【plc模拟软件】是什么，为什么用，哪里找，多少钱，怎么玩转？
它究竟“是”什么？具体能做“什么”？
简单来说，PLC模拟软件是一种运行在计算机上的应用程序，它能够模拟真实的可编程逻辑控制器（PLC）硬件的功能和行为。这意味着你可以在没有实际PLC硬件连接的情况下，编写、下载、运行和测试你的PLC程序。
具体来说，一个PLC模拟软件通常能模拟以下几个核心部分：
- PLC处理器： 执行你编写的梯形图、结构化文本、功能块图等语言的逻辑程序。它会模拟PLC的扫描周期，按照固定的顺序读取输入、执行程序、更新输出。
- 输入/输出模块 (I/O)： 模拟数字量输入（DI）、数字量输出（DO）、模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）的状态。你可以在软件界面上手动改变输入状态（比如将一个按钮信号从断开变为闭合），然后观察程序逻辑如何响应，以及输出状态是否按照预期变化。
- 内部存储器： 模拟PLC内部的数据区域，如数据块、标志位、定时器、计数器等。你可以在模拟运行时在线监控这些内部变量的值，甚至强制修改它们来测试程序的特定分支或状态。
- 通信接口： 部分高级模拟软件还能模拟与外部设备的通信，例如通过工业以太网、Modbus等协议与其他模拟软件（如HMI模拟软件、机器人模拟软件、过程模拟软件）进行数据交换。
通过模拟这些组件，PLC模拟软件让你能够在虚拟环境中完整地运行和验证PLC控制逻辑，而无需依赖昂贵的物理硬件。
为什么要“使用”PLC模拟软件？
使用PLC模拟软件带来了一系列重要的好处，这也是它成为现代自动化工程师和学习者不可或缺的工具的原因：
- 降低成本与风险： 在项目早期或学习阶段，无需购买昂贵的PLC硬件、I/O模块、传感器、执行器等设备。完全在软件环境中进行开发和测试，极大地降低了初期投入和硬件损坏的风险。
- 提高效率： 可以在办公室或任何地点进行程序开发和初步测试，不受硬件可用性、现场条件限制。测试循环更快，修改程序后可以立即下载到模拟器中运行验证，无需反复上电、接线、断电。
- 保障安全： 在真实的生产线上进行程序测试可能会导致设备误动作，造成人员伤害或设备损坏。模拟软件提供了一个完全安全的环境，可以在将程序部署到现场之前发现并修复潜在的危险逻辑错误。
- 测试复杂场景： 某些故障、异常或极端工况在实际生产环境中很难或不方便重现，但在模拟软件中可以轻松设置输入条件来模拟这些复杂场景，从而充分验证程序的鲁棒性和异常处理能力。
- 培训和学习： 为初学者提供了一个“动手实践”的平台，可以在没有硬件的情况下熟悉PLC编程环境、学习编程语言、理解PLC工作原理和调试技巧。经验丰富的工程师也可以利用它来学习新的PLC平台或测试新的控制策略。
- 验证逻辑： 在程序编写完成后，可以通过模拟软件验证控制逻辑是否符合设计要求，是否能正确响应各种输入组合和时序要求。这是发现程序Bug最关键的一步。
PLC模拟软件就像是自动化工程师的“飞行模拟器”，让你在地面充分练习和测试，确保升空（部署到现场）时万无一失。
可以从“哪里”获取PLC模拟软件？
获取PLC模拟软件的途径主要有以下几种：
- PLC硬件制造商： 这是最常见也是推荐的途径。西门子 (Siemens)、罗克韦尔自动化 (Rockwell Automation)、施耐德电气 (Schneider Electric)、三菱电机 (Mitsubishi Electric)、欧姆龙 (Omron) 等主流PLC厂商都会为其编程软件提供配套的模拟器。例如：
- 西门子：S7-PLCSIM (用于STEP 7 Classic)、S7-PLCSIM Advanced (用于TIA Portal)
- 罗克韦尔自动化：RSLogix Emulate 5000 (用于Studio 5000/Logix Designer)
- 施耐德电气：SoMachine Simulator、EcoStruxure Machine Expert Simulator
- 三菱电机：GX Simulator2、GX Simulator3 (用于GX Works系列)
- 欧姆龙：CX-Programmer内置模拟器、Sysmac Studio内置模拟器
通常这些模拟器与对应的编程软件紧密集成，提供最佳的兼容性和体验。它们通常作为编程软件许可的一部分提供，或者需要单独购买许可。
