如何学习可编程逻辑控制器（PLC）？

在知乎上，这是一个浏览量高达443600次，被2652人关注的问题。在众多答案里，西门子PLC产品专家为大家分享的学习心得，不仅受到了众多知友的点赞，同时也被知乎联合中国科普博览、中国科学院物理研究所等机构开启的「致知计划之科学季」活动收录。

接下来，就将这篇干货满满的科普文章分享给你。

学习西门子PLC没有想象中那么难，一句话可以总结为：对初学者来说，600多块的SR20就足够用了，组态软件免费，西门子官方网站还有免费的视频教程。

如若详细展开，就涉及到PLC的硬件组成、编程软件、系统指令和程序结构等复杂的内容。接下来，我将从PLC的选型、PLC入门及PLC拓展模块和进阶等方面介绍PLC的学习要点。

一、 选型及成本

推荐：SR20

推荐理由：

这要从西门子PLC的产品家族开始说起。

西门子做PLC已经有40多年了，目前最新的产品家族为SIMATIC S7。西门子针对不同的市场需求推出了不同的产品系列，如高端的S7-1500系列，中端的S7-1200系列，低端的S7-200 SMART（以下简称SMART）系列。

对初学者来说，从SMART系列入门是最合适的。

SMART是西门子针对中国市场研发的新一代PLC，被广泛应用在包装、纺织、机床、食品、地铁等众多领域。它能够有效地提升设备性能和降低成本，性价比非常高，也非常可靠。

SMART主要分为ST和SR两大系列，这两个系列都能在电商平台上购买到。SR系列ST系列最主要的不同是，ST系列可以接收/输出高速脉冲信号。所以ST系列可以应用在运动控制，常见的包装产线，目前热门的机械手臂等领域。大家在学习阶段一般是应用不到这些功能的。而且ST和SR在编程和使用上是没有区别的，它们之间相互通信也非常容易实现。

在SR系列里，对于初学者，我重点推荐SR20。

理由1：性价比高，在各大电商平台的西门子经销商处都能买到，价格只要600多块

理由2：组态软件免费，学习和迁移成本低

SMART系列的组态软件（即通俗意义上的上位机）是STEP 7-Micro/WIN SMART（简称Micro/WIN），在官网上可以免费下载免费使用的，点击可下载。

Micro/WIN的设计理念和前面提到的另外两个高阶PSC系列，S7-1200和S7-1500的组态软件TIA Portal是一脉相承的，也支持和S7-1200 ，S7-1500之间相互通信。如若以后需要学习西门子的中高端PLC产品系列，学习和迁移的成本是非常低的。

SR20 PLC的真面目

接下来，带大家看看SR20 PLC的外观。

工位旁的机架上的PLC（拆掉了正面面板，不影响使用）

工位旁的机架上的PLC（拆掉了正面面板，不影响使用）

蓝色的线是Micro/WIN和PLC通信的网线上面一排端子是信号输入端子和供电端子下面一排段子是输出端子和给扩展模块的供电端子左下方是RS485接口左右两面还有一些标识信息，如订货号、FS号等

总结一下，学习PLC的成本 ：

1. 购买SR20：600多元

2. 组态软件免费

3. SR2可以直接使用220V电源供电，也可以使用24V电源。从安全性的角度考虑，建议使用24V电源

我曾经用一个SR20加一些外部设备，打造了一个全自动化的小型灌溉系统，总成本不超过1000元。感兴趣的知友可以在后文看到简单的设计方案和接线方式。

二、 PLC入门

PLC是一个集成度非常高的系统，在实际工作中，可能只有部分功能被用到，但在学习时，需要全面了解下PLC的功能。SMART PLC就是一个非常好的入门系列，刚才我们提到了，SMART PLC的操作工具是Micro/WIN。所以学习SMART PLC就是学习Micro/WIN。

我们内部也会交流SMART PLC的学习体会，大家普遍的感受是，SMART系列的学习成本非常低。我们在设计SMART PLC的功能时，会把易用性作为首要考虑的因素，即使没有编程经验，也能在短时间熟悉使用PLC产品的绝大部分功能。

性价比高，好上手，可靠，这就是SMART系列在中国如此成功的原因之一。

关于PLC究竟要学些什么内容，市面上有很多关于SMART PLC的书籍，在此不作赘述。而关于Micro/WIN 的操作方法教程，以下网址也有入门操作的视频课程，全部都是免费的。

作为西门子PLC产品的研发人员，长期接触PLC，有几个高效学习的小技巧分享给大家。这些小技巧很容易被忽视，大多数工作几年的PLC研发人员可能也不知道，但这些技巧对于初学者又非常重要。

