非常感謝各位知友對西門子PLC產品的推薦,今天我們有幸邀請到西門子的PLC產品的專家,為大家詳細講解西門子PLC的學習。以下是分享原文:
學習西門子PLC沒有想象中那麽難,一句話可以總結為:對初學者來說,600多塊的SR20就足夠用了,組態軟件免費,西門子官方網站還有免費的影片教程。
如若詳細展開,就涉及到PLC的硬件組成、編程軟件、系統指令和程式結構等復雜的內容。接下來,我將從PLC的選型、PLC入門及PLC拓展模組和進階等方面介紹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的新一代PLC,被廣泛套用在包裝、紡織、機床、食品、地鐵等眾多領域。它能夠有效地提升器材效能和降低成本,性價比非常高,也非常可靠。
SMART主要分為ST和SR兩大系列,這兩個系列都能在電商平台上購買到。SR系列ST系列最主要的不同是,ST系列可以接收/輸出高速脈沖訊號。所以ST系列可以套用在運動控制,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套用不到這些功能的。而且ST和SR在編程和使用上是沒有區別的,它們之間相互通訊也非常容易實作。
在SR系列裏,對於初學者,我重點推薦SR20。
理由1:性價比高,在各大電商平台的西門子經銷商處都能買到,價格只要600多塊
理由2:組態軟件免費,學習和遷移成本低
SMART系列的組態軟件(即通俗意義上的上位機)是STEP 7-Micro/WIN SMART(簡稱Micro/WIN),在官網上可以免費下載免費使用的,下載地址為:
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的組態軟件TIA Portal是一脈相承的,也支持和S7-1200 ,S7-1500之間相互通訊。如若以後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。
SR20 PLC的真面目
接下來,帶大家看看SR20 PLC的外觀。
總結一下,學習PLC的成本 :
- 購買SR20:600多元
- 組態軟件免費
- 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加一些外部器材,打造了一個全自動化的小型灌溉系統,總成本不超過1000元。感興趣的知友可以在後文看到簡單的設計方案和接線方式。
二、 PLC入門
PLC是一個整合度非常高的系統,在實際工作中,可能只有部份功能被用到,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產品的絕大部份功能。
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。
關於PLC究竟要學些什麽內容,市面上有很多關於SMART PLC的書籍,在此不作贅述。而關於Micro/WIN 的操作方法教程,以下網址中也有入門操作的影片課程,全部都是免費的。
作為西門子PLC產品的研發人員,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,大多數工作幾年的PLC研發人員可能也不知道,但這些技巧對於初學者又非常重要。
在初次安裝Micro/WIN時,需要設定PG/PC介面。SR/20整合了標準乙太網路口,可以使用PC物理網卡和PLC直接通訊,所以無需購買昂貴且傳輸速率不高的PPI線。
PG/PC介面是什麽呢?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,說到這裏,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」;但後來居上的個人電腦(Personal Computer)也被簡稱為PC,兩者容易混淆,於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這裏選擇MWSMART,意為我們需要給Micro/WIN連線PLC設定一個網絡介面,在列表中選擇有線乙太網路口。
在連線CPU的時候,先選擇通訊介面,這裏選擇物理網卡,跟上面設定PG/PC作用是一樣的。點選」尋找CPU」,SR20就會響應指令然後將辨識資訊發送給Micro/WIN。
選中SR20點選確定後,Micro/WIN和PLC建聯成功。然後透過」編輯」可以給PLC設定身份資訊,透過」閃爍」指示燈可以讓PLC的LED燈交替閃爍。
這裏需要說一下,對SMART來說,」CPU」和」PLC」是同一個東西,不必疑惑。
連線上PLC後,就可以開始操作PLC了。
很多人都不知道時間設定在哪裏,在「PLC」選單欄」中選擇」設定時鐘」就可以設定時間了。
設定時鐘的操作一般只需要在初次連線PLC的時候進行,PLC內部有獨立的時鐘,可以斷電保持7天。PLC在執行中也會即時糾正時鐘誤差,即使連續執行幾年,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。
在自動化系統中,我們需要經常操作的一個步驟是,檢查系統當前是否正常執行,效能狀況如何,是否有警報資訊。這些都在「PLC」選單下的「PLC」功能塊裏面。
在PLC的偵錯和執行過程中,我們會經常開啟這個界面,檢查PLC的執行情況。
偵錯和模擬功能是Micro/WIN非常重要的功能,這個功能非常實用並且操作簡單,它可以方便地模擬實際執行過程中無法生成的參數,讓操作者能夠提前發現程式和配置中的問題,和生成最優的參數,能夠有效地降低系統的風險。
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,所以在這裏詳細地講述一下。
下面是一個簡單的起保停電路的梯形圖,透過左邊專案樹中的」指令」目錄可以添加這些指令。