- 第三方仿真软件公司： 存在一些专业的第三方公司提供更通用或更强大的模拟仿真平台，这些平台往往能模拟更复杂的物理过程或提供3D可视化环境，并支持与多种品牌的PLC模拟器进行数据交换。例如：
- Factory I/O：非常流行的3D仿真软件，提供各种工业场景（输送带、仓库、机器人工作站等），可以与多种PLC模拟器（如PLCSIM, Emulate 3D Lite, Codesys Control Win, Modbus TCP/IP等）或真实PLC连接。
- Visual Components：功能更强大的3D制造流程仿真软件，也支持与自动化控制系统连接。
- Process Simulation Software：一些专注于模拟化工、电力等过程行业的软件。
这些第三方软件通常独立销售许可。
- 免费或试用版本：
- 许多PLC厂商提供其编程软件（通常包含模拟器）的免费试用版本，但可能有功能限制或时间限制。
- 部分老旧或简单的PLC编程软件可能提供免费的内置模拟器。
- 某些在线学习平台可能会提供基于网页的简易模拟器用于教学目的。
完全免费且功能强大的模拟软件相对较少，尤其是与主流商业PLC配套的模拟器。
购买或使用它需要花费“多少”？
PLC模拟软件的费用差异很大，取决于多种因素：
- PLC品牌和型号： 不同厂商的模拟器定价策略不同，模拟不同系列或型号的PLC可能需要不同的许可。
- 功能复杂度： 基础的PLC逻辑模拟器相对便宜，而能够模拟复杂物理过程、提供3D可视化、支持多种通信协议的高级仿真软件价格会显著升高。
- 许可类型：
- 随编程软件附赠： 部分厂商的基础模拟器可能包含在编程软件的许可中，无需额外付费。
- 单独购买许可： 更高级或独立的模拟器通常需要单独购买许可。
- 订阅制： 一些软件采用按年或按月付费的订阅模式。
- 永久许可： 一次性购买，获得软件的使用权。
- 许可范围： 单用户许可、多用户许可、浮动许可等不同类型的许可费用也不同。
大致的价格范围可以从：
- 免费试用版或极简功能版
- 几百到几千人民币的厂商配套基础模拟器许可
- 几千到几万甚至更高人民币的专业第三方3D仿真或过程模拟软件许可
对于学习者或个人爱好者，可以优先寻找厂商提供的免费学习版、试用版或功能有限的免费模拟器（如果存在）。对于企业或项目应用，则需要根据使用的PLC品牌、所需的模拟功能以及预算来选择合适的商业许可。通常，购买PLC编程软件时咨询其配套模拟器的获取方式和费用是最直接的方法。
“如何”使用PLC模拟软件？详细步骤与技巧
使用PLC模拟软件的基本流程和技巧取决于你使用的具体软件和PLC品牌，但核心思想是类似的。以下是一个通用的指南：
基本使用流程：
- 编写PLC程序： 在对应的PLC编程软件（如TIA Portal、Studio 5000、GX Works等）中完成你的控制程序编写、硬件组态和网络配置。
- 启动模拟软件： 打开对应的PLC模拟软件（如PLCSIM、Emulate 5000等）。有些模拟器可以从编程软件内部直接启动。
- 建立连接： 在编程软件和模拟软件之间建立通信连接。这通常是通过选择一个特定的“模拟器”或“仿真”驱动程序来实现的，而不是选择实际的网卡或串口。软件会自动创建一个虚拟的通信链路。
- 下载程序： 在编程软件中选择“下载”或“传输”功能，目标设备选择你刚刚建立连接的模拟器。程序会被下载到模拟器的虚拟PLC中。
- 运行模拟器： 在模拟软件界面上将虚拟PLC置于“运行”或“RUN”模式。此时，虚拟PLC开始扫描程序。
- 模拟输入： 在模拟软件的I/O界面或关联的仿真场景中，手动改变输入点的状态（例如，勾选一个DI点，输入一个AI值）。
- 观察输出和内部状态： 在编程软件的“在线”视图中观察输出点的状态是否如预期变化，以及定时器、计数器、标志位、数据块等内部变量的值。在模拟软件界面上也能看到虚拟I/O或场景的变化。
- 调试和修改： 如果程序行为不正确，可以在线监控程序执行过程，使用断点、单步运行（如果模拟器支持）等功能定位问题。在编程软件中修改程序，然后重新下载到模拟器中继续测试。
如何模拟输入/输出信号 (I/O)？
模拟I/O是最基础的操作，通常有两种方式：
- 直接在模拟器界面操作： 大多数PLC模拟软件都有一个表格或图形界面显示虚拟的输入和输出点。你可以直接点击或输入数值来强制改变这些点的值。例如，点击一个DI点旁边的复选框来模拟按钮按下，输入一个数值来模拟模拟量传感器的读数。
