2. PLC编程基础回顾

在进入PLC程序的CI持续集成之前，有必要把PLC编程的基础知识重新梳理一遍。CI流水线最终要编译、检查、测试和部署的是PLC程序本身，如果对PLC的扫描机制、语言形态、程序组织方式和数据类型缺乏清晰认识，后续的自动化构建、静态检查和仿真测试就无从谈起。本节从工作原理出发，串联编程语言、程序结构与变量类型四条主线，为后续的工程化实践打底。

一、PLC工作原理：循环扫描与输入输出映像

PLC最核心的运行特征是循环扫描。CPU并不像通用计算机那样按事件随机执行，而是周期性地重复三个阶段：输入采样、程序执行、输出刷新。在输入采样阶段，PLC把所有物理输入点的状态一次性读入输入映像区；在程序执行阶段，CPU按用户程序的顺序逐条运算，读写的是映像区而不是直接访问物理端口；在输出刷新阶段，再把输出映像区的结果统一送到物理输出模块。

这种机制带来两个重要结论：其一，程序执行期间输入状态是"冻结"的，即使外部信号变化，也要等下一个扫描周期才能被读到；其二，输出不会在每条指令执行后立即改变，而是周期末统一刷新。扫描周期通常在毫秒级，但对于高速脉冲、精确定时等场景，必须考虑扫描周期带来的响应延迟。

二、常用编程语言：LD、FBD、ST、SFC

IEC 61131-3标准定义了五种编程语言，工程中最常用的是梯形图（LD）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）和顺序功能图（SFC）。它们并非互斥，同一个项目中往往混合使用：用SFC描述工艺流程，用LD或FBD实现联锁逻辑，用ST处理复杂计算和通信。

以ST为例，一段简单的启停逻辑可以写成如下形式，便于版本管理和代码审查：

IF Start AND NOT Stop THEN
    Motor := TRUE;
ELSIF Fault OR NOT Start THEN
    Motor := FALSE;
END_IF;

IF Motor THEN
    RunTime := RunTime + CycleTime;
END_IF;

LD和FBD直观易读，适合现场调试；ST表达能力强，适合复杂逻辑和批量处理；SFC把流程拆成"步"和"转换"，天然适合描述设备的工作阶段。CI流水线需要能解析这些不同语言的源文件，因此项目通常采用标准化的导出格式（如PLCopen XML）作为构建输入。

三、程序结构：从任务到功能块

PLC程序并非一堆散乱的指令，而是有清晰的组织层级。典型结构自顶向下为：任务（Task）→ 程序（Program）→ 功能块（FB/FC）→ 变量。任务是调度的单位，决定程序以何种周期或事件触发；程序是任务的执行体；功能块是可复用的逻辑单元，其中FB带背景数据、有状态，FC无状态、纯函数。

合理的程序结构应遵循"高内聚、低耦合"：把电机控制封装成一个FB，把报警处理封装成另一个FB，主程序只负责调用和协调。这样在CI中，单个FB可以独立编译和单元测试，变更影响范围可控，回归测试也更有针对性。

四、变量与数据类型：CI检查的第一道关口

变量是程序的血液。按作用域可分为全局变量和局部变量；按性质可分为输入、输出、输入输出和静态变量。数据类型则决定了变量的取值范围和运算方式，常用类型包括：

• BOOL：布尔量，用于开关、状态标志；
• INT / DINT：整数，用于计数、索引；
• REAL / LREAL：浮点数，用于模拟量、PID；
• TIME：时间量，用于延时和超时判断；
• STRING：字符串，用于配方名、日志；
• ARRAY / STRUCT：数组和结构体，用于批量数据和复合对象。

类型不匹配是PLC程序中最常见的隐性缺陷之一。例如把INT直接赋给REAL、把TIME与INT相加、数组越界访问，在传统手动调试中往往要等到运行时才暴露。而在CI中，编译器与静态检查工具可以在提交阶段就捕获这些错误，把问题拦截在合并之前。

五、案例与复盘：一个启停控制的CI视角

假设有一个电机启停控制功能块，输入为Start、Stop、Fault，输出为Motor。手动开发时，工程师在IDE里写完LD，下载到PLC，现场点动验证。这种方式在单人、单设备时可行，但当项目有几十个FB、多人协作、频繁变更时，问题就会累积。

引入CI后，同样的FB会经历：提交代码 → 自动编译 → 静态检查（类型、未使用变量、命名规范）→ 单元测试（给定输入序列，断言输出）→ 生成可部署包。若某次提交把Stop误写成常闭触点，单元测试会立即失败，流水线阻断合并，避免缺陷流入现场。

综上，PLC工作原理决定了程序的时序语义，编程语言决定了表达方式，程序结构决定了可复用性，变量与数据类型决定了正确性边界。这四点共同构成了PLC程序CI持续集成的技术底座。只有把这些基础打牢，后续的自动化构建、测试与部署才有稳固的立足点。