106.工业级状态机设计！IEC61131-3 ST 交通灯控制｜行人优先 + 急停联锁全实现

摘要

PLC（可编程逻辑控制器）是工业自动化系统的核心控制单元，广泛应用于生产线控制、过程控制、运动控制等领域。本文从PLC的硬件架构与扫描周期原理出发，系统讲解PLC编程的核心概念，并以结构化文本（ST）语言为核心，提供一套完整的交通灯控制系统代码实现。文章涵盖PLC选型、I/O分配、梯形图与ST语言的转换逻辑、仿真运行与调试方法，以及常见工程陷阱的规避策略。全文代码可直接在CODESYS、TwinCAT等IEC 61131-3标准开发环境中运行，适合从零基础到进阶的工程师系统学习。

应用场景

PLC在以下工业场景中发挥不可替代的作用：

1. 离散制造：流水线装配、包装机械、物料搬运系统的顺序控制与互锁保护。
2. 过程控制：化工反应釜的温度/压力PID调节、水处理厂的液位与流量控制。
3. 运动控制：伺服电机定位、步进电机速度控制，配合电子凸轮实现同步运动。
4. 安全系统：急停回路、光栅保护、安全门监控等需要高可靠性的安全逻辑。
5. 远程监控：通过以太网或现场总线（Profinet、EtherCAT）与SCADA系统通信，实现数据采集与远程操作。

本文以交通灯控制系统为例，该场景覆盖了定时器、计数器、状态机、互锁逻辑等PLC编程的核心要素，是理解PLC扫描机制与程序组织的最佳入门案例。

核心原理

1. PLC的扫描周期机制

PLC采用循环扫描的工作方式，每个扫描周期包含三个步骤：