簡介面向零基礎(chǔ)電工電子學(xué)習(xí)者的西門子S7-1200 PLC仿真入門包圍繞電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制基于博途V15.1建立PLC與HMI聯(lián)動(dòng)仿真無需實(shí)物即可模擬開關(guān)控制接觸器、接觸器控制電機(jī)的真實(shí)工況。壓縮包共82個(gè)文件、約6.7MB主要是博途工程文件、項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫與索引、HMI畫面圖片和動(dòng)畫素材使用V15.1及以上版本可直接打開運(yùn)行。目前已有1239人學(xué)習(xí)下載。其最大特點(diǎn)是用HMI仿真替代枯燥的監(jiān)控表讀者可操作畫面上的按鈕觀察電機(jī)與指示燈動(dòng)畫和程序?qū)崟r(shí)狀態(tài)理解PLC輸入輸出與繼電器、接觸器硬接線的對(duì)應(yīng)關(guān)系同時(shí)項(xiàng)目內(nèi)PLC程序保留了與硬件電路一致的梯形圖便于零基礎(chǔ)者從電工電路過渡到PLC編程無需C語言基礎(chǔ)即可上手也為后續(xù)自鎖、互控等復(fù)雜控制打下基礎(chǔ)HMI畫面還可在工程內(nèi)直接編輯。1. 為什么第一課選“點(diǎn)動(dòng)控制”很多剛接觸PLC的朋友一上來就糾結(jié)該買什么型號(hào)的PLC、要不要先學(xué)繼電器控制、是不是得先會(huì)看電氣原理圖。我的建議很直接如果你只是零基礎(chǔ)入門先把S7-1200的仿真環(huán)境跑起來把“點(diǎn)動(dòng)控制”這個(gè)最簡單的程序?qū)懲憔鸵呀?jīng)邁過PLC學(xué)習(xí)最痛苦的那道坎了。什么是點(diǎn)動(dòng)控制就是按下按鈕電機(jī)轉(zhuǎn)松開按鈕電機(jī)停。咱們家里常見的電動(dòng)卷簾門、行吊的點(diǎn)動(dòng)操作、設(shè)備調(diào)試時(shí)的點(diǎn)動(dòng)對(duì)位全是這個(gè)邏輯。它沒有自鎖沒有互鎖沒有延時(shí)連中間繼電器都用不上但它是后續(xù)一切復(fù)雜控制的基礎(chǔ)。這一課適合誰完全沒碰過PLC的小白、在培訓(xùn)機(jī)構(gòu)門外猶豫的轉(zhuǎn)行者、以及已經(jīng)有實(shí)物但想先拿仿真練手的在校學(xué)生。整個(gè)學(xué)習(xí)過程不需要一塊真實(shí)硬件只要一臺(tái)Windows電腦就夠了。2. 仿真環(huán)境搭建與軟件選型2.1 為什么選S7-1200和TIA Portal做仿真西門子S7-1200絕對(duì)是最合適的選擇原因有三個(gè)。第一S7-1200是西門子目前最主流的緊湊型PLC工廠實(shí)際項(xiàng)目里用得非常廣學(xué)了它你出去找工作、接私活都不會(huì)白學(xué)。第二它對(duì)應(yīng)的編程軟件TIA Portal博途自帶S7-PLCSIM仿真器可以完全模擬CPU的運(yùn)行狀態(tài)不需要接真實(shí)PLC就能調(diào)試程序。第三S7-1200支持梯形圖、SCL、函數(shù)塊等多種編程方式從入門到進(jìn)階一套軟件全搞定。有一點(diǎn)要提前說明TIA Portal的完整功能是商業(yè)軟件但西門子官方提供21天免費(fèi)試用版學(xué)習(xí)完全夠用。我不推薦你用任何破解版——一方面有版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)另一方面破解版經(jīng)常會(huì)出各種莫名其妙的編譯錯(cuò)誤排查起來極其浪費(fèi)時(shí)間。2.2 安裝時(shí)容易踩的坑TIA Portal是個(gè)“體積大戶”V16版本完整安裝大概要40GB以上空間V17、V18就更大了。安裝之前建議先做三件事確認(rèn)Windows系統(tǒng)是64位專業(yè)版或企業(yè)版家庭版經(jīng)常有兼容性問題。關(guān)閉所有殺毒軟件和防火墻安裝過程中360、火絨之類的東西會(huì)把授權(quán)文件當(dāng)病毒處理。檢查磁盤剩余空間至少預(yù)留60GB——你后面還要裝S7-PLCSIM和各種庫文件。安裝順序有講究先裝STEP 7 Professional編程組態(tài)軟件再裝S7-PLCSIM仿真器。