如何學(xué)習(xí)可編程邏輯控制器(PLC)

#如何學(xué)習(xí)可編程邏輯控制器（PLC）在知乎上，這是一個(gè)瀏覽量高達(dá)443600次，被2652人關(guān)注的問題。在眾多答案里，西門子PLC產(chǎn)品專家為大家分享的學(xué)習(xí)心得，不僅受到了眾多知友的點(diǎn)贊，同時(shí)也被知乎聯(lián)合中國科普博覽、中國科學(xué)院物理研究所等機(jī)構(gòu)開啟的「致知計(jì)劃之科學(xué)季」活動(dòng)收錄。接下來，就將這篇干貨滿滿的科普文章分享給你。學(xué)習(xí)西門子PLC沒有想象中那么難，一句話可以總結(jié)為：對(duì)初學(xué)者來說，600多塊的SR20就足夠用了，組態(tài)軟件免費(fèi)，西門子官方網(wǎng)站還有免費(fèi)的視頻教程。如若詳細(xì)展開，就涉及到PLC的硬件組成、編程軟件、系統(tǒng)指令和程序結(jié)構(gòu)等復(fù)雜的內(nèi)容。接下來，我將從PLC的選型、PLC入門及PLC拓展模塊和進(jìn)階等方面介紹PLC的學(xué)習(xí)要點(diǎn)。一、選型及成本推薦：SR20推薦理由：這要從西門子PLC的產(chǎn)品家族開始說起。西門子做PLC已經(jīng)有40多年了，目前最新的產(chǎn)品家族為SIMATICS7。西門子針對(duì)不同的市場(chǎng)需求推出了不同的產(chǎn)品系列，如高端的S7-1500系列，中端的S7-1200系列，低端的S7-200SMART（以下簡(jiǎn)稱SMART）系列。對(duì)初學(xué)者來說，從SMART系列入門是最合適的。SMART是西門子針對(duì)中國市場(chǎng)研發(fā)的新一代PLC，被廣泛應(yīng)用在包裝、紡織、機(jī)床、食品、地鐵等眾多領(lǐng)域。它能夠有效地提升設(shè)備性能和降低成本，性價(jià)比非常高，也非常可靠。SMART主要分為ST和SR兩大系列，這兩個(gè)系列都能在電商平臺(tái)上購買到。SR系列ST系列最主要的不同是，ST系列可以接收/輸出高速脈沖信號(hào)。所以ST系列可以應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)控制，常見的包裝產(chǎn)線，目前熱門的機(jī)械手臂等領(lǐng)域。

大家在學(xué)習(xí)階段一般是應(yīng)用不到這些功能的。而且ST和SR在編程和使用上是沒有區(qū)別的，它們之間相互通信也非常容易實(shí)現(xiàn)。在SR系列里，對(duì)于初學(xué)者，我重點(diǎn)推薦SR20。理由1=性價(jià)比高，在各大電商平臺(tái)的西門子經(jīng)銷商處都能買到，價(jià)格只要600多塊理由2=組態(tài)軟件免費(fèi)，學(xué)習(xí)和遷移成本低SMART系列的組態(tài)軟件（即通俗意義上的上位機(jī)）是STEP7-Micro/WINSMART（簡(jiǎn)稱Micro/WIN），在官網(wǎng)上可以免費(fèi)下載免費(fèi)使用的，點(diǎn)擊可下載。Micro/WIN的設(shè)計(jì)理念和前面提到的另外兩個(gè)高階PSC系列，S7-1200和S7-1500的組態(tài)軟件TIAPortal是一脈相承的，也支持和S7-1200，S7-1500之間相互通信。如若以后需要學(xué)習(xí)西門子的中高端PLC產(chǎn)品系列，學(xué)習(xí)和遷移的成本是非常低的。SR20PLC的真面目接下來，帶大家看看SR20PLC的外觀。w—*7*w—*7*1二”1"^l]W1!■_:■.“■11A■■——■—1工位旁的機(jī)架上的PLC（拆掉了正面面板，不影響使用）?藍(lán)色的線是Micro/WIN和PLC通信的網(wǎng)線?上面一排端子是信號(hào)輸入端子和供電端子?下面一排段子是輸出端子和給擴(kuò)展模塊的供電端子?左下方是RS485接口?左右兩面還有一些標(biāo)識(shí)信息，如訂貨號(hào)、FS號(hào)等總結(jié)一下，學(xué)習(xí)PLC的成本1.購買SR20:600多元組態(tài)軟件免費(fèi)SR2可以直接使用220V電源供電，也可以使用24V電源。從安全性的角度考慮，建議使用24V電源我曾經(jīng)用一個(gè)SR20加一些外部設(shè)備，打造了一個(gè)全自動(dòng)化的小型灌溉系統(tǒng)，總成本不超過1000元。感興趣的知友可以在后文看到簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案和接線方式。