什么是PLC软件？不仅仅是编程工具
PLC软件，全称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）软件，是用于创建、编辑、下载、测试、监控和维护PLC程序的专用计算机应用程序。它不只是一个简单的文本编辑器，而是一个集成了多种功能的复杂开发环境。你可以把它想象成PLC的大脑和神经系统的设计蓝图工具。
核心功能与组成部分
一个典型的PLC软件套件通常包含以下几个关键组成部分和核心功能：
- 编程编辑器： 这是工程师编写控制逻辑的地方。它支持一种或多种符合IEC 61131-3国际标准的编程语言，例如：
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常见的编程语言
- 梯形图 (Ladder Diagram – LD): 模拟继电器逻辑，直观易懂，适合电气背景的工程师。
- 结构化文本 (Structured Text – ST): 类似于高级编程语言（如Pascal或C），适合编写复杂的算法和数学运算。
- 功能块图 (Function Block Diagram – FBD): 使用图形化的功能块表示控制逻辑，适合流程控制和复杂功能。
- 指令表 (Instruction List – IL): 类似于汇编语言，更底层，现代软件中较少使用。
- 顺序功能流程图 (Sequential Function Chart – SFC): 用于组织程序的执行步骤和状态，适合处理顺序控制。
- 编译器/构建工具： 将工程师编写的高级程序代码转换成PLC硬件能够理解和执行的机器码。这个过程会检查程序中的语法错误和逻辑结构问题。
- 硬件配置工具： 用于在软件中模拟和配置实际的PLC硬件模块，包括CPU、输入/输出模块、通信模块等，指定模块在机架上的位置、分配地址等。
- 通信设置工具： 配置计算机与PLC之间的通信连接方式（如以太网、串口、USB等）和参数，以便进行程序下载、上传和在线监控。
- 下载/上传工具： 将编写好的程序从计算机传输到PLC的内存中执行，或将PLC中的现有程序读取到计算机进行查看和修改。
- 在线监控与调试工具： 这是PLC软件非常强大的功能。它允许工程师在程序运行时实时查看变量的值、输入/输出的状态、程序的执行流程，并可以在线修改某些参数或程序段（在安全允许的情况下），以便进行调试和故障排除。
- 仿真工具： 一些高级PLC软件提供离线仿真功能，允许工程师在没有实际硬件的情况下运行和测试程序，检查逻辑是否正确，大大节省了现场调试时间。
- 诊断工具： 提供PLC硬件和软件运行状态的诊断信息，帮助工程师快速定位故障原因，例如模块错误、通信中断、程序错误等。
为什么自动化控制需要PLC软件？优势在哪里？
在现代工业自动化中，PLC软件是不可或缺的。早期的自动化控制主要依靠大量的继电器、定时器和计数器组成的硬接线逻辑来实现。这种方式对于简单的控制任务尚可，但对于复杂或需要频繁修改的控制系统来说，存在诸多弊端。PLC软件的出现彻底改变了这一局面。
相比硬接线，PLC软件的决定性优势
使用PLC软件进行程序控制，相比传统的硬接线控制方式，具有以下显著优势：
- 灵活性高，修改便捷： 硬接线系统修改控制逻辑意味着需要重新布线，耗时耗力。而基于PLC软件的控制系统，修改逻辑只需要在软件中修改程序并重新下载即可，速度快且成本低。
- 处理复杂逻辑的能力强： 软件可以轻松实现复杂的数学运算、数据处理、通信协议、高级算法等，这是纯粹的继电器逻辑难以望其项背的。
- 强大的诊断功能： PLC软件提供了丰富的在线诊断工具，可以实时监控系统运行状态、变量值、错误代码等，帮助快速定位硬件或程序问题，缩短故障停机时间。
- 易于标准化和复制： 编写好的程序可以轻松复制到多台相同的PLC上，实现控制逻辑的标准化和快速部署。
- 节省硬件和空间： 一个PLC单元加上软件程序可以替代一个庞大的继电器控制柜，大大节省了硬件成本、安装空间和维护工作。
- 集成性好： PLC软件往往与其他自动化软件（如HMI组态软件、SCADA系统、运动控制软件等）集成度高，方便构建完整的自动化解决方案。
简单来说，PLC软件将固化的、物理连接的控制逻辑“软化”了，使其变得灵活、智能、易于管理和维护。
如何以及在哪里可以获取PLC软件？
获取PLC软件的渠道通常取决于你使用的PLC品牌和型号。由于PLC软件具有很强的品牌绑定性（例如，西门子的PLC通常需要西门子的软件来编程），因此最主要的获取途径是直接从PLC制造商那里。
主要获取渠道
- 制造商官方网站： 大多数主流的PLC制造商（如西门子、罗克韦尔自动化、欧姆龙、三菱电机、施耐德电气等）都会在其官方网站上提供其PLC软件的下载。这通常包括最新版本、更新、补丁以及试用版或免费的精简版。
- 授权分销商或代理商： 通过制造商的授权分销商或代理商购买PLC硬件时，也可以同时购买相应的软件许可证。他们可以提供专业的咨询和技术支持。
