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。本文从电气工程师的底层视角出发，以IEC 61131-3标准为基准，系统阐述PLC的硬件架构、扫描周期原理、梯形图与结构化文本（ST）两种主流编程范式。通过一个完整的物料分拣控制案例，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，并针对工程实践中常见的扫描周期陷阱、数据类型隐式转换、状态机设计错误等高频问题给出解决方案。目标读者为具备基础电工知识、希望系统掌握PLC编程逻辑的自动化工程师。
应用场景
PLC广泛应用于离散制造与过程控制领域。典型场景包括：
- 流水线控制：传送带启停、气缸伸缩、电机正反转的时序逻辑
- 物料分拣：通过传感器识别物料属性，驱动执行机构进行分类
- 过程控制：温度、压力、流量的PID调节与报警联锁
- 安全联锁：急停、光幕、安全门与设备启停的逻辑互锁
本文以“三色物料分拣系统”为贯穿案例。该场景包含三个传感器（金属检测、颜色检测、到位检测）和三个执行器（推杆A、推杆B、传送带电机），控制逻辑要求：当金属物料到达分拣位时，推杆A动作；当非金属且红色物料到达时，推杆B动作；其他物料直接通过。该案例覆盖了输入采样、逻辑运算、输出刷新、定时器、计数器以及状态机设计等核心知识点。
核心原理
1. 扫描周期（Scan Cycle）
PLC采用循环扫描的工作方式，每个周期包含三个阶段：