二、PLC入門PLC是一個(gè)集成度非常高的系統(tǒng)，在實(shí)際工作中，可能只有部分功能被用到，但在學(xué)習(xí)時(shí)，需要全面了解下PLC的功能。SMARTPLC就是一個(gè)非常好的入門系列，剛才我們提到了，SMARTPLC的操作工具是Micro/WIN。所以學(xué)習(xí)SMARTPLC就是學(xué)習(xí)Micro/WIN。我們內(nèi)部也會(huì)交流SMARTPLC的學(xué)習(xí)體會(huì)，大家普遍的感受是，SMART系列的學(xué)習(xí)成本非常低。我們?cè)谠O(shè)計(jì)SMARTPLC的功能時(shí)，會(huì)把易用性作為首要考慮的因素，即使沒有編程經(jīng)驗(yàn)，也能在短時(shí)間熟悉使用PLC產(chǎn)品的絕大部分功能。性價(jià)比高，好上手，可靠，這就是SMART系列在中國如此成功的原因之一。關(guān)于PLC究竟要學(xué)些什么內(nèi)容，市面上有很多關(guān)于SMARTPLC的書籍，在此不作贅述。而關(guān)于Micro/WIN的操作方法教程，以下網(wǎng)址也有入門操作的視頻課程，全部都是免費(fèi)的。作為西門子PLC產(chǎn)品的研發(fā)人員，長(zhǎng)期接觸PLC，有幾個(gè)高效學(xué)習(xí)的小技巧分享給大家。這些小技巧很容易被忽視，大多數(shù)工作幾年的PLC研發(fā)人員可能也不知道，但這些技巧對(duì)于初學(xué)者又非常重要。?設(shè)置PG/PC接口在初次安裝Micro/WIN時(shí)，需要設(shè)置PG/PC接口。SR/20集成了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)口，可以使用PC物理網(wǎng)卡和PLC直接通信，所以無需購買昂貴且傳輸速率不高的PPI線。PG/PC接口是什么呢？很多剛接觸西門子PLC的同學(xué)會(huì)有這樣的疑惑，PG/PC其實(shí)指的是電腦，說到這里，還有個(gè)PLC“被迫改名”的小故事。

上世紀(jì)70年代，PLC還不叫PLC,叫PC,原文為“programmablecontroller”意為“可編程控制器”；但后來居上的個(gè)人電腦(PersonalComputer)也被簡(jiǎn)稱為PC，兩者容易混淆，于是可編程控制器只好“被迫”改名，在“programmablecontroller”力口入了"Logic”這個(gè)單詞，成為“Programmablelogiccontroller”，簡(jiǎn)稱PLC。而PG原文為"Programmer”，漢語意思為”編程器”，其實(shí)指的就是電腦。接下來在AccessPointoftheApplication這里選擇MWSMART，意為我們需要給Micro/WIN連接PLC設(shè)置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，在列表中選擇有線以太網(wǎng)口。?連接設(shè)置PLC在連接CPU的時(shí)候，先選擇通信接口，這里選擇物理網(wǎng)卡，跟上面設(shè)置PG/PC作用是一樣的。點(diǎn)擊”查找CPU”，SR20就會(huì)響應(yīng)指令然后將識(shí)別信息發(fā)送給Micro/WIN。選中SR20點(diǎn)擊確定后，Micro/WIN和PLC建聯(lián)成功。然后通過”編輯”可以給PLC設(shè)置身份信息，通過”閃爍”指示燈可以讓PLC的LED燈交替閃爍。這里需要說一下，對(duì)SMART來說，”CPU”和”PLC”是同一個(gè)東西，不必疑惑。?査看、設(shè)置更多信息連接上PLC后，就可以開始操作PLC了。很多人都不知道時(shí)間設(shè)置在哪里，在“PLC”菜單欄”中選擇”設(shè)置時(shí)鐘”就可以設(shè)置時(shí)間了。

瑕対話兀#epjpij廚冋孩更令B撻噴CFUB期&時(shí)丹TOC\o"1-5"\h\zi^$sg…[iM'z'hl吁十一口亡|1S48M57I^LO化設(shè)置時(shí)鐘的操作一般只需要在初次連接PLC的時(shí)候進(jìn)行，PLC內(nèi)部有獨(dú)立的時(shí)鐘，可以斷電保持7天。PLC在運(yùn)行中也會(huì)實(shí)時(shí)糾正時(shí)鐘誤差，即使連續(xù)運(yùn)行幾年，誤差都不會(huì)超過2秒鐘。在小型PLC中這是一個(gè)非常高的精度。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，我們需要經(jīng)常操作的一個(gè)步驟是，檢查系統(tǒng)當(dāng)前是否正常運(yùn)行，性能狀況如何，是否有警報(bào)信息。