● 设置PG/PC接口

在初次安装Micro/WIN时，需要设置PG/PC接口。SR/20集成了标准以太网口，可以使用PC物理网卡和PLC直接通信，所以无需购买昂贵且传输速率不高的PPI线。

PG/PC接口是什么呢？很多刚接触西门子PLC的同学会有这样的疑惑，PG/PC其实指的是电脑，说到这里，还有个PLC“被迫改名”的小故事。

上世纪70年代，PLC还不叫PLC，叫PC，原文为“programmable controller”意为“可编程控制器”；但后来居上的个人电脑（Personal Computer）也被简称为PC，两者容易混淆，于是可编程控制器只好“被迫”改名，在“programmable controller”加入了”Logic”这个单词，成为“Programmable logic controller”，简称PLC。而PG原文为”Programmer”， 汉语意思为”编程器”，其实指的就是电脑。

接下来在Access Point of the Application这里选择MWSMART，意为我们需要给Micro/WIN连接PLC设置一个网络接口，在列表中选择有线以太网口。

● 连接设置PLC

在连接CPU的时候，先选择通信接口，这里选择物理网卡，跟上面设置PG/PC作用是一样的。点击”查找CPU”，SR20就会响应指令然后将识别信息发送给Micro/WIN。

选中SR20点击确定后，Micro/WIN和PLC建联成功。然后通过”编辑”可以给PLC设置身份信息，通过”闪烁”指示灯可以让PLC的LED灯交替闪烁。

这里需要说一下，对SMART来说，”CPU”和”PLC”是同一个东西，不必疑惑。

● 查看、设置更多信息

连接上PLC后，就可以开始操作PLC了。

很多人都不知道时间设置在哪里，在“PLC”菜单栏”中选择”设置时钟”就可以设置时间了。

设置时钟的操作一般只需要在初次连接PLC的时候进行，PLC内部有独立的时钟，可以断电保持7天。PLC在运行中也会实时纠正时钟误差，即使连续运行几年，误差都不会超过2秒钟。在小型PLC中这是一个非常高的精度。

在自动化系统中，我们需要经常操作的一个步骤是，检查系统当前是否正常运行，性能状况如何，是否有警报信息。这些都在“PLC”菜单下的“PLC”功能块里面。

在PLC的调试和运行过程中，我们会经常打开这个界面，检查PLC的运行情况。

● 调试模拟PLC

调试和模拟功能是Micro/WIN非常重要的功能，这个功能非常实用并且操作简单，它可以方便地模拟实际运行过程中无法生成的参数，让操作者能够提前发现程序和配置中的问题，和生成最优的参数，能够有效地降低系统的风险。

但往往一些经验丰富的工程师都不知道或者不会使用这个功能，所以在这里详细地讲述一下。

下面是一个简单的起保停电路的梯形图，通过左边项目树中的”指令”目录可以添加这些指令。

然后，我们把这段程序下载到PLC中去执行下，会发现一些有趣的事情。

下载时，如果还没跟PLC建立连接，Micro/WIN会弹出通信对话框提示先连接PLC。

下载完成后，点击”RUN”按钮，通知PLC开始执行程序。

通过下载对话框可以访问在线帮助手册，它包含了所有PLC编程相关的信息，比市场上所有的相关书籍都更重要，即使是已经操作熟练的PLC专家也需要经常查阅在线帮助手册。

按F1也可以打开这个文档，还可以把这个文档从Micro/WIN的安装目录（默认在C:\Program Files (x86)\Siemens\STEP 7-MicroWIN SMART\Help\S7MicroWinSmart_804.chm））中拷贝出来，方便随时翻阅学习。

下载完成后，可以将CPU设置为RUN模式，Micro/WIN还提供了很强大的调试和观察程序运行的功能，请点击“程序运行”按钮。

蓝色表示能流流通，灰色表示能流未导通。从图上看到，由于I0.0对应的输入端子没有检测到高电平，因此I0.0这个输入印象区的值为0，触点打开，能流就不能流到后面去了，M0.0也没有接通，处于打开状态。

