以下是针对西门子PLC编程的系统化入门教程和典型案例分析，涵盖硬件、软件和实际应用场景：

一、西门子PLC编程入门教程

1. 硬件基础

• 常用系列：
  • S7-200 SMART：小型项目入门首选
  • S7-1200：中型自动化主流型号
  • S7-1500：大型高性能PLC
• 核心模块：
  • CPU：处理程序的核心（如CPU 1214C）
  • I/O模块：数字量输入/输出（DI/DO）、模拟量输入/输出（AI/AO）
  • 通信模块：PROFINET、以太网通信

2. 软件环境（TIA Portal）

• 软件安装：
  • 下载TIA Portal V17（官方试用版可用）
  • 安装时勾选PLC编程和仿真模块（PLCSIM）
• 工程创建流程：

  graph TD
  A[新建项目] --> B[设备组态]
  B --> C[添加CPU和I/O模块]
  C --> D[编写程序]
  D --> E[下载到PLC/仿真]

3. 编程语言（IEC 61131-3标准）

1. LAD（梯形图）：电气逻辑直观

   // 电机启停控制
   |   I0.0   |   Q0.0   |   I0.1   |
   |--| |------|( )-------|/|--------|
   |   Q0.0   |           |
   |--| |------|

2. SCL（结构化文本）：复杂算法首选

   IF "Start_Button" THEN
    Motor := 1;
   ELSIF "Stop_Button" THEN
    Motor := 0;
   END_IF;

4. 必备核心概念

• 寻址方式：
  • 输入：I0.0 (数字量)，IW64 (模拟量)
  • 输出：Q0.1，QW100
  • 中间变量：M0.0，DB1.DBX0.0
• 数据块（DB）：结构化数据存储
• 组织块（OB）：程序入口（如OB1主循环）

5. 仿真调试（关键步骤）

1. 点击工具栏"启动仿真"图标
2. 创建PLC实例并下载程序
3. 强制I/O值测试逻辑

二、经典案例分析

案例1：电机正反转控制

• 需求：
  • 正转/反转按钮互锁
  • 急停立即切断电源
• 硬件接线：

  SB1(正转) → I0.0
  SB2(反转) → I0.1
  KM1(正转接触器) ← Q0.0
  KM2(反转接触器) ← Q0.1

• 梯形图逻辑：

  |   I0.0   |   Q0.1   |   Q0.0   | 
  |--| |------|/|--------|( )-------|  // 正转启动
  |   Q0.0   |           |          |
  |--| |------|           |          |
  |   I0.1   |   Q0.0   |   Q0.1   | 
  |--| |------|/|--------|( )-------|  // 反转启动
  |   I0.2   |           |          | 
  |--| |------|/|--------|          |  // 急停切断

案例2：恒液位PID控制

• 配置：
  • 液位传感器：AIW0 (4-20mA对应0-10m)
  • 调节阀：AQW0 (0-100%开度)
• SCL代码片段：

  // PID功能块调用
  PID_DB(Setpoint := 5.0,         // 设定值5m
       Input := AI_Value,      // 实际液位
       Output => Valve_Control);

案例3：Modbus TCP通信

sequenceDiagram
  PLC->>仪表: 发送读保持寄存器命令
  仪表-->>PLC: 返回03数据帧
  备注: 通过TSEND_C/TRCV_C功能块实现

三、避坑指南

1. 地址冲突错误：
   • 症状：I/O点无响应
   • 解决：检查硬件组态与实际模块地址匹配
2. 扫描周期问题：
   • 现象：逻辑结果滞后
   • 方案：使用事件中断（OB40）处理高速信号
3. DB块数据丢失：
   • 预防：设置Retain保持属性

推荐学习路径：
西门子官方视频教程 → 《深入浅出西门子S7-1200》→ 使用PLCSIM进行虚拟项目练习

掌握以上内容后可快速搭建小型自动化系统（如包装机控制、恒压供水等）。实际项目务必做安全回路硬线备份，避免软件故障导致设备危险。