图解OpenPLC编程流程：从零开始的可视化实战教学
你是否曾被传统PLC高昂的学习成本劝退？是否想亲手搭建一个工业级控制系统，却苦于没有硬件支持？今天，我们就用树莓派 + OpenPLC，带你走完一条完整的“软PLC”开发之路——无需专业设备，也能体验真实的工业控制逻辑。
本文不堆术语、不讲空话，而是以图示+实操步骤+避坑指南的方式，手把手教你如何从创建项目到运行逻辑，再到远程监控，完整跑通一次OpenPLC编程流程。无论你是高校学生、电子爱好者，还是刚入行的自动化工程师，都能轻松上手。
为什么选择 OpenPLC？
在智能制造时代，PLC（可编程逻辑控制器）是工厂自动化的“大脑”。但市面上主流品牌如西门子、三菱等，不仅价格昂贵，还封闭生态，学习门槛极高。
而OpenPLC的出现，打破了这一局面：
- ✅ 完全开源免费
- ✅ 支持 IEC 61131-3 标准五大语言
- ✅ 可部署在树莓派、PC、STM32 等常见平台
- ✅ 内建 Modbus 和 Web HMI，开箱即用
更重要的是——它让“动手实践”变得触手可及。
我第一次在树莓派上点亮继电器时，那种“我真的在做工业控制”的感觉至今难忘。而这一切，只花了不到200元成本。
OpenPLC 是怎么工作的？一张图看懂核心架构
我们先来看这张简化版系统结构图：
[梯形图程序] ↓ (编译) [XML → C++ 代码] ↓ (运行) [OpenPLC Runtime 扫描执行] ↙ ↘ [%IX 输入读取] [%QX 输出写入] ↑ ↓ [传感器/按钮] [继电器/电机/灯] ↖ ↙ [Modbus TCP] ↓ [浏览器/Web HMI 或 SCADA]整个过程就像一场精密的“舞台剧”：
- 编剧：你在编辑器里画出梯形图或写结构化文本；
- 翻译：OpenPLC Editor 把你的逻辑转成 C++ 代码；
- 演出：运行时引擎每毫秒扫描一次输入→执行程序→更新输出；
- 观众互动：你可以通过网页实时查看变量状态，甚至强制修改。
接下来，我们就按这个流程一步步拆解。
第一步：搭建环境 & 创建项目
推荐配置（低成本入门方案）
| 组件 | 型号建议 | 备注 |
|---|---|---|
| 主控板 | 树莓派 3B+/4B 或 x86 PC | Linux 系统即可 |
| 操作系统 | Raspberry Pi OS Lite（64位） | 轻量无桌面更稳定 |
| 编程工具 | OpenPLC Editor v1.5+ | 官网下载：https://openplcproject.com |
安装完成后打开 OpenPLC Editor，点击File → New Project，弹出如下界面：
（示意图：新建项目窗口，包含名称、硬件平台、PLC类型选项）
关键设置项说明：
- Project Name：随便起个名字，比如
Motor_Control_Demo - Hardware Board：选
Raspberry Pi（若本地测试可选 Generic Linux） - PLC Type：保持默认
Standard PLC
点确定后，项目自动生成基础框架文件，包括：
-Program.st（主程序）
-Global Variables.xml（全局变量表）
- 默认 I/O 映射表
💡 小贴士：第一次使用建议勾选“Create example program”，会生成一个闪烁灯示例，方便快速验证环境是否正常。
第二步：编写你的第一个控制逻辑
我们来做个经典案例：电机启停控制（带自锁）
方案一：用梯形图绘制（图形化，适合新手）
切换到Diagram视图，你会看到类似下面的绘图区：
|--[ Start ]--+--[ Stop ]--|----( Motor )--| | | +--------( Motor )----------+操作步骤如下：
- 左侧元件库拖出一个常开触点，命名为
Start_Button - 并联一个名为
Motor_Run的常开触点（实现自锁） - 串联一个常闭触点
Stop_Button - 最后接上线圈
Motor_Run - 输出映射到
%QX0.0（第一个数字量输出）
保存为Main_Diagram.ld
🎯 关键理解：PLC不是“一次性执行”，而是每个周期都重新计算！所以必须靠“自锁”维持状态。
方案二：用结构化文本编写（ST语言，适合复杂逻辑）
如果你更习惯代码风格，可以改写为 ST：
