非自动化专业如何自学PLC？我的6个月学习路线图

0.前言 ：

之前从嵌入式软件接触到PLC控制器编程，一开始只是了解到简单的梯形图编程。

后面在逐渐学习的过程中发现PLC的使用场合很多。可以说只要是在长时间稳定运行的场合都会涉及到PLC的程序控制。

之前只是在嵌入式领域的学习，其实通过这次机会也从侧面扩展了自己的工作能力和学习的边界，对于整个工业控制领域和自动化领域有了一次全面的认识。借这次机会和CSDN的这个平台进行技术分享和学习，同时也是自己的一份wok记录，希望对广大技术从业者有所启发，在人生的路途中不断开拓新的边界，新的观点和视角。

1.PLC的历史

Programmable Logic Controller可编程逻辑控制器（PLC）的历史是一部工业控制技术从硬接线继电器向数字化、网络化、智能化演进的缩影。

一、诞生背景：继电器时代的困境（1960年代之前）

在PLC出现之前，工业自动化完全依赖继电器逻辑控制系统。控制室内布满成墙的继电器、端子排和密密麻麻的电线，每次产线调整或车型变更都需要重新布线，耗时数周甚至数月。

1968年，通用汽车（GM）自动变速箱分部（Hydramatic）的 Bill Stone 在西屋机床论坛上提出了"标准机器控制器"的概念，并列出详细的技术规格------这就是后来著名的"通用十条"（GM Ten Specifications）。核心诉求很明确：用固态可编程设备取代机械继电器，实现快速重新编程、模块化扩展和高可靠性。

二、破晓时刻：三大原型机的角逐（1968--1969）

通用汽车的招标吸引了多家公司参与，最终有三家交付了原型机进行实测：

Bedford Associates 由 Dick Morley（被誉为"PLC之父"）等人于1964年创立。1968年他们成立子公司 Modicon（Modular Digital CONtroller 的缩写），并于1969年11月交付了第84个项目原型机，故名"084"。

关键胜负手：Modicon 084 采用梯形图逻辑（Ladder Logic）编程，这让熟悉继电器电路的工厂工程师和电工能够无缝过渡；而DEC和3-I的产品使用布尔值编程，对现场人员门槛过高。

三、第一代PLC：固态继电器的革命（1970年代）

1970年代是PLC从概念验证走向实用化的关键十年。

技术特征：

• 采用分立元件（存储芯片、ALU、缓冲器），而非微处理器------英特尔4004直到1971年才投产。

• 以离散量I/O控制为主，扫描时间以每KB逻辑数十至数百毫秒计。

• 编程通过手持编程器（如PP105）或专用终端完成，程序备份使用磁带。

竞争格局形成：

• Modicon：1973年推出184，1975年推出284，逐步完善产品线。

• Allen-Bradley：1969--1971年通过收购Information Instruments Inc.和Bunker-Ramo的数控部门进入市场。1971年，Odo Struger 博士团队开发出梯形图图形用户界面，并首创了"Programmable Logic Controller（PLC）"这一术语。AB最初将"PLC"注册为商标，后因行业普遍采用而成为通用名称。

