前言 Preface

本书基于我2016年在AuthorHouse自行出版的PLC Hardware and Programming Multi-Platform。这是一本培训手册，供我在定制PLC培训课程时使用。由于各PLC平台有很多共同之处，所以我在讲特定品牌的课程时决定采用通用方式介绍所讲授的内容。

自2013年以来，我为一家加拿大公司工作，在美国和北美其他地区讲授艾伦-布拉德利（Allen-Bradley，AB）和西门子（Siemens）自动化培训课程，该公司名为Automation Training，提供PLC、HMI（人机交互）和SCADA（监控与数据采集系统）产品相关课程。大多数学生希望在特定的平台上接受培训——在北美，主要是Allen-Bradley和Siemens平台。其他平台在美国也很常见，但由于没有足够的培训需求，所以除了制造商的课程以外没有其他培训材料。虽然Automation Training公司也提供欧姆龙（Omron）、三菱（Mitsubishi）和莫迪康（Modicon）产品相关的培训课程，但需求寥寥。为了可以在培训地点使用PLC训练机和笔记本计算机，并支付教员的差旅费和培训费，至少需要3名学生报名才能开课。

因为我的办公地方还有很大空间，所以我在桌面上搭建了一个“迷你工厂”，专门用于高级PLC技术的定制培训。由于缺少硬件，我很难编写出复杂的顺序逻辑和接口例程，所以我花了大量时间寻找培训所需的模拟硬件和软件。然而，我所找到的大多数软硬件都很贵，而且没有反映出我需要强调的技术。

在迷你工厂（见图1）里，我用带有转位索引的花纹传送带、擒纵器、刻度盘以及具有拿放功能的气动装置搭建了一款训练机，通过它讲授一些高级概念，例如自动顺序控制、零件跟踪和配方管理。

除了图1中显示的由Allen-Bradley CompactLogix PLC控制的区域外，在左侧还有一台Siemens S7-300，以及一个带有容器、泵和阀门的过程控制区。PLC可以通过电缆和插头连接到任何一台训练机上。

建立这个高级培训演示意味着我的书面材料里必须涵盖这些高级技术。除了在Automation Training公司的课程里讲授不同PLC平台的指令集外，我还为Automation NTH（一家位于田纳西州纳什维尔附近的工程和系统集成公司）的实习生、工程师及客户授课。Automation NTH有一个名为“NTH大学”的培训项目，为其内部员工提供培训。其中一个标准的培训课程是利用一个传送带和气动推料器以及几个传感器和一个可移动料仓来讲授如何搭建PLC应用程序。讲授这门课需要撰写和完善文件实验说明，这也增加了在培训中动手操作设备的价值，学生很喜欢这门课。

Automation NTH为我制作了PLC训练机，如图2所示。讲授这些课程需要我编写介绍高新技术的资料，这样学生就可以学习到实际工业生产中使用的技术。一般来说，学生对他们在设施中使用的特定平台感兴趣。因此，培训课程通常针对特定平台的指令系统进行教学，相应的练习也需同步。典型的训练机都配有按钮、指示灯、电位器和仪表，学生编写的程序可以与它们相连接。

图2显示，Automation NTH的训练机有一个内置的艾伦-布拉德利触摸屏操作员界面（Allen-Bradley PanelView Plus HMI）。训练机上有紧急停止按钮、循环启动按钮和循环停止按钮，以及一根连接训练机与传送带的电缆。此外，训练机上还有多色指示器，可用于模拟堆栈指示灯。

在编写了PLC编程通用方法手册之后，我意识到大多数学生学习时需要了解特定平台的信息。我为Allen-Bradley ControlLogix平台的Automation NTH培训课程创建了一个硬件，当我构建自己的一些训练机时，我把它也扩展到了SLC和MicroLogix。

自搬家以来，已经有几个学生来到我的学校参加定制培训课。其中一个学生用的是之前展示的迷你工厂，还有几个学生用的是我自己做的训练机。虽然我不具有Automation NTH那样的制造能力，但我已经能够在Allen-Bradley MicroLogix 1400平台上搭建自己的多个训练机。

我在设计训练机时考虑到了几个重要的条件。我需要它们比市面上能买到的训练机便宜。除了购买PLC的费用，训练机的成本大部分是按钮和指示器的接线成本与劳动力成本。

我找到了几款便宜的触摸屏，并将其安装在我的训练机上进行了评估。我决定不把按钮连接到主面板上，而是把它们做成一个配件。我编写了一个带有64个按钮和指示器的7in（1in=25.4mm）彩色触摸屏程序，还制作了用于显示和修改64个整数和32个实数或浮点数的屏幕，如图3所示。