然後,我們把這段程式下載到PLC中去執行下,會發現一些有趣的事情。
下載時,如果還沒跟PLC建立連線,Micro/WIN會彈出通訊對話方塊提示先連線PLC。
下載完成後,點選」RUN」按鈕,通知PLC開始執行程式。
透過下載對話方塊可以存取線上幫助手冊,它包含了所有PLC編程相關的資訊,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線上幫助手冊。
按F1也可以開啟這個文件,還可以把這個文件從Micro/WIN的安裝目錄(預設在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。
下載完成後,可以將CPU設定為RUN模式,Micro/WIN還提供了很強大的偵錯和觀察程式執行的功能,請點選「程式執行」按鈕。
藍色表示能流流通,灰色表示能流未導通。從圖上看到,由於I0.0對應的輸入端子沒有檢測到高電平,因此I0.0這個輸入印象區的值為0,觸點開啟,能流就不能流到後面去了,M0.0也沒有接通,處於開啟狀態。
沒有給I0.0對應的輸入端子接電訊號,又想偵錯怎麽辦呢?Micro/WIN有一個利器,」狀態圖表」。
我們寫入I0.0然後點選監控按鈕,可以看到I0.0的值為0,給它輸入一個值1,然後點監控旁邊」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訊號,而是讀取給它寫入的值作為I0.0的值。可以對能存取到的所有記憶體區執行強制操作,這對偵錯非常有用。
下面是強制後的程式狀態:
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,這就是起保停電路的作用。
需要說明一點,當使用者處於監控狀態時,是無法作業系統塊,精靈等等功能的。如果點選了某個按鈕但是Micro/WIN沒反應,這多半都是因為當前處於監控狀態。
如下圖,再添加兩個指令,然後再將它下載到PLC。
然後監控程式執行狀態。
當再次將I0.0強制的時候Q0.0立即變為1,同時能聽到繼電器Q0.0閉合的聲音。如果將負載,比如電機、燈泡等器材連線到PLC,那麽器材立即會運轉起來。
這裏再講一下如何接線。
第一步,將24V電源的正極和SR20的輸出端子中的1L連線
第二步,將負載(如電機)的輸入正極和輸出端子如Q0.0連線
第三步,將24v電源的負極和負載輸入的負極連線
如果有多個負載,那麽就從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執行。
另一方面,Q點總共有8個,分成兩組,Q0.0-Q0.3,都需要透過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,那麽就需要給2L這個輸入端子供電,透過Q0.4-Q0.7和負載連線了。
好了,關鍵內容就透露到這裏,更多的入門課程請前往網址進行影片學習,講解全面透徹,而且免費。
三、拓展模組和進階學習
拓展模組
SMART之所以性價比高,是因為它僅僅整合了核心的功能,對於個人化的自動化專案/產品功能,是用擴充套件模組的方式來實作的,這樣客戶就不用為不需要的功能買單了。
SMART的擴充套件模組目錄在線上幫助文件裏可以檢視到。
擴充套件模組的安裝也非常簡單,PLC右側的長方形塑膠片是可以摳下來的,後面就是插模組的位置。插好模組後,在「系統塊」的EM行中選擇剛才插入的擴充套件模組就完成組態了。
我個人用的最多的模組是AR02,我上面提到的全自動化農業灌溉系統就是用AR02擴充套件模組實作的。
致用所學
AR02拓展模組是專門為檢測溫度打造的,價格大約在200元多一點(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。接線完成後透過AIW16讀取即時溫度,在程式中根據溫度做不同的處理。這樣,一個全自動化農業灌溉系統就做好了。
這個全自動化農業灌溉系統簡化版本的設計方案如下:
- 簡化版本用到的硬件器材:
2. 接線圖:在第二部份已經講過詳細接線方式,簡化版本的示意圖如下:
3. 程式:
附上程式:
這些設計和程式由我開發編寫,各位知友可以任意使用並且修改。上面這個設計是最簡單版本,再提供一些思路供 拓展訓練 :
拓展1: 不同的植物對水的需求往往不一致,可透過增加水泵和修改程式來對更多的植物澆灌
拓展2: 連線制熱器材(如暖氣爐)而不是水泵,根據空氣溫度自動調節室內溫度
拓展3: PLC可以透過OUC跟任何支持網絡(標準TCP/IP)的器材進行通訊,如跟PC通訊,可以在PC端執行機器學習或神經網絡程式(例如人臉辨識),將需要執行的動作發送至PLC。
再回到題主的問題,如果想更好的學習PLC,那麽一個辦法就是,致用所學,大家在學習過程中也不妨試一試。
此全自動化農業灌溉系統僅供拋磚引玉。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左側專案樹下的「精靈」目錄中。
當熟悉了Micro/WIN精靈下的功能後,甚至可以用SR20打造一個自動化產線。
最後總結:
1.推薦選擇SR20作為入門PLC的產品,成本低,易用性強,軟件免費,拓展性強
2.學習PLC,用免費的Micro/WIN軟件就可以,線上有幫助手冊,官網(http://www. ad.siemens.com.cn/servi ce/elearning/series/145.html )有免費教程,上文也介紹了常規教程中不常見的操作
3.有問題可以在西門子官網(從影片教程網頁導航至官方論壇)上提問,西門子專家團隊會定期回答
本文由西門子工程師撰文回答,希望對題主和關註這個話題的知友們提供幫助
西門子工業自動化產品(成都)有限公司
嵌入式軟件工程師 肖年俊
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