- 教育机构： 一些制造商会向合作的教育机构提供教学或实验室使用的软件版本，有时价格更优惠或功能有所限制。
- 硬件捆绑： 在购买某些入门级或紧凑型PLC时，制造商可能会将精简版的软件许可证捆绑在硬件中一起销售。
需要注意的是，PLC软件通常采用许可证制度。购买的不是软件本身，而是使用软件的权利。许可证类型多样，包括：
- 单机许可证 (Node-locked/Single User): 许可证绑定到一台特定的计算机上。
- 浮动许可证 (Floating/Network License): 许可证可以由局域网内的多台计算机共享使用，但同时使用的数量受许可证数量限制。
- 订阅许可证 (Subscription License): 在一定时间内有效（如一年），到期需要续订。
- 硬件加密锁 (Dongle): 许可证信息存储在一个USB或其他接口的加密锁中，软件运行时需要插入该加密锁。
PLC软件的成本如何？有免费选项吗？
PLC软件的成本差异巨大，从免费到数万元人民币不等，主要取决于软件的功能复杂程度、支持的PLC系列以及许可证类型。
影响PLC软件价格的因素
- 品牌和软件系列： 不同品牌的软件定价策略不同。同一品牌内部，用于编程不同系列PLC（例如，用于小型PLC的软件通常比用于大型、复杂系统的软件便宜）或具有不同功能级别（如基础版、标准版、专业版）的软件，价格差异很大。
- 功能丰富度： 包含更多高级功能（如仿真、运动控制集成、安全功能编程、更强的诊断工具、数据库连接等）的软件版本价格更高。
- 许可证类型和数量： 浮动许可证通常比单机许可证贵，但更适合团队使用。购买多个许可证会有不同的定价。
- 升级和支持服务： 软件的后续升级服务、技术支持协议等也会计入总成本。
关于免费选项：
- 试用版： 大多数主流制造商提供其软件的免费试用版，通常功能完整，但在使用时间或次数上有严格限制（如30天）。这对于评估软件功能非常有用。
- 精简版/入门版： 某些制造商为特定的小型或入门级PLC提供免费的精简版软件。这些版本功能可能有限（如不支持高级语言、仿真功能缺失等），但足以满足基础的编程需求。例如，西门子的STEP 7 Basic（针对S7-1200/1500的基础功能）通常比STEP 7 Professional便宜很多，有时甚至有免费的入口版本。罗克韦尔也有针对其MicroLogix或PanelView Component等产品的免费/低成本软件。
- 第三方/开源项目： 极少数情况下存在一些开源或第三方开发的、支持特定旧型号或小型PLC的软件，但这并不普遍，且支持和兼容性可能不如官方软件。
总的来说，对于学习和简单的项目，找到免费或低成本的PLC软件是可能的。但对于商业应用和复杂的自动化系统，通常需要投资购买正版的、功能齐全的PLC软件许可证。
PLC软件的主要操作流程：从编写到监控
使用PLC软件进行自动化项目开发有一套标准的工作流程。理解这个流程对于高效使用软件至关重要。
典型工作流程步骤
- 创建新项目： 在软件中创建一个新的项目文件，作为整个自动化解决方案的容器。
- 配置硬件： 在软件中模拟实际的PLC硬件组态。选择CPU型号、添加输入/输出模块、通信模块、运动控制模块等，并指定它们在机架上的物理位置或逻辑地址。
- 编写程序： 使用软件提供的编程编辑器和支持的编程语言编写控制逻辑。这包括定义输入、输出、中间变量、定时器、计数器，以及编写逻辑控制语句、算术运算、数据处理等。
- 编译/构建项目： 将编写好的程序和硬件配置进行编译。编译器会检查程序中的错误（语法错误、逻辑错误等），并将程序转换成PLC可执行的机器码。
- 设置通信连接： 配置计算机与目标PLC之间的通信参数，确保两者能够建立连接。这通常涉及选择通信接口（如以太网卡、串口）、设置IP地址或通信站地址等。
- 下载程序： 将编译成功的程序和硬件配置通过建立好的通信连接下载到PLC的CPU内存中。下载前通常需要将PLC置于停止模式。
- 在线监控： 将PLC置于运行模式，并使用软件的在线监控功能实时观察程序的运行状态。可以查看输入信号是否到位、输出信号是否发出、内部变量的值、定时器和计数器的当前值、程序执行到的位置等。
- 调试和修改： 根据在线监控的结果，找出程序中的逻辑错误或问题。软件允许在某些情况下进行在线修改（如修改定时器预设值、强制I/O点等）或离线修改后重新下载。
- 备份和文档： 项目完成后，保存和备份软件项目文件。同时，利用软件的文档生成功能，生成程序清单、变量交叉引用表、硬件配置报告等文档，方便日后维护。
在线监控与故障排除
在线监控是PLC软件最实用的功能之一。通过“看”到程序在PLC中“活着”的样子，工程师可以：
- 验证输入信号是否正确读取。
- 检查输出信号是否按预期激活。
- 追踪程序执行路径，看逻辑是否按设计执行。
- 观察变量的值，判断计算或数据处理是否正确。
- 使用强制功能（需谨慎！）临时改变某个输入或输出的状态，以测试程序对特定条件的反应。
