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摘要

可编程逻辑控制器是工业自动化系统的核心控制单元。本文从底层硬件架构出发，深入解析PLC的扫描周期原理与梯形图/结构化文本的双重实现范式。通过一个完整的物料分拣控制系统案例，展示从需求分析、I/O映射、状态机设计到结构化文本代码实现的全流程。代码基于IEC 61131-3标准，可在CODESYS、TwinCAT等主流IDE中直接运行。文章同时剖析了PLC编程中常见的时序竞争、扫描周期陷阱及抗干扰设计，帮助读者建立工业级控制系统的工程思维。

应用场景

PLC广泛应用于以下工业自动化场景：

• 生产线控制：传送带启停、机械臂动作序列、物料分拣
• 过程控制：温度PID调节、压力联锁保护、液位自动补偿
• 运动控制：伺服电机定位、步进电机脉冲输出
• 安全系统：急停回路、光栅互锁、安全门监控

本文以物料分拣系统为例，模拟一个典型场景：传送带上随机放置三种颜色（红、绿、蓝）的物料，通过颜色传感器识别后，由气动推杆将物料推入对应料仓。系统包含启动/停止按钮、急停、状态指示灯及报警输出。

核心原理

1. 扫描周期模型

PLC采用循环扫描的工作方式，每个扫描周期包含三个阶段：

• 输入采样：读取所有输入模块的物理信号，存入过程映像区
• 程序执行：CPU逐条执行用户程序，仅操作过程映像区
• 输出刷新：将输出映像区的状态批量写入输出模块

关键特性：