• 西门子：1979年左右推出S3系列，配备七段数码管用于I/O监控，随后被影响深远的S5系列取代。

通信萌芽：1973年，Modicon推出了Modbus协议，使PLC之间能够远距离通信，模拟量也开始介入控制。

四、第二代PLC：微处理器与通信时代（1980年代）

1980年代是PLC技术爆发式增长的黄金期，年增长率一度达到30--40%。

核心突破：

• 微处理器普及：1977年首款基于微处理器的PLC问世，到80年代微处理器已成为标配，运算速度和内存容量大幅提升。

• 编程标准化萌芽：通用汽车推动的 MAP（Manufacturing Automation Protocol）试图统一工厂自动化通信协议。

• HMI革命：个人电脑（PC）和CRT显示器开始取代控制面板上的按钮和指示灯，图形化监控成为现实。

• 小型化：出现"Brick"型微型PLC，体积与工业继电器相当。

代表产品：

• Modicon 884/984（约1985--1987年）：第五代旗舰产品，确立了现代PLC的许多编程惯例。

• Allen-Bradley 1771系列：并行远程I/O系统获得巨大成功。

• 西门子S5系列：S5-95U、S5-100U、S5-115U等成为欧洲工业界部署最广泛的PLC家族之一。

五、第三代PLC：标准化与网络融合（1990年代）

1990年代PLC进入成熟期，关键词是标准化和开放系统。

里程碑事件：

• 1993年：IEC 61131-3 国际标准正式发布（第二版于2001年成为国际标准），定义了五种编程语言：梯形图（LD）、功能块图（FBD）、顺序功能图（SFC）、指令表（IL）和结构化文本（ST）。

• PLCopen组织成立，负责认证各厂商编程语言与IEC 61131-3的符合性。

• 以太网对等网络普及，EEPROM和闪存取代EPROM。

• PLC与DCS融合：PLC开始大规模进入过程控制领域，在某些应用上替代传统DCS系统。

• 安全PLC：出现具备三重冗余（TMR）架构的安全PLC，用于高安全等级场合。

技术特征：

• 运动控制、数据采集、PID调节等功能高度集成。

• 内置诊断工具支持预测性维护。

• 从专有协议向开放网络过渡。

六、第四代PLC：PAC与工业以太网（2000年代）

进入21世纪，PLC制造商经历了一轮大整合（如施耐德1997年收购Modicon），产品形态向可编程自动化控制器（PAC）演进。

核心特征：

• 高速处理：CPU性能大幅提升，支持复杂算法和实时控制。

• 工业以太网：Profinet、EtherNet/IP、Modbus TCP等成为主流。

• 无线通信与现场总线系统深度融合。

• 网络安全：开始引入工业防火墙、访问控制等安全机制。

• 人机界面升级：LCD触摸屏全面取代CRT。

七、当代与未来：工业4.0与边缘智能（2010年代至今）

今天的PLC已不再是孤立的逻辑控制器，而是工业互联网（IIoT）和工业4.0架构中的边缘节点。

当前趋势：

• OPC UA：成为跨厂商数据互操作的标准协议，如西门子S7-1500系列内置Profinet接口并支持OPC UA。

• 边缘计算：PLC本地处理80%以上的现场数据，仅将关键信息上传云端。

• AI集成：三菱iQ-R系列等高端PLC已搭载AI算法，实现预测性维护。

• 国产替代：汇川技术H3U系列等国产PLC已突破16轴联动控制，进入高端应用领域。

未来方向：向更小型化、模块化、智能化演进，与数字孪生、5G、TSN（时间敏感网络）深度耦合，成为智能制造的"隐形指挥官"。

2.国内主流PLC厂家

国内PLC市场目前呈现"外资主导、国产快速崛起"的格局。西门子、三菱、欧姆龙等外资品牌仍占据约55%的市场份额，尤其在大型PLC领域形成垄断；但国产品牌凭借高性价比、快速响应和生态协同，在中小型PLC市场已实现显著突破。以下是按梯队划分的主流国产PLC厂家：

