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摘要

本文面向具备基础编程思维的工程师，系统阐述可编程逻辑控制器（PLC）的核心原理与工程实践。从继电器电路到结构化文本（ST）语言的映射关系切入，深入解析扫描周期、内存模型与任务调度机制。提供一套完整的交通灯控制系统代码，涵盖状态机设计、定时器中断处理与故障恢复逻辑。通过剖析常见死循环、竞争条件与扫描超时问题，给出可落地的避坑策略。全文以西门子S7-1200系列为硬件基准，代码基于TIA Portal V17环境验证，确保零错误运行。

应用场景

PLC在工业自动化领域承担核心控制任务，典型场景包括：

• 流水线装配控制：多工位协同、物料检测与分拣逻辑
• 过程控制：温度/压力/流量闭环调节，PID算法实现
• 运动控制：伺服电机定位、步进电机脉冲输出
• 安全联锁：急停逻辑、光栅保护与冗余切换
• 交通管理：信号灯时序控制、车流量自适应调度

以交通灯系统为例，要求实现：

• 主路与支路红绿灯交替切换
• 黄灯闪烁过渡时间精确控制
• 故障检测（灯泡断路）自动切换至黄闪模式
• 手动干预（维修模式）与自动模式无缝切换

核心原理

1. 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：读取物理输入端子状态至输入映像区（PII）
• 程序执行：按顺序执行用户