摘要
可编程逻辑控制器（PLC）是工业自动化领域的核心控制设备。本文从PLC的硬件架构与扫描周期原理出发，深入解析梯形图与结构化文本两种主流编程范式，并通过一个完整的物料分拣系统案例，展示从需求分析、I/O分配、程序编写到调试验证的全流程。文章提供可直接运行的ST代码与梯形图逻辑，剖析扫描周期对程序执行的影响，并总结工程实践中常见的时序竞争、数据类型溢出等陷阱及解决方案。目标读者为自动化工程师、电气设计人员及嵌入式开发者，要求具备基础数字电路知识。
应用场景
PLC广泛应用于以下工业控制场景：
- 产线自动化：传送带启停、机械手动作序列、焊接工位联动
- 过程控制：温度PID调节、压力联锁保护、流量累积计算
- 离散制造：包装计数、物料分拣、螺丝拧紧力矩监控
- 基础设施：污水处理曝气控制、电梯楼层调度、交通信号灯时序
本文以物料分拣系统为例，该系统包含一个三相异步电机驱动的传送带、一个光电传感器、一个电感式接近开关、一个气动推杆以及一个计数显示屏。要求：当光电传感器检测到物料时，传送带停止2秒供推杆动作；推杆伸出后1秒缩回；缩回后传送带重新启动；同时记录分拣次数并显示。
核心原理
1. PLC硬件架构
PLC由CPU模块、电源模块、数字量输入模块（DI）、数字量输出模块（DO）、模拟量输入模块（AI）、模拟量输出模块（AO）及通信模块组成。CPU采用冯·诺依曼或哈佛结构，内部包含用户程序存储器、数据存储器、系统寄存器及位处