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。西門子針對不同的市場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（以下簡稱SMART）系列。對初學(xué)者來說，從SMART系列入門是最合適的。SMART是西門子針對中國市場研發(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，性價比非常高，也非?？煽?。SMART主要分為ST和SR兩大系列，這兩個系列都能在電商平臺上購買到。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。所以ST系列可以應(yīng)用在運(yùn)動控制，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，對于初學(xué)者，我重點(diǎn)推薦SR20。理由1=性價比高，在各大電商平臺的西門子經(jīng)銷商處都能買到，價格只要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)識信息，如訂貨號、FS號等總結(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SR20加一些外部設(shè)備，打造了一個全自動化的小型灌溉系統(tǒng)，總成本不超過1000元。感興趣的知友可以在后文看到簡單的設(shè)計(jì)方案和接線方式。二、PLC入門PLC是一個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，需要全面了解下PLC的功能。SMARTPLC就是一個非常好的入門系列，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)部也會交流SMARTPLC的學(xué)習(xí)體會，大家普遍的感受是，SMART系列的學(xué)習(xí)成本非常低。我們在設(shè)計(jì)SMARTPLC的功能時，會把易用性作為首要考慮的因素，即使沒有編程經(jīng)驗(yàn)，也能在短時間熟悉使用PLC產(chǎn)品的絕大部分功能。性價比高，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，長期接觸PLC，有幾個高效學(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，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)會有這樣的疑惑，PG/PC其實(shí)指的是電腦，說到這里，還有個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”；但后來居上的個人電腦(PersonalComputer)也被簡稱為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”這個單詞，成為“Programmablelogiccontroller”，簡稱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就會響應(yīng)指令然后將識別信息發(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SMART來說，”CPU”和”PLC”是同一個東西，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。很多人都不知道時間設(shè)置在哪里，在“PLC”菜單欄”中選擇”設(shè)置時鐘”就可以設(shè)置時間了。

瑕対話兀#epjpij廚冋孩更令B撻噴CFUB期&時丹TOC\o"1-5"\h\zi^$sg…[iM'z'hl吁十一口亡|1S48M57I^LO化設(shè)置時鐘的操作一般只需要在初次連接PLC的時候進(jìn)行，PLC內(nèi)部有獨(dú)立的時鐘，可以斷電保持7天。PLC在運(yùn)行中也會實(shí)時糾正時鐘誤差，即使連續(xù)運(yùn)行幾年，誤差都不會超過2秒鐘。在小型PLC中這是一個非常高的精度。在自動化系統(tǒng)中，我們需要經(jīng)常操作的一個步驟是，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，我們會經(jīng)常打開這個界面，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，這個功能非常實(shí)用并且操作簡單，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使用這個功能，所以在這里詳細(xì)地講述一下。下面是一個簡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，會發(fā)現(xiàn)一些有趣的事情。下載時，如果還沒跟PLC建立連接，Micro/WIN會彈出通信對話框提示先連接PLC。下載完成后，點(diǎn)擊”RUN”按鈕，通知PLC開始執(zhí)行程序。通過下載對話框可以訪問在線幫助手冊，它包含了所有PLC編程相關(guān)的信息，比市場上所有的相關(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。按F1也可以打開這個文檔，還可以把這個文檔從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對應(yīng)的輸入端子沒有檢測到高電平，因此I0.0這個輸入印象區(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對應(yīng)的輸入端子接電信號，又想調(diào)試怎么辦呢？Micro/WIN有一個利器，”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電信號，而是讀取給它寫入的值作為I0.0的值?？梢詫δ茉L問到的所有內(nèi)存區(qū)執(zhí)行強(qiáng)制操作，這對調(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，是無法操作系統(tǒng)塊，向?qū)У鹊裙δ艿?。如果點(diǎn)擊了某個按鈕但是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)制的時候Q0.0立即變?yōu)?，同時能聽到繼電器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。如果有多個負(fù)載，那么就從Q0.1-Q0.7端子接線。每一個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，分成兩組，Q0.0-Q0.3，都需要通過1L這個輸入端子接到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之所以性價比高，是因?yàn)樗鼉H僅集成了核心的功能，對于個性化的自動化項(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單，PLC右側(cè)的長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。我個人用的最多的模塊是AR02，我上面提到的全自動化農(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溫度打造的，價格大約在200元多一點(diǎn)（價格有可能上下浮動）。也無需再購買額外的供電電源，PLC右下方24VDC字樣下方的兩個端子L+和M可以給它供電。我又增加了一個大約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)時溫度，在程序中根據(jù)溫度做不同的處理。這樣，一個全自動化農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)就做好了。這個全自動化農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)簡化版本的設(shè)計(jì)方案如下：簡化版本用到的硬件設(shè)備：Pt100—個，用來采集實(shí)時溫度AR02擴(kuò)展模塊一個，接收并處理溫度傳感器的數(shù)據(jù)SR20—個，控制器，處理用戶程序24V2A水泵一個?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（這個不是必須的）24V5A電源一個，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)，彩燈都會點(diǎn)亮，密碼為TIC_new_hope_V_l_3，將這兩個庫復(fù)制到C:\Users\Public\Documents\Siemens\STEP7-MicroWINSMART'Lib目錄以便調(diào)用。tic-r-1-5-