第一部分：PLC的工作原理 —— 永不停止的“循环扫描”
要理解指令如何使用，首先必须透彻理解PLC是如何工作的。其核心是循环扫描工作方式，这是一个永不停息的过程，可以分为三个主要阶段：
1. 输入采样阶段
· PLC的CPU会按顺序读取所有输入模块的当前状态（例如：按钮是否按下、传感器是否触发），并将这些物理信号（0/1）一次性、批量地存入一个专门的存储区——输入映像寄存器。
· 关键点：在此阶段，无论外部输入信号如何变化，输入映像寄存器中的状态将保持不变，直到下一个扫描周期再次采样。这保证了程序执行过程中，所用到的输入状态是一致的。
2. 用户程序执行阶段
· CPU从用户程序的第一条指令开始，到最後一条指令结束，逐条执行存储在用户程序存储器中的指令。
· 执行指令时，CPU并不会直接去读取输入模块的实时状态或改变输出模块的实时状态，而是从输入映像寄存器中读取数据，进行逻辑运算，并将中间结果和最终结果写入另一个专门的存储区——输出映像寄存器。
· 关键点：程序执行过程中，即使某个实际输入信号发生了变化（比如按钮松开了），但由于输入映像寄存器在本次扫描周期内已经被锁定，程序感知到的仍然是它采样时的状态。
3. 输出刷新阶段
· 当所有用户程序指令执行完毕后，CPU将输出映像寄存器中的状态，一次性、批量地传送给输出模块。
· 输出模块再驱动外部负载（例如：接触器吸合、指示灯亮起、电机启动）。
· 关键点：输出信号在整个扫描周期的这个最后时刻才被统一更新。
循环扫描的周而复始：
输出刷新阶段结束后，CPU会立即开始下一个扫描周期的输入采样。如此循环往复。
打个比方：
PLC就像一个严格的考场考官：
· 输入采样 = 在考试开始时，一次性把所有题目（输入信号）抄到自己的草稿纸（输入映像寄存器）上。
· 程序执行 = 在整个考试期间，他只看着自己的草稿纸解题（执行程序），完全不理会窗外（实际输入）是否发生了什么变化。
· 输出刷新 = 考试结束铃响，他一次性把所有的答案（输出结果）誊写到答题卡（输出模块）上。
理解这个原理至关重要，因为它解释了为什么程序会有“响应延迟”，以及为什么在编程时要考虑扫描周期的影响。
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第二部分：西门子PLC的编程体系与指令系统
西门子PLC主要使用 TIA Portal（博途） 作为编程软件，支持多种编程语言，最常用的是LAD（梯形图） 和SCL（结构化控制语言，类似高级语言）。
指令是构建程序的基石，我们可以将其分为几个层次：
层次一：基本位逻辑指令 —— 继电器控制的数字化身
这是最基础、最核心的指令集，用于处理布尔量（BOOL，即0或1）。
· 常开触点 (I0.0)
· 原理：对应继电器线圈未得电时的触点状态。当它关联的位为“1”时，触点“闭合”，能流通过。
· 使用方法：I0.0 表示检查输入点I0.0是否为1。是则通，否则断。
· 常闭触点 (I0.1 上加一条斜线)
· 原理：对应继电器线圈未得电时闭合的触点。当它关联的位为“0”时，触点“闭合”，能流通过。
· 使用方法：I0.1 表示检查输入点I0.1是否为0。是则通，否则断。
· 线圈输出 (M0.0)
· 原理：对应继电器线圈。当左侧的能流到达时，它将关联的位设置为“1”。
· 使用方法：Q0.0 表示如果左侧逻辑运算结果为真，则让输出点Q0.0通电。
· 区别：
· 普通线圈：每次扫描都根据逻辑结果刷新。
· 置位线圈 S：一旦被能流触发，将位设置为“1”并保持，直到被复位线圈复位。
· 复位线圈 R：一旦被能流触发，将位设置为“0”并保持，直到被置位线圈置位。
经典应用示例：起保停电路
· 原理：当I0.0（正转启动按钮）按下，能流通路建立，正转电机Q0.0线圈得电。同时，正转电机Q0.0的常开触点闭合，形成自锁。即使正转按钮I0.0松开，电流仍能通过正转电机Q0.0的触点维持通路。当I0.2（停止按钮，常闭触点）按下时，通路被切断，正转电机Q0.0失电，自锁解除。
层次二：定时器与计数器指令 —— 时间与数量的度量
· 定时器