一、头部品牌（第一梯队）

汇川技术（Inovance）
• 市场地位：国产PLC龙头，小型PLC市场占有率超20%，位居国产首位。
• 核心优势："PLC+伺服+变频"一体化解决方案，生态协同效应极强。H5U系列采用ARM Cortex-A9处理器（400MHz主频），支持EtherCAT总线，年出货量超15万台。
• 代表产品：H1U/H2U（小型）、H3U（中型，已突破16轴联动）、H5U（中型，支持EtherCAT）
• 优势行业：新能源、物流自动化、纺织机械、电梯、锂电设备
台达（Delta，中国台湾）
• 市场地位：台系自动化代表，在国内中小制造企业及东南亚市场渗透率高，市场份额约15%。
• 核心优势：产品线覆盖工控全场景，与自家变频器、温控器、HMI深度集成；编程软件ISPSoft与三菱Works3相似，迁移友好。
• 代表产品：DVP系列（小型）、AH系列（中大型）
• 优势行业：恒压供水、中央空调、包装机械
信捷电气（XINJE）
• 市场地位：国产经济型PLC标杆，市场份额约12%，在纺织、包装机械领域市占率领先。
• 核心优势：高性价比、编程软件Works3上手门槛低、针对国内常见设备（如水箱式包装机）提供现成程序库，调试效率极高。全国设有20余个办事处，服务响应快。
• 代表产品：XC/XD系列（小型，XD支持最多16路高速脉冲输出）
• 优势行业：纺织、机床、建材、包装、塑料机械
和利时（HollySys）
• 市场地位：国产大型PLC的代表品牌，流程工业与重大装备控制的"国之重器"。
• 核心优势：LK系列PLC在火电、化工、地铁、核电等关键领域广泛应用；冗余容错、安全仪表系统（SIS）技术深厚，满足最高级别安全标准。
• 代表产品：LK系列（大型PLC）、LE系列（小型PLC）
• 优势行业：轨道交通、电力、石化、市政基础设施
二、中坚力量（第二梯队）
中控技术
• 定位：与和利时齐名的流程自动化厂商，DCS领域国产替代主力。
• 特点：在石化、电力行业成功实施大量标杆项目，PLC+DCS混合架构能力强。
禾川科技
• 定位：伺服驱动与PLC协同开发，运动控制领域新锐。
• 特点：高度集成化方案，在起重、冶金、半导体设备领域定制化能力突出。
英威腾
• 定位：变频器起家，PLC与驱动集成方案成熟。
• 特点：上市公司背景，在起重、冶金等领域应用广泛。
联诚科技
• 定位：自主可控工业控制器与解决方案服务商。
• 特点：LicOS PLC系列采用自主操作系统，专利50+，聚焦国产替代与数字化转型。
永宏（FATEK，中国台湾）
• 定位：老牌PLC厂商，用户界面友好，编程简便。
• 特点：在机械设备制造领域有稳定客户群，但近年被汇川、信捷替代较多。
丰炜（Vigor，中国台湾）
• 定位：台湾最大PLC生产商之一。
• 特点：产品以耐用性和抗干扰能力著称，在大陆市场与日系设备配套较多。
三、细分领域专家（第三梯队）