這些都在“PLC”菜單下的“PLC”功能塊里面。Cfi?irflLH■歸和IICfi?irflLH■歸和II1i1耳'IVuaFB.IK.Hl-n.1i"'M*1**=：3■仙J&EL41"■滬I-<■jyU_Miw?wii?GTi<5?Mo4￥>■jjin甘呂JMLmAfinscMnuaIfiFfid-niABHrHSK7IBut在PLC的調(diào)試和運(yùn)行過程中，我們會(huì)經(jīng)常打開這個(gè)界面，檢查PLC的運(yùn)行情況。?調(diào)試模擬PLC調(diào)試和模擬功能是Micro/WIN非常重要的功能，這個(gè)功能非常實(shí)用并且操作簡(jiǎn)單，它可以方便地模擬實(shí)際運(yùn)行過程中無法生成的參數(shù)，讓操作者能夠提前發(fā)現(xiàn)程序和配置中的問題，和生成最優(yōu)的參數(shù)，能夠有效地降低系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。但往往一些經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師都不知道或者不會(huì)使用這個(gè)功能，所以在這里詳細(xì)地講述一下。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的起保停電路的梯形圖，通過左邊項(xiàng)目樹中的”指令”目錄可以添加這些指令。scutiao'scutiao'I亦s\E■幾w-?駆-咋講P麗—才孑可苛方1庇茹羸I暨;.噸解目和帝內(nèi)竊許tFUjfeMlCPU.ttAlMfl9TF-M'I——(J然后，我們把這段程序下載到PLC中去執(zhí)行下，會(huì)發(fā)現(xiàn)一些有趣的事情。下載時(shí)，如果還沒跟PLC建立連接，Micro/WIN會(huì)彈出通信對(duì)話框提示先連接PLC。下載完成后，點(diǎn)擊”RUN”按鈕，通知PLC開始執(zhí)行程序。通過下載對(duì)話框可以訪問在線幫助手冊(cè)，它包含了所有PLC編程相關(guān)的信息，比市場(chǎng)上所有的相關(guān)書籍都更重要，即使是已經(jīng)操作熟練的PLC專家也需要經(jīng)常查閱在線幫助手冊(cè)。按F1也可以打開這個(gè)文檔，還可以把這個(gè)文檔從Micro/WIN的安裝目錄(默認(rèn)在C:\ProgramFiles(x86)\Siemens\STEP7-MicroWINSMART\Help\S7MicroWinSmart_804.chm))中拷貝出來，方便隨時(shí)翻閱學(xué)習(xí)。下載完成后，可以將CPU設(shè)置為RUN模式，Micro/WIN還提供了很強(qiáng)大的調(diào)試和觀察程序運(yùn)行的功能，請(qǐng)點(diǎn)擊“程序運(yùn)行”按鈕。mS6R.Q,LhtrjjIJj聲蛍1衛(wèi)諄蠢一EFu_ftXi-jF-MatnaFA—1II*)藍(lán)色表示能流流通，灰色表示能流未導(dǎo)通。從圖上看到，由于I0.0對(duì)應(yīng)的輸入端子沒有檢測(cè)到高電平，因此I0.0這個(gè)輸入印象區(qū)的值為0，觸點(diǎn)打開，能流就不能流到后面去了，M0.0也沒有接通，處于打開狀態(tài)。沒有給I0.0對(duì)應(yīng)的輸入端子接電信號(hào)，又想調(diào)試怎么辦呢？Micro/WIN有一個(gè)利器，”狀態(tài)圖表”。我們寫入I0.0然后點(diǎn)擊監(jiān)控按鈕，可以看到I0.0的值為0，給它輸入一個(gè)值1,然后點(diǎn)監(jiān)控旁邊”強(qiáng)制”按鈕，再試試看。

可以看到，10.0被強(qiáng)制為1。PLC不再從輸入端子檢測(cè)電信號(hào)，而是讀取給它寫入的值作為I0.0的值。可以對(duì)能訪問到的所有內(nèi)存區(qū)執(zhí)行強(qiáng)制操作，這對(duì)調(diào)試非常有用。F面是強(qiáng)制后的程序狀態(tài):F面是強(qiáng)制后的程序狀態(tài):M0.0閉合了，取消I0.0的強(qiáng)制再觀察，會(huì)看到M0.0還是閉合狀態(tài)，這就是起保停電路的作用。需要說明一點(diǎn)，當(dāng)用戶處于監(jiān)控狀態(tài)時(shí)，是無法操作系統(tǒng)塊，向?qū)У鹊裙δ艿?。如果點(diǎn)擊了某個(gè)按鈕但是Micro/WIN沒反應(yīng)，這多半都是因?yàn)楫?dāng)前處于監(jiān)控狀態(tài)。如下圖，再添加兩個(gè)指令，然后再將它下載到PLC。