(* 电机启停控制 - 结构化文本 *) PROGRAM MainProgram VAR Start_Button: BOOL := %IX0.0; // 对应 GPIO 输入 Stop_Button : BOOL := %IX0.1; Motor_Run : BOOL := FALSE; END_VAR // 自锁逻辑：启动信号触发或已运行，且未按下停止 Motor_Run := (Start_Button OR Motor_Run) AND NOT Stop_Button; // 输出驱动继电器 %QX0.0 := Motor_Run;两种方式生成的逻辑完全等效。你可以任选其一，也可以混合使用（同一个项目中多个POU共存）。
第三步：编译 → 生成可执行程序
点击顶部菜单栏的“Compile”按钮，会发生什么？
背后其实经历了一连串转换：
Ladder Diagram / ST Code ↓ XML Intermediate Format ↓ Auto-generated C++ Source (.cpp) ↓ g++ Compilation (with OpenPLC runtime lib) ↓ Binary Executable (main_program)编译成功后，会在项目目录下生成两个重要文件：
main_program：Linux 可执行二进制variables.csv：变量地址映射表
如果报错，请检查：
- 是否有语法错误（如未声明变量）
- 地址格式是否正确（应为%IXx.x,%QXx.x等）
⚠️ 常见坑点：Windows 用户注意路径斜杠方向！最好统一使用
/避免兼容问题。
第四步：部署到树莓派并运行
现在要把程序“烧”到目标设备上去。
方法一：SSH 上传（推荐）
假设你的树莓派 IP 是192.168.1.100，使用 SCP 命令传输：
scp main_program pi@192.168.1.100:/home/pi/openplc_exec/ scp variables.csv pi@192.168.1.100:/home/pi/openplc_exec/登录树莓派，进入目录并赋予执行权限：
ssh pi@192.168.1.100 cd /home/pi/openplc_exec chmod +x main_program然后运行启动脚本（需提前安装 OpenPLC Runtime）：
sudo ./start_openplc.sh✅ 成功标志：终端显示
OpenPLC Runtime started successfully!并监听 502 端口（Modbus）和 8080 端口（Web HMI）
方法二：Docker 一键部署（高级用户推荐）
为了规避依赖冲突，官方提供了 Docker 镜像：
docker run -d --name openplc \ -p 502:502 -p 8080:8080 \ -v $(pwd)/main_program:/usr/local/openplc/runtime/main_program \ -v $(pwd)/variables.csv:/usr/local/openplc/webserver/variables.csv \ thiagoralves/openplc:v3一行命令搞定环境隔离与服务启动，再也不怕“在我电脑能跑”。
第五步：在线监控与调试
程序跑起来了，怎么知道它工作正常？
打开浏览器，访问：
http://192.168.1.100:8080你会看到 OpenPLC 内置的 Web HMI 页面：
（示意图：Web界面显示当前所有变量值，支持强制写入）
在这里你能看到：
-%IX0.0当前输入状态（模拟按钮按下）
-%QX0.0输出是否激活
- 可手动“强制”某个变量为 TRUE/FALSE，用于测试故障场景
这比串口打印日志直观多了！
如何与外部通信？Modbus 是关键桥梁
OpenPLC 默认启用 Modbus TCP 服务器模式，这意味着你可以用任何支持 Modbus 的客户端来读写数据。
Python 示例：远程读取电机状态
from pymodbus.client import ModbusTcpClient # 连接树莓派上的 OpenPLC client = ModbusTcpClient('192.168.1.100', port=502) client.connect() # 读取输出线圈状态（对应 %QX 寄存器） response = client.read_coils(address=0, count=1, slave=1) if not response.isError(): motor_running = response.bits[0] print(f"✅ 电机正在运行：" if motor_running else "⏸️ 电机已停止") else: print("❌ Modbus 通信失败") client.close()你还可以结合 Node-RED、Grafana 或自研 SCADA 系统，做出炫酷的数据看板。