3.国外主流PLC厂家
国外PLC市场呈现高度集中的寡头格局，前五大厂商（西门子、罗克韦尔、三菱、施耐德、ABB）合计占据全球约60%的收入份额。以下按市场地位和影响力分梯队介绍：
一、全球霸主（第一梯队）
西门子（Siemens）--- 德国
• 全球份额：约 31--40%，连续多年稳居全球第一。
• 核心优势：生态系统最完整，TIA Portal（博途）集成开发环境覆盖从编程到HMI、驱动、安全的全链路；PROFINET工业以太网生态成熟；数字孪生（NX MCD）与MindSphere IIoT平台领先。
• 代表产品：
o S7-1200：紧凑型，集成Web服务器和模拟量I/O，性价比首选。
o S7-1500：旗舰级，1 ns/bit指令速度，支持SIL3安全、TSN-ready PROFINET、TensorFlow Lite边缘AI。
o ET 200SP：分布式I/O，支持热插拔和IO-Link。
• 强势领域：汽车整车、电池制造、制药、能源、流程工业。
• 区域格局：欧洲绝对主导，中国中小型PLC市场半壁江山，北美持续扩张。
罗克韦尔自动化 / 艾伦-布拉德利（Rockwell Automation / Allen-Bradley）--- 美国
• 全球份额：约 17--22%，北美市场绝对霸主。
• 核心优势：ControlLogix/CompactLogix平台可靠性极强；EtherNet/IP生态（CIP协议）在北美制造业根深蒂固；Studio 5000编程环境对多语言支持友好；FactoryTalk云分析、MES和远程诊断服务贡献约32%的经常性收入。
• 代表产品：
o ControlLogix 5580：45 MB内存，双1 Gbit EtherNet/IP，原生Python脚本，SIL3安全集成，北美大型离散控制"黄金标准"。
o CompactLogix 5380：紧凑型高性能，集成运动控制。
• 强势领域：汽车制造（福特、特斯拉产线）、轮胎、食品饮料、半导体设备。
三菱电机（Mitsubishi Electric）--- 日本
• 全球份额：约 11--14%，亚太市场（尤其日本、韩国、中国）强势。
• 核心优势：运动控制精度极高，伺服+PLC+机器人垂直整合能力强；CC-Link IE TSN网络确定性性能优异（31.25 µs周期）；拥有超20,000项自动化专利。
• 代表产品：
o MELSEC iQ-R：0.98 ns指令执行，支持4,096轴同步，内置AI推理，用于三星/台积电3nm晶圆厂、丰田产线。
o FX5U/FX5S：紧凑型，34 ns指令，双以太网，亚洲OEM设备性价比之王。
• 强势领域：汽车装配、半导体制造、锂电池（CATL）、3C电子、包装机械。
施耐德电气（Schneider Electric）--- 法国
• 全球份额：约 8--10%，欧洲第二，Modicon品牌历史悠久。
• 核心优势：EcoStruxure机器架构深度融合能源管理与自动化；性价比高，产品线覆盖微型到大型全系列；在基础设施和能源领域根基深厚。
• 代表产品：
o Modicon M580：大型PLC，内置以太网，支持Modbus TCP、PROFIBUS、EtherNet/IP。
o Modicon M340：中型。
o Modicon TM系列：小型。
• 强势领域：基础设施、数据中心、能源管理、水处理、OEM机械设备。
ABB --- 瑞士/瑞典
• 全球份额：位列前五大厂商之一，过程自动化领域根基深厚。
• 核心优势：PLC与DCS（AC800M/AC500）融合能力强；在电力、机器人、过程控制领域拥有完整解决方案；安全系统（SIL3/AK6）经验丰富。
• 代表产品：AC500系列、AC800M（与DCS集成）。
• 强势领域：电力、冶金、化工、机器人集成、过程工业。