没有给I0.0对应的输入端子接电信号，又想调试怎么办呢？Micro/WIN有一个利器，”状态图表”。

我们写入I0.0然后点击监控按钮，可以看到I0.0的值为0，给它输入一个值1，然后点监控旁边”强制”按钮，再试试看。

可以看到，I0.0被强制为1。PLC不再从输入端子检测电信号，而是读取给它写入的值作为I0.0的值。可以对能访问到的所有内存区执行强制操作，这对调试非常有用。

下面是强制后的程序状态：

M0.0闭合了，取消I0.0的强制再观察，会看到M0.0还是闭合状态，这就是起保停电路的作用。

需要说明一点，当用户处于监控状态时，是无法操作系统块，向导等等功能的。如果点击了某个按钮但是Micro/WIN没反应，这多半都是因为当前处于监控状态。

如下图，再添加两个指令，然后再将它下载到PLC。

然后监控程序运行状态。

当再次将I0.0强制的时候Q0.0立即变为1，同时能听到继电器Q0.0闭合的声音。如果将负载，比如电机、灯泡等设备连接到PLC，那么设备立即会运转起来。

这里再讲一下如何接线：

第一步，将24V电源的正极和SR20的输出端子中的1L连接。

第二步，将负载（如电机）的输入正极和输出端子如Q0.0连接。

第三步，将24v电源的负极和负载输入的负极连接。

如果有多个负载，那么就从Q0.1-Q0.7端子接线。每一个输出端子可以承载最大2A电流，因此切记不要超负荷运行。

另一方面，Q点总共有8个，分成两组，Q0.0-Q0.3，都需要通过1L这个输入端子接到24V开关电源上。如果还需要接更多的负载，那么就需要给2L这个输入端子供电，通过Q0.4-Q0.7和负载连接了。

好了，关键内容就透露到这里，更多的入门课程请前往网站进行视频学习，讲解全面透彻，而且免费。

三、拓展模块和进阶学习

拓展模块

SMART之所以性价比高，是因为它仅仅集成了核心的功能，对于个性化的自动化项目/产品功能，是用扩展模块的方式来实现的，这样客户就不用为不需要的功能买单了。

SMART的扩展模块目录在在线帮助文档里可以查看到。

扩展模块的安装也非常简单，PLC右侧的长方形塑料片是可以抠下来的，后面就是插模块的位置。插好模块后，在“系统块”的EM行中选择刚才插入的扩展模块就完成组态了。

我个人用的最多的模块是AR02，我上面提到的全自动化农业灌溉系统就是用AR02扩展模块实现的。

致用所学

AR02拓展模块是专门为检测温度打造的，价格大约在200元多一点（价格有可能上下浮动）。也无需再购买额外的供电电源，PLC右下方24VDC字样下方的两个端子L+和M可以给它供电。

我又增加了一个大约30元的温度传感器Pt100，接到AR02上面的输入端子中。接线完成后通过AIW16读取实时温度，在程序中根据温度做不同的处理。这样，一个全自动化农业灌溉系统就做好了。

这个全自动化农业灌溉系统简化版本的设计方案如下:

1. 简化版本用到的硬件设备：

Pt100一个，用来采集实时温度AR02扩展模块一个，接收并处理温度传感器的数据SR20一个，控制器，处理用户程序24V2A水泵一个水管和喷头，根据实际需要购买PVC塑料水管，用于固定水管和喷头（这个不是必须的）24V5A电源一个，给控制器和水泵供电其他如电线，固定PLC的支架等，根据需要选购

2. 接线图 ：在第二部分已经讲过详细接线方式，简化版本的示意图如下：

3. 程序 ：

refresh_schedule，smartlib为生成浇灌计划的库，密码为TIC_new_hope_V 1 3magic_lanterns.smartlib为”魔幻彩灯”的库（ 可以不用），用来点亮彩灯的程序，按照设计，每天早上6:45-7:00，晚上6:50-7:50彩灯点亮，特殊的节日如情人节、圣诞节，彩灯都会点亮，密码为 TIC_new_hope_V_1_3，将这两个库复制到C:\Users\Public\Documents\Siemens\STEP 7-MicroWIN SMART\Lib目录以便调用。tic-r-1-5-7-h.smart是主程序，会调用上面那两个库执行浇灌以及点亮彩灯任务，如果不需要彩灯，删除程序最后一段调用magic_lanterns的代码即可。

此外，我再提供一些思路供拓展训练 ：

拓展1： 不同的植物对水的需求往往不一致，可通过增加水泵和修改程序来对更多的植物浇灌

拓展2： 连接制热设备(如暖气炉)而不是水泵，根据空气温度自动调节室内温度

拓展3： PLC可以通过OUC跟任何支持网络(标准TCP/IP)的设备进行通信，如跟PC通信，可以在PC端执行机器学习或神经网络程序（例如人脸识别），将需要执行的动作发送至PLC。