如果你下的合集安裝包會(huì)自動(dòng)處理但手動(dòng)裝的話一定別反過來。裝完之后桌面會(huì)出現(xiàn)TIA Portal的圖標(biāo)打開后的界面默認(rèn)是英文。想切換成中文的話在項(xiàng)目視圖右上角選擇Options→Settings→Language把界面語言改成中文重啟軟件即可。這一步很多人不知道英文界面看著容易勸退新手。3. 實(shí)戰(zhàn)操作十分鐘跑通第一個(gè)點(diǎn)動(dòng)程序3.1 新建項(xiàng)目和組態(tài)CPU打開TIA Portal后首先創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目項(xiàng)目名稱可以叫“Motor_Jog_Control”這是咱們今天的主角項(xiàng)目。創(chuàng)建完成后左側(cè)項(xiàng)目樹里找到“添加新設(shè)備”選擇“控制器”然后選S7-1200分類下的CPU型號(hào)。我這里用的是CPU 1214C DC/DC/DC6ES7 214-1AG40-0XB0也就是訂貨號(hào)帶-1AG40的V4.0固件版本。不同版本的CPU訂貨號(hào)不一樣但選CPU 1214C這個(gè)級(jí)別就行了。選好CPU后點(diǎn)“確定”會(huì)彈出一個(gè)“設(shè)備視圖”這就是咱們虛擬PLC的硬件配置界面。右側(cè)的屬性窗口里能看到很多參數(shù)新手暫時(shí)不用管太多只需要確認(rèn)一點(diǎn)CPU的IP地址默認(rèn)是192.168.0.1仿真環(huán)境里這個(gè)IP會(huì)不會(huì)沖突無所謂反正沒有真實(shí)網(wǎng)卡參與通信。這一步最關(guān)鍵的其實(shí)是理解“設(shè)備組態(tài)”這個(gè)概念。在真實(shí)項(xiàng)目中你買的什么型號(hào)的PLC、掛了多少擴(kuò)展模塊、每個(gè)模塊插在哪個(gè)槽位上都必須在這里跟實(shí)際硬件完全一致否則程序下載到PLC里根本跑不起來。仿真環(huán)境里你隨便選一個(gè)型號(hào)就行但等以后接真實(shí)設(shè)備了組態(tài)這一步千萬不能隨意。3.2 用梯形圖寫點(diǎn)動(dòng)程序組態(tài)完成后點(diǎn)左側(cè)項(xiàng)目樹的“程序塊”雙擊“添加新塊”選擇“組織塊”類型選OB1。OB1就是主程序塊CPU每掃描一個(gè)周期都會(huì)先執(zhí)行OB1這是PLC程序的入口。Open OB1之后編輯區(qū)出現(xiàn)一塊白色畫布這就是梯形圖編輯器。咱們要寫的東西很簡單只需要一行邏輯I0.0常開觸點(diǎn)—— Q0.0線圈具體操作是從右側(cè)的指令樹里拖一個(gè)“常開觸點(diǎn)”到第一行最左邊然后在觸點(diǎn)上方的問號(hào)處輸入地址I0.0再拖一個(gè)“線圈”放到觸點(diǎn)右邊地址填Q0.0。點(diǎn)一下編譯按鈕沒有報(bào)錯(cuò)的話程序就寫完了。就這對(duì)就這。點(diǎn)動(dòng)控制在梯形圖層面真的只有這么點(diǎn)內(nèi)容。但理解這行的含義比寫出來更重要I0.0是PLC的數(shù)字量輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)外部接的那個(gè)啟動(dòng)按鈕Q0.0是數(shù)字量輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)外部接的接觸器線圈。當(dāng)按鈕按下時(shí)PLC檢測到I0.0有信號(hào)于是驅(qū)動(dòng)Q0.0輸出接觸器吸合電機(jī)得電轉(zhuǎn)動(dòng)松開按鈕I0.0信號(hào)消失Q0.0斷電電機(jī)停下。3.3 用仿真器跑起來程序?qū)懲旰簏c(diǎn)擊工具欄的“啟動(dòng)仿真”按鈕——一個(gè)綠色三角形帶個(gè)小PLC圖標(biāo)的那個(gè)。第一次點(diǎn)會(huì)提示你選擇仿真PLC的型號(hào)和版本直接確認(rèn)就行軟件會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)虛擬的S7-1200。接下來是很多人卡住的地方需要把程序下載到虛擬PLC里。點(diǎn)“下載到設(shè)備”目標(biāo)設(shè)備選“PN/IE”直接開始搜索找到那個(gè)虛擬PLC后選中并下載。