摘要
本文面向具备基本电工知识但缺乏PLC编程经验的工程师，系统梳理PLC的底层工作原理、I/O扫描机制、梯形图与结构化文本的转换逻辑。通过一个完整的电机正反转控制案例，从硬件接线到软件编程全流程展开，涵盖状态机设计、互锁保护、故障诊断等工业现场核心要点。文章提供可直接运行的TIA Portal代码，并针对初学者常见的扫描周期误解、双线圈问题、边界条件遗漏进行深度剖析。全文约4500字，无冗余配图，纯逻辑推导。
应用场景
PLC（可编程逻辑控制器）在工业自动化中承担逻辑控制、运动控制、过程控制三大任务。典型场景包括：
- 输送线启停与互锁控制（正反转、急停、复位）
- 液压站压力闭环调节（PID + 数字量输出）
- 包装机械的工步顺序控制（状态机 + 计时器）
- 安全光幕与急停回路的冗余设计
本文以三相异步电机正反转控制为贯穿案例，该场景覆盖了PLC编程的90%基础要素：数字量输入采集、数字量输出驱动、互锁逻辑、延时保护、状态保持与复位。
核心原理
1. 扫描周期模型
PLC采用循环扫描方式执行用户程序，一个扫描周期分为三个阶段：
- 输入采样：CPU读取物理输入端子状态，存入过程映像区（PII）
- 程序执行：CPU从第一条指令开始顺序执行，仅读写PII和内部存储区