- 通过外部仿真软件联动： 将PLC模拟软件与如Factory I/O这样的3D仿真软件连接。在3D环境中操作虚拟的按钮、开关、传感器（输入），这些操作的状态会通过通信链路发送给PLC模拟器，改变虚拟PLC的输入状态。同时，PLC模拟器中程序计算出的输出状态（如控制电机启动、气缸伸出）也会发送回3D仿真软件，驱动3D场景中的对应执行机构运动。
如何模拟复杂的系统和工艺流程？
模拟复杂的系统和工艺流程通常需要结合第三方仿真软件，或者使用厂商提供的高级模拟器（如西门子的PLCSIM Advanced结合Process Simulate/Tecnomatix）。
在这种模式下：
- PLC模拟器执行PLC控制逻辑。
- 第三方仿真软件模拟物理世界中的设备、传感器、执行器以及它们的物理行为（如物体的运动、液体的流动、温度的变化等）。
- 两者之间通过虚拟通信（如TCP/IP、OPC UA、或者各自软件提供的接口）实时交换数据：
- 仿真软件将虚拟传感器的状态（如光电开关是否检测到物体、液位高度）发送给PLC模拟器作为输入。
- PLC模拟器根据接收到的输入执行逻辑，计算出控制命令（如启动电机、打开阀门），并将这些命令作为输出发送给仿真软件。
- 仿真软件接收到PLC的输出后，更新其内部的物理模型，驱动虚拟设备执行相应的动作，并反馈新的传感器状态，形成闭环控制。
这使得你可以测试整个控制系统，包括PLC逻辑与现场设备之间的交互，验证控制策略在动态环境中的有效性。
与实际编程软件的联动
PLC模拟软件的设计初衷就是与对应的编程软件无缝配合。这种联动是其核心功能：
- 在线监控： 程序下载到模拟器后，你可以在编程软件中保持“在线”状态，实时查看程序执行到哪一步、变量的值、逻辑路径等，就像连接到真实的PLC一样。
- 在线修改： 部分模拟器和编程软件组合支持在线修改程序并立即测试，无需停下模拟过程。
- 强制变量： 可以在编程软件中强制（Force）输入、输出或内部变量的状态，这在调试特定代码段时非常有用。
利用模拟软件进行程序“怎么”调试？
模拟软件是强大的调试工具：
- 逐步测试： 从简单的功能模块开始测试，逐步增加复杂度。先测试独立的子程序，再测试整个流程。
- 边界条件测试： 模拟最大值、最小值、零值等边界情况，以及输入信号的快速切换或异常组合，检查程序是否能正确处理。
- 故障模拟： 在模拟器中强制某些输入或内部状态进入故障模式（例如，模拟传感器线断开、电机过载信号激活），测试程序的故障处理逻辑。
- 性能评估（有限）： 虽然模拟器不能精确模拟真实PLC的扫描周期和性能，但可以大致观察程序逻辑执行的快慢和资源占用情况。
- 可视化调试： 如果结合3D仿真软件，可以直观地看到PLC逻辑控制下的设备运行情况，快速定位逻辑错误导致的行为异常。
总而言之，熟练掌握PLC模拟软件的使用，能显著提升PLC程序的开发效率、质量和安全性，是成为一名优秀自动化工程师的必经之路。
“如何”选择合适的PLC模拟软件？
选择合适的PLC模拟软件需要考虑以下几个关键因素：
- 兼容性： 这是最重要的因素。你使用的PLC品牌和型号是什么？确保选择的模拟软件能够完美兼容你的PLC编程软件和目标PLC系列。通常，选择PLC厂商提供的配套模拟器是兼容性最好的方案。
- 所需功能： 你需要模拟哪些功能？只需要基本的逻辑和I/O？还是需要模拟模拟量、高速计数器、复杂的通信协议？是否需要模拟物理过程或提供3D可视化？根据需求选择功能层次不同的软件。
- 学习或项目目的： 如果是用于学习入门，一个厂商提供的基础模拟器可能就足够了。如果是用于复杂的项目开发和系统集成测试，可能需要功能更强大的第三方仿真软件。
- 预算： 免费、试用、基础版、高级版、第三方专业版，价格差异巨大。明确你的预算范围。
- 易用性： 软件界面是否友好？是否有详细的使用文档和教程？特别是对于初学者，选择一个易于上手、学习资源丰富的软件会事半功伤。
- 社区支持： 是否有活跃的用户社区或论坛可以交流学习和解决问题？
最佳实践是，首先确认你主要使用的PLC品牌，然后查找该品牌提供的官方模拟器。如果需要更高级的仿真功能，再考虑兼容你所用PLC品牌的第三方仿真软件，并充分利用它们的试用版进行评估。
总结
PLC模拟软件是现代自动化领域不可或缺的强大工具。它允许工程师和学习者在安全、高效、经济的虚拟环境中进行PLC程序的开发、测试和调试。从理解其基本功能，到掌握其使用流程和高级模拟技巧，再到根据自身需求进行选择，熟练运用模拟软件是提高自动化工作效率和程序质量的关键。它不仅节约了成本，降低了风险，更是提升个人技能和解决复杂控制问题的利器。