再回到题主的问题，如果想更好的学习PLC，那么一个办法就是，致用所学，大家在学习过程中也不妨试一试。

此全自动化农业灌溉系统仅供抛砖引玉。PLC能够支持非常复杂的功能，如运动控制，高速计数器，Profinet等，这些功能都在Micro/WIN左侧项目树下的“向导”目录中。

当熟悉了Micro/WIN向导下的功能后，甚至可以用SR20打造一个自动化产线。

总结

1．推荐选择SR20作为入门PLC的产品，成本低，易用性强，软件免费，拓展性强。

2．学习PLC，用免费的Micro/WIN软件就可以，线上有帮助手册，官网有免费教程，上文也介绍了常规教程中不常见的操作。

3．有问题可以在西门子官网（从视频教程网页导航至官方论坛）上提问，西门子专家团队会定期回答。

本文作者： 西门子工业自动化产品（成都）有限公司嵌入式软件工程师 肖年俊

本文章转自西门子中国

有些老电工，不会PLC（可编程控制器）一起了解一下

一起了解一下PLC

一、PLC是 Programmmable Logic Controller 的缩写，即可编程理积控制器。

IEC对PLC的定义是:PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻佃运算、顺序控制、定时、日数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是针对继电器系统的缺陷和现代社会对制造业的要求而出现的。

二、传统控制柜的缺点（电柜）

我们知道在继电控制系统中，作为单台装置，继电器本身是比较可靠的,但是对于复杂的控制系统，如果某一个继电器损坏，甚至某一个继电器的某一个触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行。

查找和排除故障往往是非常困难的，有时可能会花费大量的时间。继电器本身并不贵，但是控制柜内部的安装、接线工作量极大，因此整个控制柜的价格相当的高。如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线需要做相应的变动，这种改造工期长。费用高，以至于有的用户宁愿扔掉旧的控制柜，另外制作一台新的控制柜。这就是继电控制系统的缺陷。

现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。老式的继电器控制系统已经成为实现这一目标的巨大障碍，显然需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统，使电气控制系统的工作更加的可靠,更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。

PLC就是在这种工业需求和市场需求的背景下出现的。

从1969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台PLC以来，也不过才短短的40年，但PLC控制技术已得到异常迅猛的发展，并在各种工业控制领域、公共事业、新闻传播等各个方面都获得了广泛的应用。由于PLC广泛地应用在所有的工业部门，也就迫切需要越来越多的工业技术人员掌握应用PLC技术。可以预见，将来，PLC技术和变频器技术会和普通的电工技术一样为越来越多的电工技术人员所掌握，这也是为什么学好PLC技术和变频器技术成为越来越多电工的学习需求。

2.PLC的特点

1)编程方法简单易学

考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的传统读图习惯，可编程序控制器配备了易于接受和掌握的梯形图语言。

梯形图的语言的电路符号和表达方式与继电器电路原理图相当接近，只用PLC的二十几条开关量逻辑控制指令就可以实现继电器电路的功能。

通过阅读PLC的使用手册或接受短期培训，电气技术人员或者技术工人只需几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。简易编程器的操作和使用也很简单。上述特点是PLC近年来获得迅速普及的原因之。

2)硬件配套齐全，用户使用方便

PLC配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户不必自己设计和制作。用户在硬件方面的设计工作，只是确定可编程序控制器的硬件配置和设计外部接线图而已。LC的安装接线也很方便，各种外部接线都有相应的接线端子。

PLC的输入/输出端可以直接与AC220V或者DC24V的强电信号相接、它还具有较强的负载能力,可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器的线圈。

3)通用性强，适应性强

由于PLC的系列化和模块化，硬件配置相当的灵活，可以组成能够满足各种控制要求的控制系统。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。

4)可靠性高，抗干扰能力强

绝大多数的用户都将可靠性作为选择控制转装置的首要条件。可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。从实际的使用情况来看,用户对PLC的可靠性都相当满意。

PLC用软件取代了继电器系统中容易出现故障的大量触点和接线，这是PLC具有可靠性的主要原因之一。除此之外，PLC还采取了一系列抗干扰、提高可靠性的措施。

5)系统的设计、安装、调试工作量少

PLC 用软件功能取代了控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图所花的时间比设计继电器系统电路图花的时间要少得多。

6)维修工作量小，维修方便

PLC的故障率很低，并且有完善的诊断和显示功能。PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或者编程器提供的信息迅速查明故障的原因用更换模块的方法迅速排除PLC的故障。

7)体积小，能耗低

以OMRON的CPM1A型超小型PLC(10个I/O点)为例，其底部尺寸仅为90mmx67mm，功耗≤30VA。由于体积小，PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备。

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