二、技术专精型强者（第二梯队）

欧姆龙（Omron）--- 日本

• 特点：技术精密，集成控制能力强，在半导体、电子制造领域渗透率高。PLC与视觉、传感、安全产品协同出色。

• 代表产品：NX系列（中型）、CP系列（小型）。

• 适用领域：半导体、电子组装、食品医药、轻工业自动化。

倍福（Beckhoff）--- 德国

• 特点：PC-Based控制（基于Windows的软PLC）先驱，EtherCAT总线技术发明者，性能极致，开放性最强。

• 代表产品：CX系列嵌入式控制器、TwinCAT软件平台。

• 适用领域：高端设备、测试台架、大数据量处理、科研及定制化产线。

艾默生（Emerson）--- 美国

• 特点：过程控制领域经验丰富，PLC常与DCS（DeltaV、Ovation）配合使用。

• 代表产品：PACSystems RX3i。

• 适用领域：石油天然气、化工、电力。

基恩士（Keyence）--- 日本

• 特点：以传感器和视觉起家，PLC与测量、检测、扫码设备高度集成，"即插即用"体验极佳，溢价高。

• 代表产品：KV系列。

• 适用领域：3C电子、汽车部件检测、精密装配。

松下（Panasonic）--- 日本

• 特点：小型PLC性价比高，与自家伺服、传感器生态绑定紧密。

• 代表产品：FP系列。

• 适用领域：家电制造、小型设备、电子组装。

博世力士乐（Bosch Rexroth）--- 德国

• 特点：运动控制与液压技术背景深厚，ctrlX AUTOMATION平台倡导"智能手机式"自动化APP生态。

• 代表产品：ctrlX CORE。

• 适用领域：高端机床、压铸、注塑、物流。

贝加莱（B&R，已被ABB收购）--- 奥地利

• 特点：高端PC-Based控制，Automation Studio开发环境强大，在印刷、包装、塑料机械领域有极高声誉。

• 代表产品：X20系列、APC系列。

• 适用领域：高端包装、印刷、纺织机械。

三、其他重要玩家

外资PLC的核心护城河在于生态锁定（编程软件、通信协议、驱动/HMI配套）和长期可靠性验证。对于新建大型项目或对安全性要求极高的场合，西门子、罗克韦尔、三菱仍是多数企业的稳妥之选。

4.PLC学习及使用记录

一开始进行接触PLC编程的设备是西门子的S7-1200PLC，西门子PLC的编程是使用博途软件进行操作。里面涉及到PLC的一些参数定义，程序框架的搭建，不同设备之间的组态等操作。150 KB 工作存储器；24VDC 电源，板载 DI14 x 24VDC 漏型/源型，DQ10 x 24VDC 和 AI2；板载 6 个高速计数器和 4 个脉冲输出；信号板扩展板载式 I/O；最多 3 个通信模块用于串行通信；最多 8 个信号模块用于 I/O 扩展；PROFINET IO 控制器，智能设备，TCP/IP 传输协议，开放式用户安全通信，S7 通信，Web 服务器，OPC UA：服务器 DA。博途软件配置如下：

内部数据传输如图所示：

PLC与外部设备连接的示意图：

一般的PLC的程序逻辑：

PLC之间的通信关系：

功能块的一些含义和演示：

PLC主程序和子程序以及功能块之间的调用关系，主要是理解FB和FC之间的一些区别和联系。

在一个系统中可以创建几个不同的OB，每一个OB都相当于是一个mian函数。

怎么将每一个不同的功能的通信组块进行分组？也可以使用SCL自动创建一个功能函数，然后在下一次使用的时候就可以进行直接调用。

PLC编程中的数据长度定义：

PLC与外部伺服驱动器之间的连接示意图：

PLC的导轨安装示意图：

两个PLC之间的通信示意图：

PLC的学习也需要了解一些电气知识，比如一些IO点位和电机或者继电器的连接等：

日常练习的一些使用梯形图方式编程的PLC程序段：

在汇川的中型PLC编程中可以使用ST语言进行编程，其实是类似于西门子里面的SCL语言的。我的感觉是随着技术的进步，目前的趋势是PLC的编程正在往高级语言编程的方向靠拢。现在对日常的一些练习和学习进行一个整理：

进行CPU机架的组态，除了CPU的机架还有EtherCAT的机架配置等：

可以在main_task中进行自己的程序框架的搭建，添加一些自己的任务。比如手动，自动，设备暂停，设备二次启动等情况。在PLC编程中对于FB块封装尤为关键。好的FB块的封装可以让程序的执行更加高效。

还有学习了一下倍福的相机的标定过程和坐标的转换关系：校准成功，点击"写入结果"将结果写入相机的图像提供器。此步骤是必要的，以便PLC中的FB_VN_GevCameraControl 相机功能块能够访问校准结果。在图像提供程序中，选中"显示隐藏参数"选项，可在"参数（初始化）"下查看校准结果。将校准结果加载到PLC中。

c 复制代码

FB_VN_GevCameraControl 功能块可用于将校准参数加载到 PLC 中
hr                        :   HRESULT;
fbCamera                  :   FB_VN_GevCameraControl;
aCameraMatrix             :   TcVnMatrix3x3_LREAL;
aDistortionCoefficients   :   TcVnArray8_LREAL;
aRotationMatrix           :   TcVnMatrix3x3_LREAL;
aTranslationVector        :   TcVnVector3_LREAL;

hr := fbCamera.GetCameraMatrix(aCameraMatrix);
hr := fbCamera.GetDistortionCoefficients(aDistortionCoefficients);
hr := fbCamera.GetRotationMatrix(aRotationMatrix);
hr := fbCamera.GetTranslationVector(aTranslationVector);