然后監(jiān)控程序運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)再次將10.0強(qiáng)制的時(shí)候Q0.0立即變?yōu)?，同時(shí)能聽到繼電器Q0.0閉合的聲音。如果將負(fù)載，比如電機(jī)、燈泡等設(shè)備連接到PLC，那么設(shè)備立即會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)起來。這里再講一下如何接線：第一步，將24V電源的正極和SR20的輸出端子中的1L連接。第二步，將負(fù)載（如電機(jī)）的輸入正極和輸出端子如Q0.0連接。第三步，將24v電源的負(fù)極和負(fù)載輸入的負(fù)極連接。如果有多個(gè)負(fù)載，那么就從Q0.1-Q0.7端子接線。每一個(gè)輸出端子可以承載最大2A電流，因此切記不要超負(fù)荷運(yùn)行。另一方面，Q點(diǎn)總共有8個(gè)，分成兩組，Q0.0-Q0.3，都需要通過1L這個(gè)輸入端子接到24V開關(guān)電源上。如果還需要接更多的負(fù)載，那么就需要給2L這個(gè)輸入端子供電，通過Q0.4-Q0.7和負(fù)載連接了。好了，關(guān)鍵內(nèi)容就透露到這里，更多的入門課程請(qǐng)前往網(wǎng)站進(jìn)行視頻學(xué)習(xí)，講解全面透徹，而且免費(fèi)。三、拓展模塊和進(jìn)階學(xué)習(xí)拓展模塊SMART之所以性價(jià)比高，是因?yàn)樗鼉H僅集成了核心的功能，對(duì)于個(gè)性化的自動(dòng)化項(xiàng)目/產(chǎn)品功能，是用擴(kuò)展模塊的方式來實(shí)現(xiàn)的，這樣客戶就不用為不需要的功能買單了。SMART的擴(kuò)展模塊目錄在在線幫助文檔里可以查看到。擴(kuò)展模塊的安裝也非常簡(jiǎn)單，PLC右側(cè)的長(zhǎng)方形塑料片是可以摳下來的，后面就是插模塊的位置。插好模塊后，在“系統(tǒng)塊”的EM行中選擇剛才插入的擴(kuò)展模塊就完成組態(tài)了。我個(gè)人用的最多的模塊是AR02，我上面提到的全自動(dòng)化農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)就是用AR02擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)的。致用所學(xué)AR02拓展模塊是專門為檢測(cè)溫度打造的，價(jià)格大約在200元多一點(diǎn)（價(jià)格有可能上下浮動(dòng)）。也無需再購買額外的供電電源，PLC右下方24VDC字樣下方的兩個(gè)端子L+和M可以給它供電。我又增加了一個(gè)大約30元的溫度傳感器Pt100，接到AR02上面的輸入端子中。接線完成后通過AIW16讀取實(shí)時(shí)溫度，在程序中根據(jù)溫度做不同的處理。這樣，一個(gè)全自動(dòng)化農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)就做好了。這個(gè)全自動(dòng)化農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)簡(jiǎn)化版本的設(shè)計(jì)方案如下：簡(jiǎn)化版本用到的硬件設(shè)備：Pt100—個(gè)，用來采集實(shí)時(shí)溫度AR02擴(kuò)展模塊一個(gè)，接收并處理溫度傳感器的數(shù)據(jù)SR20—個(gè)，控制器，處理用戶程序24V2A水泵一個(gè)?水管和噴頭，根據(jù)實(shí)際需要購買PVC塑料水管，用于固定水管和噴頭（這個(gè)不是必須的）24V5A電源一個(gè)，給控制器和水泵供電?其他如電線，固定PLC的支架等，根據(jù)需要選購接線圖：在第二部分已經(jīng)講過詳細(xì)接線方式，簡(jiǎn)化版本的示意圖如下：3.程序:refresh_schedule,smartlib為生成澆灌計(jì)劃的庫，密碼為TIC_new_hope_V13magic_lanterns.smartlib為”魔幻彩燈”的庫（可以不用），用來點(diǎn)亮彩燈的程序，按照設(shè)計(jì)，每天早上6:45-7:00，晚上6:50-7:50彩燈點(diǎn)亮，特殊的節(jié)日如情人節(jié)、圣誕節(jié)，彩燈都會(huì)點(diǎn)亮，密碼為TIC_new_hope_V_l_3，將這兩個(gè)庫復(fù)制到C:\Users\Public\Documents\Siemens\STEP7-MicroWINSMART'Lib目錄以便調(diào)用。tic-r-1-5-