- 利用软件的交叉引用功能，查找某个变量或地址在程序中所有被使用的地方，帮助理解程序结构和定位问题。
故障排除时，通常结合PLC的诊断指示灯、软件的诊断缓冲区信息、在线监控功能以及交叉引用工具来定位问题是硬件故障、接线错误还是程序逻辑错误。
市面上有哪些主流的PLC软件品牌与系列？
PLC软件通常与特定的硬件品牌紧密关联。全球主要的自动化公司都有自己的PLC硬件产品线和配套的软件开发环境。了解这些主流品牌和软件系列对于选择和学习PLC技术非常重要。
主要品牌及其代表性软件系列
- 西门子 (Siemens): 工业自动化领域的巨头。其主流软件平台是TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal)。TIA Portal是一个集成的开发环境，用于编程西门子S7-1200、S7-1500、S7-300、S7-400系列PLC，以及HMI、驱动、安全等。对于较老的S7-300/400系列，传统的编程软件是STEP 7 Classic。
- 罗克韦尔自动化 (Rockwell Automation / Allen-Bradley): 北美市场的主要参与者。其主要软件平台是Studio 5000 Automation Engineering & Design Environment，用于编程ControlLogix、CompactLogix等Logix系列的PLC。对于较旧的SLC 500和MicroLogix系列PLC，使用RSLogix 5000和RSLogix 500。
- 欧姆龙 (Omron): 在亚洲和部分欧洲市场有很强的存在。其集成的自动化软件平台是Sysmac Studio，用于编程NX/NY系列控制器以及配套的HMI、运动控制等。对于较旧的CJ/CP系列PLC，常用的软件是CX-One软件包，其中包含用于PLC编程的CX-Programmer。
- 三菱电机 (Mitsubishi Electric): 亚洲自动化市场的重要力量。其主要的编程软件是MELSOFT GX Works系列。GX Works2用于FX、Q系列等，而GX Works3主要用于iQ-R、iQ-F等最新系列。它们是MELSOFT集成开发环境的一部分。
- 施耐德电气 (Schneider Electric): 产品线丰富。其软件平台包括用于Modicon M580/M340等高端PLC的EcoStruxure Control Expert（原Unity Pro），以及用于Modicon M2xx系列等中小型PLC的Machine Expert（原SoMachine）。
- 其他品牌： 还有如Beckhoff (TwinCAT)、B&R (Automation Studio)、Panasonic、IDEC、Keyence等众多品牌的PLC及其配套软件。
需要理解的是，不同品牌的软件在界面布局、操作习惯、甚至编程语言的具体实现上都有差异。学习一个品牌的软件并不能完全替代学习另一个品牌的软件，但掌握了基本的PLC编程概念后，可以更快地适应新的软件环境。
如何系统地学习和掌握PLC软件操作？
掌握PLC软件是进入自动化领域或提升自动化技能的关键一步。这是一个实践性很强的技能，需要系统的学习和大量的练习。
有效的学习途径和资源
- 制造商提供的官方培训： 这是最直接、最权威的学习方式。主要PLC制造商通常提供从入门到高级的软件操作和应用培训课程。虽然费用较高，但内容系统、讲师专业，且通常结合实际硬件进行练习。
- 在线教育平台： Coursera, Udemy, edX等平台上有许多关于PLC编程和特定品牌软件的课程。YouTube上也有大量的免费教程和演示视频。这些资源灵活方便，成本相对较低。
- 官方文档和手册： PLC软件本身通常附带非常详细的帮助文档、编程手册和硬件手册。花时间仔细阅读这些官方资料，是理解软件功能和使用方法的基石。
- 实践操作： 如果条件允许，获取一套入门级的PLC硬件或使用软件提供的仿真功能进行实践。动手创建项目、配置硬件、编写程序、下载到PLC、进行在线监控和调试，这个过程是掌握软件操作最有效的方式。没有实际操作，理论知识很难转化为实际技能。
- 参加社区和论坛： 活跃的自动化工程师社区和在线论坛（如品牌的官方论坛、工业自动化技术论坛）是提问、交流经验、学习技巧的好地方。
- 学习自动化基础知识： 软件只是工具，真正重要的是你用它来做什么。学习自动控制原理、电气基础、传感器和执行器知识、工业通信网络等相关的自动化基础知识，能帮助你更好地理解控制需求，并利用软件实现复杂的自动化功能。
建议从一个主流品牌（如西门子或罗克韦尔）的入门级PLC及其配套软件开始学习。先掌握一种主要的编程语言（如梯形图或结构化文本），理解PLC的工作原理和基本的软件操作流程，再逐步深入学习更高级的功能和其他编程语言。持续的实践和解决实际问题是掌握PLC软件操作的不二法门。