近年来,可编程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)构成的现场总线控制系统在工业控制领域得到了广泛应用。系统模型的建立有利于分析系统的控制算法、实时性、可靠性等性能,也可为控制程序的优化设计提供思路。面向IEC61131-3功能块图(Function Block Diagram,FBD)编程语言,提出了一种基于状态空间模型的PLC程序建模方法。将PLC的DI、AI,DO、AO及内部存储器单元分别映射为模型中的输入向量、输出向量及状态向量,根据功能块内部算法和连接关系对控制程序建立包含混合变量的状态空间模型,描述系统输入、内部状态及输出三者之间的相互作用关系。分析并统一系统中的网络通信周期、控制器扫描周期、功能块周期信息,作为模型的采样周期。在组态软件中,设计算法建立程序模型并显示,依次实现功能块模型、网络模型和程序模型的建立。提出模型降维,逻辑和算术运算简化,定时器与计数器合并,基于工程意义的简化等方法,对所得模型进行化简。根据简化后的模型指导生成程序,达到程序优化的目的。在组态软件中,设计模块实现模型简化及程序生成的功能。模型优化部分采用嵌套迭代实现模型降维,利用正则表达式进行模型解析,实现逻辑简化和基于工程意义的简化。构成程序模型的方程个数即为生成的网络个数,按逻辑关系将各方程拆分成若干表达式,提取并匹配其中的功能块关键信息以确定功能块类型,根据各表达式之间的逻辑关系确定功能块之间的组态形式,从而生成优化后的控制程序。在组态软件PLC_Config中,以流水灯控制程序为例进行建模及优化方法的验证。实例证明,通过程序优化减少了内存资源的占用率和程序代码量,缩短了控制器的扫描周期,提高了控制系统的运行效率。模型的建立对于程序的优化具有指导意义。