一文學透可編程邏輯控制器（PLC）

若詳細展開，就涉及到PLC的硬件組成、編程軟件、系統(tǒng)指令和程序結構等復雜的內容，接下來，我將從PLC的選型、PLC入門及PLC拓展模塊和進階等方面介紹PLC的學習要點。

一、 選型及成本

推薦：SR20，推薦理由：

這要從西門子PLC的產品家族開始說起，西門子做PLC已經有40多年了，目前最新的產品家族為SIMATIC S7，西門子針對不同的市場需求推出了不同的產品系列，如高端的S7-1500系列，中端的S7-1200系列，低端的S7-200 SMART（以下簡稱SMART）系列。

對初學者來說，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，被廣泛應用在包裝、紡織、機床、食品、地鐵等眾多領域，它能夠有效地提升設備性能和降低成本，性價比非常高，也非?？煽?，SMART主要分為ST和SR兩大系列，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系列可以應用在運動控制，常見的包裝產線，目前熱門的機械手臂等領域，大家在學習階段一般是應用不到這些功能的，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現。

在SR系列里，對于初學者，我重點推薦SR20

理由1：性價比高，在各大電商平臺的西門子經銷商處都能買到，價格只要600多米；

理由2：組態(tài)軟件免費，學習和遷移成本低；

SMART系列的組態(tài)軟件（即通俗意義上的上位機）是STEP 7-Micro/WIN SMART（簡稱Micro/WIN），Micro/WIN的設計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TIA Portal是一脈相承的，也支持和S7-1200 ，S7-1500之間相互通信，如若以后需要學習西門子的中高端PLC產品系列，學習和遷移的成本是非常低的。

工位旁的機架上的PLC（拆掉了正面面板，不影響使用）

A：藍色的線是Micro/WIN和PLC通信的網線；

B：上面一排端子是信號輸入端子和供電端子；

C：下面一排段子是輸出端子和給擴展模塊的供電端子；

D：左下方是RS485接口；

E：左右兩面還有一些標識信息，如訂貨號、FS號等；

總結一下，學習PLC的成本 ：

1. 購買SR20：600米；
2. 組態(tài)軟件免費；
3. 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，我曾經用一個SR20加一些外部設備，打造了一個全自動化的小型灌溉系統(tǒng)，總成本不超過1000米，感興趣的知友可以在后文看到簡單的設計方案和接線方式。

二、 PLC入門

PLC是一個集成度非常高的系統(tǒng)，在實際工作中，可能只有部分功能被用到，但在學習時，需要全面了解下PLC的功能，SMART PLC就是一個非常好的入門系列，剛才我們提到了，SMART PLC的操作工具是Micro/WIN，所以學習SMART PLC就是學習Micro/WIN，我們內部也會交流SMART PLC的學習體會，大家普遍的感受是，SMART系列的學習成本非常低，我們在設計SMART PLC的功能時，會把易用性作為首要考慮的因素，即使沒有編程經驗，也能在短時間熟悉使用PLC產品的絕大部分功能。

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，關于PLC究竟要學些什么內容，市面上有很多關于SMART PLC的書籍，在此不作贅述，而關于Micro/WIN 的操作方法教程，以下網址也有入門操作的視頻課程，全部都是免費的，www.pxplc.com，www.uy123.net，長期接觸PLC，有幾個高效學習的小技巧分享給大家，這些小技巧很容易被忽視，但這些技巧對于初學者又非常重要。

1、 設置PG/PC接口

在初次安裝Micro/WIN時，需要設置PG/PC接口，SR/20集成了標準以太網口，可以使用PC物理網卡和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的同學會有這樣的疑惑，PG/PC其實指的是電腦，說到這里，還有個PLC“被迫改名”的小故事。

上世紀70年代，PLC還不叫PLC，叫PC，原文為“programmable controller”意為“可編程控制器”；但后來居上的個人電腦（Personal Computer）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“programmable controller”加入了”Logic”這個單詞，成為“Programmable logic controller”，簡稱PLC，而PG原文為”Programmer”， 漢語意思為”編程器”，其實指的就是電腦。

接下來在Access Point of the Application這里選擇MWSMART，意為我們需要給Micro/WIN連接PLC設置一個網絡接口，在列表中選擇有線以太網口。

2、連接設置PLC

在連接CPU的時候，先選擇通信接口，這里選擇物理網卡，跟上面設置PG/PC作用是一樣的，點擊”查找CPU”，SR20就會響應指令然后將識別信息發(fā)送給Micro/WIN。

選中SR20點擊確定后，Micro/WIN和PLC建聯成功，然后通過”編輯”可以給PLC設置身份信息，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。

3、查看、設置更多信息

連接上PLC后，就可以開始操作PLC了，很多人都不知道時間設置在哪里，在“PLC”菜單欄”中選擇”設置時鐘”就可以設置時間了。

設置時鐘的操作一般只需要在初次連接PLC的時候進行，PLC內部有獨立的時鐘，可以斷電保持7天，PLC在運行中也會實時糾正時鐘誤差，即使連續(xù)運行幾年，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，我們需要經常操作的一個步驟是，檢查系統(tǒng)當前是否正常運行，性能狀況如何，是否有警報信息，這些都在“PLC”菜單下的“PLC”功能塊里面，在PLC的調試和運行過程中，我們會經常打開這個界面，檢查PLC的運行情況。

