧

  • 程序备份：定期做程序备份，最好以工程名称+系统名称+当天日期命名。

  • 程序加密：适当加密，防止未经授权的访问和修改。

  • 在线调试工具：使用状态图表实时监控变量值，结合触发条件捕捉瞬态故障。

  • 数据块预赋值：在调试阶段通过数据块预设初始值，减少手动操作时间。

总结

遵循西门子 PLC 编程规范的重要性不言而喻。它能显著提高代码的可读性、可靠性和可维护性。本文介绍的基本原则、程序结构规范、编程技巧与优化方法、注释与文档规范以及调试与维护技巧，都是实践中总结出来的宝贵经验。

编程不仅是技术，更是艺术。希望这些技巧能帮助您写出更加优雅、高效的 PLC 程序。

技术的价值不在于复杂度，而在于如何将复杂的需求以清晰、可靠的方式实现。

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2025年11月

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