如果下載過程中提示“設(shè)備不兼容”或“版本不一致”大概率是你選的CPU固件版本和仿真器版本對(duì)不上回設(shè)備組態(tài)里改一下CPU版本即可。下載完成后切換到“在線模式”——就是工具欄上一個(gè)眼鏡加箭頭的圖標(biāo)。此時(shí)你會(huì)看到梯形圖上有兩條綠色的“帶電”線說明CPU正在運(yùn)行程序。然后關(guān)鍵操作來了左側(cè)項(xiàng)目樹里找到“強(qiáng)制表”新建一張表把I0.0添加進(jìn)去。在“強(qiáng)制值”那列給I0.0寫1然后點(diǎn)“激活強(qiáng)制值”。這時(shí)候你看OB1里的梯形圖I0.0的觸點(diǎn)是綠色亮起的Q0.0的線圈也是綠色亮起的——這就是“電機(jī)在轉(zhuǎn)”的虛擬表現(xiàn)。把強(qiáng)制值改成0再激活觸點(diǎn)變暗線圈斷電——“電機(jī)停了”。整套操作熟練的話不到三分鐘。但強(qiáng)烈建議你別貪快多試幾次強(qiáng)制、取消強(qiáng)制的操作感受一下程序狀態(tài)的變化。這種“信號(hào)通斷—程序響應(yīng)—輸出變化”的閉環(huán)感應(yīng)是PLC調(diào)試的基本功必須通過反復(fù)操作才能形成直覺。4. 點(diǎn)動(dòng)控制背后的硬件邏輯4.1 仿真和真實(shí)硬件的對(duì)應(yīng)關(guān)系我知道肯定有同學(xué)在想“我全程用仿真學(xué)完了能直接上手工廠設(shè)備嗎”能但前提是你得清楚仿真里每個(gè)操作對(duì)應(yīng)真實(shí)世界的哪個(gè)環(huán)節(jié)。嚴(yán)格來說S7-PLCSIM仿真的是CPU內(nèi)部的程序執(zhí)行過程——輸入映像區(qū)的狀態(tài)變化、用戶程序的掃描執(zhí)行、輸出映像區(qū)的刷新這些跟真實(shí)PLC是完全一致的。但仿真器不模擬外部接線和真實(shí)負(fù)載所以“I0.0有信號(hào)”在仿真里是靠強(qiáng)制表手動(dòng)給的在真實(shí)設(shè)備里是按鈕通過導(dǎo)線把24V電壓送到輸入端口的。真實(shí)的點(diǎn)動(dòng)控制線路是這樣的PLC的L端子接DC 24V電源正極M端子接負(fù)極。啟動(dòng)按鈕一端接24V正極另一端接到PLC的I0.0輸入端子。從程序角度看I0.0內(nèi)部是一個(gè)光耦隔離的數(shù)字量輸入通道當(dāng)按鈕按下、24V電壓施加到輸入通道時(shí)光耦導(dǎo)通CPU識(shí)別到高電平輸入映像區(qū)的I0.0就變成1。輸出側(cè)Q0.0是晶體管輸出當(dāng)程序驅(qū)動(dòng)Q0.0為1時(shí)Q0.0端子與M端子之間的內(nèi)部晶體管導(dǎo)通外部的DC 24V回路接通接觸器線圈得電吸合主觸點(diǎn)閉合電機(jī)接入三相電源啟動(dòng)。松開按鈕后整個(gè)鏈路逆向斷開電機(jī)失電停止。4.2 為什么點(diǎn)動(dòng)控制不需要“保持”剛接觸PLC的人經(jīng)常把點(diǎn)動(dòng)和自鎖搞混。點(diǎn)動(dòng)的核心動(dòng)作就是“按則動(dòng)、松則?！背绦蚶餂]有保持回路。而自鎖控制要在Q0.0兩端并聯(lián)一個(gè)Q0.0的常開觸點(diǎn)作為“自保觸點(diǎn)”實(shí)現(xiàn)“按一下啟動(dòng)再按停止才停”的鎖存效果。點(diǎn)動(dòng)控制里為什么不加自鎖因?yàn)樗膽?yīng)用場景是“短時(shí)、對(duì)位、微動(dòng)”操作。比如天車吊裝時(shí)調(diào)整吊鉤位置你必須手一直按著按鈕一旦松手就立刻停止這樣安全性最高。如果加自鎖按一下就停不下來了反而危險(xiǎn)。這一點(diǎn)在仿真里體會(huì)不到“安全性”但你可以在腦子里建立一個(gè)概念程序邏輯不是越復(fù)雜越好而是越符合工藝安全要求越好。這種工程思維是PLC學(xué)習(xí)中最值錢的東西。5. 常見問題與排查技巧實(shí)錄5.1 啟動(dòng)仿真時(shí)提示“無法啟動(dòng)仿真”這個(gè)問題我會(huì)遇到新手幾乎必踩。原因基本是兩個(gè)一是S7-PLCSIM和TIA Portal版本不匹配二是安裝時(shí)S7-PLCSIM的授權(quán)沒激活。