4、調試模擬PLC

調試和模擬功能是Micro/WIN非常重要的功能，這個功能非常實用并且操作簡單，它可以方便地模擬實際運行過程中無法生成的參數，讓操作者能夠提前發(fā)現程序和配置中的問題，和生成最優(yōu)的參數，能夠有效地降低系統(tǒng)的風險，但往往一些經驗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，通過左邊項目樹中的”指令”目錄可以添加這些指令。

然后，我們把這段程序下載到PLC中去執(zhí)行下，會發(fā)現一些有趣的事情，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編程相關的信息，比市場上所有的相關書籍都更重要，即使是已經操作熟練的PLC專家也需要經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（默認在C:\\Program Files (x86)\\Siemens\\STEP 7-MicroWIN SMART\\Help\\S7MicroWinSmart_804.chm））中拷貝出來，方便隨時翻閱學習，下載完成后，可以將CPU設置為RUN模式，Micro/WIN還提供了很強大的調試和觀察程序運行的功能，請點擊“程序運行”按鈕。

藍色表示能流流通，灰色表示能流未導通，從圖上看到，由于I0.0對應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對應的輸入端子接電信號，又想調試怎么辦呢，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，然后點監(jiān)控旁邊”強制”按鈕，再試試看。

可以看到，I0.0被強制為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，可以對能訪問到的所有內存區(qū)執(zhí)行強制操作，這對調試非常有用，下面是強制后的程序狀態(tài)：

M0.0閉合了，取消I0.0的強制再觀察，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，當用戶處于監(jiān)控狀態(tài)時，是無法操作系統(tǒng)塊，向導等等功能的，如果點擊了某個按鈕但是Micro/WIN沒反應，這多半都是因為當前處于監(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)控程序運行狀態(tài)，當再次將I0.0強制的時候Q0.0立即變?yōu)?，同時能聽到繼電器Q0.0閉合的聲音，如果將負載，比如電機、燈泡等設備連接到PLC，那么設備立即會運轉起來。

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，將負載（如電機）的輸入正極和輸出端子如Q0.0連接；

第三步，將24v電源的負極和負載輸入的負極連接；

如果有多個負載，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，因此切記不要超負荷運行，另一方面，Q點總共有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開關電源上，如果還需要接更多的負載，那么就需要給2L這個輸入端子供電，通過Q0.4-Q0.7和負載連接。

三、拓展模塊和進階學習

拓展模塊：SMART之所以性價比高，是因為它僅僅集成了核心的功能，對于個性化的自動化項目/產品功能，是用擴展模塊的方式來實現的，這樣客戶就不用為不需要的功能買單了，SMART的擴展模塊目錄在在線幫助文檔里可以查看到，擴展模塊的安裝也非常簡單，PLC右側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展模塊就完成組態(tài)了。

最多的模塊是AR02，我上面提到的全自動化農業(yè)灌溉系統(tǒng)就是用AR02擴展模塊實現的，致用所學，AR02拓展模塊是專門為檢測溫度打造的，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，增加溫度傳感器Pt100，接到AR02上面的輸入端子中，接線完成后通過AIW16讀取實時溫度，在程序中根據溫度做不同的處理，這樣，一個全自動化農業(yè)灌溉系統(tǒng)就做好了。

這個全自動化農業(yè)灌溉系統(tǒng)簡化版本的設計方案如下:

1. 簡化版本用到的硬件設備：

A：Pt100一個，用來采集實時溫度；

B：AR02擴展模塊一個，接收并處理溫度傳感器的數據；

C：SR20一個，控制器，處理用戶程序；

D：24V2A水泵一個；

E：水管和噴頭，根據實際需要購買；

F：PVC塑料水管，用于固定水管和噴頭（這個不是必須的）；

G：24V5A電源一個，給控制器和水泵供電；

H：其他如電線，固定PLC的支架等，根據需要選購；

2. 接線圖：在第二部分已經講過詳細接線方式，簡化版本的示意圖如下：

三、拓展訓練：

拓展1：不同的植物對水的需求往往不一致，可通過增加水泵和修改程序來對更多的植物澆灌；

拓展2：連接制熱設備(如暖氣爐)而不是水泵，根據空氣溫度自動調節(jié)室內溫度；

拓展3：PLC可以通過OUC跟任何支持網絡(標準TCP/IP)的設備進行通信，如跟PC通信，可以在PC端執(zhí)行機器學習或神經網絡程序（例如人臉識別），將需要執(zhí)行的動作發(fā)送至PLC；

再回到題主的問題，如果想更好的學習PLC，那么一個辦法就是，致用所學，大家在學習過程中也不妨試一試，此全自動化農業(yè)灌溉系統(tǒng)僅供拋磚引玉，PLC能夠支持非常復雜的功能，如運動控制，高速計數器，Profinet等，這些功能都在Micro/WIN左側項目樹下的“向導”目錄中，當熟悉了Micro/WIN向導下的功能后，甚至可以用SR20打造一個自動化產線。