新手常踩的三大“坑”，我都替你试过了
❌ 坑点1：程序写了但输出没反应？
原因分析：
- I/O 映射错误：误将%QX0.0写成了QX0.0（少百分号）
- 树莓派 GPIO 权限不足
- 继电器模块供电异常
解决方法：
- 检查variables.csv文件中的地址是否匹配
- 使用gpio read 0测试底层 GPIO 是否受控
- 用万用表测输出端是否有电压变化
❌ 坑点2：按钮按了没响应？
真相往往是：你忘了把物理输入接到正确的 GPIO 引脚！
OpenPLC 中%IX0.0默认对应树莓派的 GPIO 17（具体以core/board.h定义为准）。请务必核对：
| OpenPLC 地址 | 树莓派 BCM 编号 | 物理引脚 |
|---|---|---|
%IX0.0 | GPIO17 | Pin 11 |
%IX0.1 | GPIO18 | Pin 12 |
%QX0.0 | GPIO27 | Pin 13 |
建议贴一张引脚对照图在开发板旁边。
❌ 坑点3：网页打不开，提示连接拒绝？
排查清单：
- 防火墙是否放行 8080 和 502 端口？
- OpenPLC 服务是否真正启动？（ps aux | grep openplc）
- 是否用了错误的IP地址？（ifconfig查看真实局域网IP）
- Docker 容器是否正确暴露端口？
实战设计建议：写出可靠又易维护的PLC程序
别以为开源就等于“随便写”。真正的工程思维体现在细节中。
✅ 命名规范 > 地址记忆
与其记住%IX0.0是门传感器，不如定义符号名：
VAR_GLOBAL Door_Sensor : BOOL; // 仓库大门限位开关 Alarm_Light : BOOL; // 报警灯输出 Conveyor_Timer : TON; // 传送带延时启停 END_VAR这样别人一眼就能看懂逻辑意图。
✅ 分层设计：主程序只调度，功能块封装细节
不要把所有逻辑塞进一个 POU。推荐分层结构：
MainProgram (组织流程) ↓ Conveyor_Control_FB (传送带控制) ↓ Motor_Start_Stop_FB (电机启停)每个功能块独立测试，复用性极强。
✅ 安全第一：避免无限循环、加入超时保护
切记：PLC 程序不能阻塞！
错误示范：
WHILE TRUE DO END_WHILE; // 会导致扫描周期卡死！正确做法：使用定时器判断异常：
Conveyor_Timer(IN := Start_Cmd, PT := T#5S); IF NOT Conveyor_Timer.Q THEN Fault_Alarm := TRUE; // 启动超时报警 END_IF;它能用在哪里？这些真实场景值得参考
| 应用场景 | 实现方式 | 案例价值 |
|---|---|---|
| 教学实验平台 | 学生动手编程+LED模拟产线 | 零成本实训 |
| 小型自动化设备 | 控制步进电机+传感器反馈 | 替代商用PLC节省成本 |
| 智慧农业温室 | 监测温湿度+自动通风灌溉 | 边缘智能控制 |
| 机电一体化课程设计 | 结合机械臂+视觉识别 | 多学科融合实践 |
一位职校老师告诉我，他们用 OpenPLC 带学生做了整条模拟流水线，成本不到原方案的1/5，教学效果反而更好。
写在最后：掌握 OpenPLC，不只是学会一个工具
当你第一次看着自己写的梯形图，真的驱动了一个继电器、点亮了一盏灯、启动了一台电机……那种成就感，是任何仿真软件都无法替代的。
OpenPLC 不只是一个开源项目，它是通往工业4.0的一扇门。在这里，你不需要昂贵的授权许可，也不需要复杂的组态软件。你需要的，只是一颗愿意动手的心。
未来，随着边缘计算、IIoT 和 AI 的融合，OpenPLC 也正在进化：
- 支持 MQTT 协议接入云平台
- 集成 Python 脚本扩展能力
- 实验性支持 OPC UA
- 与 TensorFlow Lite 联动实现预测性维护
技术的边界，永远由探索者定义。
如果你正打算迈出工业自动化的第一步，不妨今晚就下载 OpenPLC Editor，试着画出你的第一条梯形图。
也许下一个改变生产的创意，就诞生于你的书桌之上。
👉动手资源包
- 下载地址： https://openplcproject.com
- GitHub 仓库： https://github.com/thiagoralves/OpenPLC_Runtime
- 社区论坛： https://forum.openplcproject.com
有什么问题欢迎留言交流，我会持续分享更多实战技巧。