解決辦法先核對(duì)TIA Portal和S7-PLCSIM的版本號(hào)V16的博途對(duì)應(yīng)V16的仿真器不能混用。如果版本沒問題打開S7-PLCSIM在Automation License Manager里重新激活授權(quán)然后以“管理員身份”重新運(yùn)行TIA Portal。實(shí)測下來90%的啟動(dòng)失敗都是授權(quán)或權(quán)限問題。5.2 程序編譯通過但下載失敗下載報(bào)錯(cuò)最常見的是“無法建立與設(shè)備的連接”。原因是仿真環(huán)境里的PLC通信接口沒起來或者地址不對(duì)。做法是在設(shè)備組態(tài)視圖里把CPU的PROFINET接口地址手動(dòng)設(shè)置成192.168.0.1子網(wǎng)掩碼255.255.255.0然后重新下載。如果還不行把仿真PLC停掉點(diǎn)擊仿真器里的停止按鈕等幾秒再啟動(dòng)讓通信接口重新初始化。5.3 強(qiáng)制表強(qiáng)制I0.0沒反應(yīng)強(qiáng)制值寫1后梯形圖沒變化先檢查CPU是否處于“運(yùn)行”狀態(tài)。仿真器里RUN燈是綠色常亮才是運(yùn)行黃色是停止停止?fàn)顟B(tài)下程序不執(zhí)行自然沒反應(yīng)。另外檢查你是否點(diǎn)了“激活強(qiáng)制值”按鈕圖標(biāo)是一個(gè)手電筒加對(duì)勾很多人寫值但沒點(diǎn)激活數(shù)據(jù)根本沒生效。5.4 快速排查速查表現(xiàn)象可能原因解決辦法啟動(dòng)仿真報(bào)錯(cuò)PLCSIM未激活授權(quán)License Manager重新激活授權(quán)下載時(shí)找不到設(shè)備CPU版本不匹配設(shè)備組態(tài)里調(diào)整固件版本在線后梯形圖不刷新沒有切換到在線模式點(diǎn)擊“在線”圖標(biāo)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)強(qiáng)制值沒效果激活開關(guān)未打開強(qiáng)制表里點(diǎn)擊激活強(qiáng)制值按鈕仿真速度反常電腦性能不足關(guān)閉其他占用大量內(nèi)存的程序6. 我的實(shí)操心得與下一步方向第一次帶學(xué)生做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候很多人在“啟動(dòng)仿真”之前都會(huì)反復(fù)確認(rèn)“就這么點(diǎn)程序真的能讓電機(jī)轉(zhuǎn)”確實(shí)點(diǎn)動(dòng)控制在正規(guī)電工培訓(xùn)里用繼電器也能搭出來邏輯一樣。但PLC仿真的價(jià)值在于它讓你在完全無風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境里把“輸入信號(hào)—程序執(zhí)行—輸出控制”這個(gè)閉環(huán)建立起來。這個(gè)閉環(huán)認(rèn)知一旦建立后面學(xué)自鎖控制、正反轉(zhuǎn)控制、星三角降壓啟動(dòng)甚至模擬量處理和通訊都是在它上面蓋樓。我后來實(shí)測的一個(gè)小技巧是在TIA Portal里把“程序塊監(jiān)控”界面的顯示縮放調(diào)大一點(diǎn)然后開兩到三個(gè)窗口同時(shí)觀察I0.0狀態(tài)和Q0.0狀態(tài)強(qiáng)制值變化時(shí)整個(gè)數(shù)據(jù)流的變化過程一目了然。這比死盯著一個(gè)屏幕看有效得多。這個(gè)系列的第二篇可以講點(diǎn)動(dòng)的進(jìn)階版——帶自鎖和停止按鈕的電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行控制。原理同樣簡單但會(huì)多出一個(gè)“自保持回路”的概念這也是PLC邏輯控制里最重要的知識(shí)點(diǎn)之一。建議你把今天的仿真項(xiàng)目保存好下一課直接在這個(gè)項(xiàng)目上改。留個(gè)作業(yè)在你現(xiàn)有程序的基礎(chǔ)上加一個(gè)I0.1作為停止按鈕想一想用什么邏輯可以讓電機(jī)“按I0.0啟動(dòng)、按I0.1停止”但整體仍然不是自鎖邏輯——?jiǎng)邮衷囘^之后你就知道互鎖和自鎖的區(qū)別到底在哪了。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取