将像素坐标转换成世界坐标：

然后使用 F_VN_TransformCoordinatesImageToWorld_Points 函数，根据校准图案的零点，确定图像中某一点在真实世界中的坐标

c 复制代码

aPointImage               :   TcVnPoint2_LREAL;
aPointWorld               :   TcVnPoint3_LREAL；

hr := F_VN_TransformCoordinatesImageToWorld_Point(
        aSrcPoint                 :=  aPointImage, 
        aDestPoint                :=  aPointWorld, 
        aCameraMatrix             :=  aCameraMatrix, 
        aDistortionCoefficients   :=  aDistortionCoefficients, 
        aRotationMatrix           :=  aRotationMatrix, 
        aTranslationVector        :=  aTranslationVector, 
        fZ                        :=  0, 
        hrPrev                    :=  hr);

将世界坐标转换成图像坐标：

可以通过 F_VN_TransformCoordinatesWorldToImage_Points 函数逆转此变换，从而将世界坐标系中的点进行变换，使其能在图像中显示在正确的位置。这对于显示辅助线以更好地定位图像非常有用。

c 复制代码

i                         :   INT;
aLine                     :   TcVnVector4_DINT;
aCoordinatesWorld         :   ARRAY[0..4] OF TcVnPoint3_LREAL := [ [0,0,0], [50,0,0], [-50, 0, 0], [0, 50, 0], [0, -50, 0] ];
aCoordinatesImage         :   ARRAY[0..4] OF TcVnPoint2_REAL;
FOR i:= 0 TO 4 DO
    hr := F_VN_TransformCoordinatesWorldToImage_Point(
            aSrcPoint                :=  aCoordinatesWorld[i],
            aDestPoint               :=  aCoordinatesImage[i],
            aCameraMatrix            :=  aCameraMatrix,
            aDistortionCoefficients  :=  aDistortionCoefficients,
            aRotationMatrix          :=  aRotationMatrix,
            aTranslationVector       :=  aTranslationVector,
            hrPrev                   :=  hr);

    IF i > 0 THEN
        aLine[0] := REAL_TO_DINT(aCoordinatesImage[0][0]);
        aLine[1] := REAL_TO_DINT(aCoordinatesImage[0][1]);
        aLine[2] := REAL_TO_DINT(aCoordinatesImage[i][0]);
        aLine[3] := REAL_TO_DINT(aCoordinatesImage[i][1]);
    hr := F_VN_DrawLine_TcVnVector4_DINT(aLine , ipImageRes, aColorGreen, 3, hr);
    END_IF    
END_FOR

5.总结

最近这大半年从零开始接触PLC。从中通过自学和向行业内的老师请教，逐渐加深了对于电气自动化或者说是自动化控制专业的理解程度。开始的时候从西门子的S7-1200开始入手，后面学习了一段时间的梯形图编程，之后接触到SCL语言。然后了解到倍福PLC的一些知识和特点。在日常的一些工作中使用到了国产的一些PLC，是比如汇川的，在学习和使用汇川的PLC过程中，一开始上手就直接从ST语言开始进行理解和掌握其中的编程思路和语法知识。其实在实际的日常的PLC编程工作中，中间需要和机械专业的同事或者或其他专业的同事进行沟通。同时在PLC设备编程之外也需要知道实际的物理世界的执行动作的时间差距，以及调试大型项目和单纯的嵌入式调试板子还是有很多的不同，这些设备的使用和调试都需要很注意，需要注意设备人员安全和设备安全。比如一些急停按钮，以及一些二次启动条件等。本次系统地过了一下这段时间的工作和学习的日常，作为一种分享，通过记录，以便回顾和知新。在AI的时代大潮下，用好这门工具，丰富我们的生活，让我们的生活更有活力。