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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。本文从底层原理出发，系统性地讲解PLC的硬件架构、扫描周期机制、I/O寻址方式，并通过IEC 61131-3标准的结构化文本语言，完整实现一个电机控制与故障诊断系统。文章提供可直接运行的仿真代码，涵盖数字量输入输出、模拟量处理、定时器计数器、状态机设计等核心模块。通过本文，读者能够独立完成从硬件选型到程序开发的完整流程，并掌握工业现场常见的故障排查方法。

应用场景

PLC广泛应用于以下工业控制场景：

1. 离散制造：流水线装配、包装机械、物料搬运系统。需要精确的顺序控制与互锁逻辑。
2. 过程控制：化工反应釜温度控制、水处理厂液位调节、食品饮料批次混合。涉及PID调节与模拟量处理。
3. 运动控制：伺服电机定位、步进电机速度控制、机器人关节联动。需要高速脉冲输出与编码器反馈。
4. 安全系统：急停回路、光栅保护、安全门监控。必须符合ISO 13849安全完整性等级要求。
5. 能源管理：空压机群控、中央空调节能、光伏逆变器监控。需要数据采集与远程通信。

以最常见的电机启停控制为例，现场需求包括：启动按钮按下后电机运行，停止按钮按下后电机停止，过载保护动作时立即切断输出，运行状态通过指示灯反馈给操作员。这个看似简单的需求背后，涉及输入滤波、输出互锁、故障自锁、手动复位等严谨逻辑。

核心原理

1. 扫描周期机制

PLC采用循环扫描的工作方式，一个完整周期包含三个阶段：