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
PLC之父——工业30时代开创者
左一为PLC之父Dick Morley
51年前，一位名叫Dick Morley的电气工程师，为帮助某汽车制造商优化其自动化系统，发明了一套新的控制系统，这就是世界上第一台可编程逻辑控制器（PLC） 。由于其模块化结构和数字技术的应用，被称为模块化数字控制器，Morley把它缩写为Modicon（莫迪康）。
最初的Modicon 084 帮助客户在缩短上市时间和减少停机时间方面做出了巨大的贡献，可以说它是开创工业3.0时代的划时代工业产品。如今，加入施耐德电气大家庭的莫迪康仍在续写传奇。
今天，我们想借助工信部智能制造标准化体系建设工作组专家彭瑜教授一篇纪念PLC之父的文章，来了解Morley传奇的一生。
纪念PLC之父：永远怀着创新进取的精神
作者：彭瑜
01
被称为PLC之父的美国发明家Dick Morley 于2017年10月逝世，迄今已经两年多了。他在全球工业自动化界赫赫有名，是因为他在1969年开创了面向逻辑控制和顺序控制的可编程控制器，50年来屹立工业控制领域，在离散制造业的控制器中始终占据统治地位，还逐渐扩散到流程工业和间歇制造的批量生产过程。
当然，现在的PLC的功能和性能已经与当初不可同日而语了。由于算力和存贮能力的极大强化，软件技术的极大进步，由于智能制造和工业互联网的急切需要，PLC的创新，不仅仅表现在硬件（例如多核处理器、极高速输入等）、软件（例如面向对象的编程OOP等）以及通信（例如OPC UA等）。
尤其是软硬和通信的结合，前些年开创了将运动控制和经典的PLC控制结合，再加上视觉功能和PLC一体化，开创了适合生产线运用的机械PLC控制器，可以用一套PLC系统协调而同步地控制机器人、机械设备、数控装备和传送带；去年又开创了可编程的工业边缘控制器的新类型。
更值得关注的是PLC的体系架构正面临着颠覆性的创新，下一代的PLC极大可能会是分布式控制节点（DCN）取代现场要求实时控制的PLC，处在本地云端的虚拟PLC承担非实时要求或实时性要求不高的PLC功能，依靠强有力的OPC UA over TSN，构成开放的分布式的新型PLC系统（详见附图）。
从另一个视角看，当下围绕PLC设计、制造、销售、集成和应用的从业人员估计在全世界不下十几万。这一切使工业自动化领域广大的从业人员不由得对Morley表示崇高的敬意和怀念。
图源：德国Belden公司
02
可是很少有人知道他还拥有像软盘和反抱死制动和许多其他技术的专利权。与此同时，他还是一位目光如炬的工业预言家和思想家，他留下的思想遗产之广泛深刻远远超出芸芸众生的想象。
1999年他和Patricia Moody合写了一本书《技术机器— 2020年制造业如何工作》 (The Technology Machine—How Manufacturing Will Work in the Year 2020)。这本书至今在亚马逊网站上仍然有售，大约15美元多一点。
一般人很难想象在21年前两位作者是如何荡漾在科学遐想的技术世界中，而到如今书中所描述的许多技术竟然梦想成真 。
下面列举若干例子：
他曾提出自洽的智能体 ，举的例子就是波士顿的出租汽车司机，他们根本不需要任何形式的集中调度，只要从车上的显示屏中就可以接到生意，就与现在的优步（Uber）类似。
他还建议向劳动者授权和自我管理，好比一种政策扫描仪总在运行和处理。为了响应市场总在变化的条件和状况，要动员劳动者让他们变得敏捷。
他说过：“在我们的业务和制造领域，人力的开发变得很重要。”为此他认为用钱来激励人们将会限制他们的灵活性和成长。
计件生产率指标将与技巧的获得相互补充，就好像跨企业的通信交流那样。在零售业中一个员工的诚实忠诚非常重要，忠诚将是一个可度量的分量。而在技术驱动知识的年代将特别需要知识工人。对于知识工人来讲，新鲜的想法和思路将变为财富。每一个公司总需要努力创新，努力搞出新的推动制造的技术，这就是公司的底线。但是要做到这一点，必须遵循Morley的剧本。
譬如他建议取代为人们做事付钱的老方式，采用为人们所想的事付钱的新方式。如果能这样做，将会给智能的特性一个全新的面貌。
03
在这本书中他做了许许多多的预测和估计，可以说是基本正确，十拿九稳。
他指出技术将改变我们与自然界的边界和通信交互的方式 ；的确如此，谁会想到如今刷卡权也会包含某种意图呢？
他预测带宽的需求将呈爆炸式的增长 ，数据无处不在，无时不有；事情正在如他的预言在推进。
他认为由于对付每一种状态和情况的药物的需求，制药公司的重要性将在世界上居于统治地位；今天新冠病毒在全世界的肆虐，吞噬了数以万计人民的生命，证明了他很有预见。
在21年前他预测未来的岁月智能无处不在，物联网IoT可读/写和传输数据 ；最近几年来的各种物联网的热潮一浪高过一浪，可见他所言不虚。
他预测过无人驾驶汽车 ，现在已经有了。
他预言纳米机器人 将有助于人体内的疾病诊断和治疗；现在这一方法离实用越来越近了。
他提出糖尿病患者将会用一种扫描仪来检查血糖的高低；现在运用这样的智能传感器在美国已经相当普遍。
他还指出，知识产权 将变得越来越重要，有关知识产权的法律和律师已成为不可或缺的事实。诸如此类的预言还有很多，就不一一列举了。
当然他的有些预言有部分的准确性，但并没有百分之百的兑现。譬如他说软件将会逐渐消亡，而嵌入式智能将占统治地位；而如今他指的嵌入式软件和分布式软件的确发展很快，但也并非到了除嵌入式的智能之外，非嵌入式的软件就没有生存的空间这样的地步，大量的非嵌入式软件还依然有其用武之地。
结语
今年是2020年了，到年底书中所有的预测和预言，不论是在技术上是成功的还是失败的，只要是当年两位作者明确的想法和好奇的想法，都将见分晓。毫无疑问，Dick Morley在已经过去的二十年里确实是工业技术界的思想领袖。那么，未来的新的十年谁会成为类似的思想领袖人物呢？ 说不定这样的人就可能出现在你的身边。
最后请允许我引用Elon Musk这位同样伟大的发明家的名言：“我不把我的时间花在有关高端概念的空谈上，我把我的时间花在解决工程和制造的问题上。”（“I don’t spend my time pontificating about high-concept things; I spend my time solving engineering and manufacturing problems.”）如果要创新要发明，请切忌空谈，一定务实。
作者简介
彭瑜，教授级高工，上海工业自动化仪表研究院技术顾问，PLCopen中国组织名誉主席，工信部智能制造标准化体系建设工作组专家，国家智能制造标准化协调推进组专家咨询组专家。
本文来源 工控百家谈
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