摘要
本文以工业控制领域最核心的可编程逻辑控制器（PLC）为对象，从底层硬件架构到高级编程范式，系统阐述PLC的工作原理与工程实践。内容涵盖PLC的扫描周期机制、I/O映射原理、基于IEC 61131-3标准的结构化文本（ST）语言编程，并通过一个完整的电机闭环控制系统案例，展示从需求分析到代码实现的完整流程。文章提供可直接运行的ST代码，并针对工业现场常见的抗干扰、数据类型转换、扫描周期陷阱等问题给出解决方案。全文不依赖任何图形编程工具，全部使用纯文本代码，适合具备C语言基础、希望深入理解PLC本质的工程师。
应用场景
PLC广泛应用于以下工业自动化领域：
- 生产线控制：流水线启停、物料分拣、装配机械手联动
- 过程控制：温度/压力/流量PID调节、阀门开度控制
- 运动控制：伺服电机定位、变频器速度给定
- 安全联锁：急停回路、光栅保护、冗余切换
- 数据采集：传感器信号处理、上位机通信（Modbus/Profinet）
本文聚焦于一个典型场景：三相异步电机的星三角降压启动与转速闭环控制。该场景涵盖数字量输入（启动按钮、停止按钮、热继电器）、数字量输出（接触器）、模拟量输入（转速传感器4-20mA）、模拟量输出（变频器频率给定0-10V），是理解PLC综合应用的经典案例。
核心原理
1. PLC的扫描周期模型
PLC采用循环扫描执行方式，每个扫描周期包含三个阶段：
- 输入采样