· 原理：基于PLC的内部时钟脉冲进行累加计数。时钟脉冲周期非常短（如1ms，10ms），累加到设定值（PT）时，定时器触点动作。
· 类型与区别：
· TP（脉冲定时器）：产生一个固定宽度的脉冲，与输入信号宽度无关。
· TON（接通延时定时器）：最常用。输入条件为真后，开始计时，时间到则输出为真。输入条件变假，定时器立即复位。
· TOF（断开延时定时器）：输入条件为真时，输出立即为真。输入条件由真变假时，开始计时，时间到则输出才变假。
· 使用方法：需要指定定时器号（如T0）和预设时间值（如S5T#2S 表示2秒）。
· 计数器
· 原理：对输入脉冲的上升沿进行计数。
· 类型与区别：
· CTU（加计数器）：CU端每来一个上升沿，计数值CV加1。当CV >= 预设值PV时，计数器触点动作。需要用R端复位。
· CTD（减计数器）：CD端每来一个上升沿，计数值CV减1。当CV <= 0时，计数器触点动作。需要用LD端装载预设值。
· CTUD（加减计数器）：具备CTU和CTD的所有功能。
· 使用方法：需要指定计数器号（如C0）和预设计数值（如10）。
层次三：数据处理与移动指令 —— PLC的“大脑”功能
这些指令处理的不再是单个的0/1，而是字节、字、双字等数据。
· 移动指令 MOVE
· 原理：将源操作数的数据原封不动地复制到目标操作数中。是使用最频繁的指令之一。
· 使用方法：MOVE %IW0, %MW10 将输入字IW0的值传送到存储字MW10。
· 比较指令 CMP
· 原理：比较两个相同数据类型的数据，产生一个布尔结果（真或假）。
类型与区别：
· == (等于)、<> (不等于)、> (大于)、< (小于)、>= (大于等于)、<= (小于等于)
· 使用方法：通常用在梯形图的网络中，如 CMP >： MW0 > 100，如果成立，则输出能流。
· 数学运算指令
· 原理：执行加(ADD)、减(SUB)、乘(MUL)、除(DIV)等算术运算。
· 使用方法：在SCL中直接使用 +, -, *, / 更为直观。在LAD中，是一个功能框，有IN1， IN2和OUT引脚。
层次四：程序控制指令
· 跳转指令 JMP / LBL
· 原理：无条件或有条件地跳转到指定的标签处执行，可以跳过部分程序。滥用会破坏程序结构，需谨慎使用。
· 块调用指令 CALL
· 原理：调用一个子程序（如FC， FB）。这是实现结构化编程的核心。
· FB（功能块） vs FC（函数）的详细区别与使用方法：
· FB：
· 拥有专属的“内存”：称为背景数据块（Instance DB）。每次调用FB，都必须指定一个唯一的DB来存储它的输入、输出和静态变量。
· 具有“记忆性”：因为数据存储在DB中，所以下次调用时，能记住上次的状态（如定时器的当前时间、计数器的当前值）。
· 使用场景：控制一台具有独立状态的设备，如电机、阀门、PID控制器等。例如，你用FB编写了一个“电机控制块”，厂里有100台电机，你只需调用这个FB 100次，并分配100个不同的DB即可。
· FC：
· 没有专属内存：它像数学中的函数 y = f(x)，输出只由当前的输入决定。
· 没有“记忆性”：它运算时使用的临时数据在调用结束后就释放了。
· 使用场景：执行一个纯计算、单位转换、或一个没有记忆功能的逻辑操作。例如，计算 (AIW0 - 5530) / 27135 * 100.0 来将模拟量转换为工程量百分比。
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总结与实践建议
1. 理解核心：牢牢掌握循环扫描和映像寄存器的概念，这是理解所有PLC程序行为的基础。
2. 分层学习：从位逻辑 -> 定时/计数 -> 数据操作 -> 程序控制，循序渐进。
3. 拥抱结构化：尽早学习并使用 FB + 背景DB 的编程模式。这是从“电工式编程”迈向“工程师式编程”的关键一步。它能极大地提高代码的可重用性、可读性和可维护性。
4. 善用仿真：TIA Portal提供了强大的PLCSIM仿真功能。不要只在纸上谈兵，多写程序，多仿真，观察变量表（Watch Table）中值的变化，这是验证你理解是否正确的最佳途径。