我的新训练机有紧急停止按钮、带有MCR（Master Control Relay，主控继电器）的电源按钮和堆栈指示灯模拟器。工业机械使用这些装置，它们在与PLC程序连接时非常重要，并为我提供了讲授实际应用的机会。

我还将一根电缆连接到训练机上，以便它与外部设备连接，如按钮或指示灯配件。正如我前面提到的，在建造我的迷你工厂之前，我研究了训练机和模拟器，发现学校和工厂使用的大多数产品都很贵。

最终我找到了一些在欧洲使用的工厂模拟器，这些模拟器具有可编程控制器功能。一家名为Fischertechnik的公司在一个9V直流系统上建造了一个带有控制器的建筑“玩具”，它还建造了一个24V的系统。不过，我在美国找不到能搭建PLC接口的人，所以我决定自己做。

这里展示的训练机和Fischertechnik High Bay仓库演示（见图4）是我在自己工厂之外出售的第一个培训系统。我在佛罗里达为客户做一些系统集成工作，客户表示有兴趣为其员工购买一台训练机。为此，我写了很多培训资料，并将其连同训练机和工厂演示线路的文档一起提供给了客户。

在这一点上，我已经写了很多的资料，并且提供了书面说明和培训手册，以完成这些训练机所需的高级编程。因为之前我已经有了一个通用的培训手册，所以我决定将PLC Hardware and Programming Multi-Platform手册与我的高级资料结合起来，修改了原来PLC平台部分，包括Allen-Bradley和Siemens平台的深入信息，当然其他品牌的信息也包括在内。但我主要关注的是Allen-Bradley和Siemens，原因有以下几点：第一，我讲授这些品牌已有多年，可能相比其他品牌更了解它们；第二，不管人们是否喜欢这些品牌，它们都是使用最广泛的。Siemens是全球安装最多的品牌，而Allen-Bradley在美国拥有最高的市场份额。

我对Automation Direct和Omron的PLC相当了解，也编写过通用电气（GE）和三菱的程序。在PLC市场上还有很多其他重要的厂家，除了梯形图（Ladder Logic）语言还有其他PLC语言。但我决定专注于这些品牌和语言。

这本书不是传统的格式。2013年麦格劳-希尔教育公司出版了我的第一本书：Industrial Automation: Hands On。我对这本书的格式没有进行严格的控制，起初，它只是一本参考书，然而麦格劳-希尔认为它有可能会成为大学教材。出版后，我与当地一所大学的电气工程教授讨论了将这本书作为教材的可行性。

我学到了一些关于教材的重要知识。大学教授经常自己编写教材并出版。他们对剖析别人的书并为其创编练习以及测试等课程资料没有兴趣，所以如果你的书里不包括思考题或练习，那它就不太可能被用作教材。当我编写PLC Hardware and Programming Multi-Platform手册时，我一直牢记这一点，坚持把练习写进书中，并把答案放在后面。我在本书中保留了思考题，甚至增加了一个与我构建的训练机相关的练习，答案附在了书后。

对于书中的高阶内容（第二部分“PLC编程方法”），我并没有出更多的练习题。如果客户有强烈需求，我将在以后的版本中加入练习题。高级PLC编程需要的不仅仅是练习题，它更需要实际编程。为每一个工厂模拟器提供训练的每个训练配件都有一个完整的程序，所以我认为实际程序是这部分的练习。本书第二部分介绍了基于Allen-Bradley MicroLogix 1400的“具有颜色识别功能的料仓分拣装置”。

编写书中一些硬件相关内容非常耗时，因为要查阅供应商文档。我由于禁止使用产品的一些原始图片，所以我必须自己在CAD中绘制这些产品图片。有一点需要说明一下，人们只需简单描述他们做的事情，就可以直接从制造商和他们的网站上获得更多信息。

本书内容分为三部分，分别为PLC硬件及编程、PLC编程方法和PLC平台。

本书末尾还有一些对程序员有帮助的附录，包括主要的PLC平台、ASCII表、第一部分练习与第二部分实验的答案。

如果有教员希望在课堂上使用书上的部分内容，或者想让我修改其中的部分内容，使之对培训更有用，这是没有问题的。

尽管这本书已经根据需要印刷出版了，但是它仍然可以根据需要进行修订和更改。虽然这本书是用在我自己的培训班里，但是我当然也希望它可以作为其他人的参考书甚至教科书。

我要感谢许多帮助过我的人，他们帮助我完成这本书，帮助我从一名程序员和设计师转变为一名讲师。我要感谢Steve Woodhouse——Automation Training公司的老板，在过去的5年里，他允许我在北美各地授课。我要感谢Automation NTH的副总裁Jeff Buck，他给了我培训和整合工作的机会。我还要感谢我的女儿Mariko Hickerson和她的公司Huckleberry Branding为我提供了格式编排和品牌推广方面的帮助，这不仅体现在我的这本书中，也体现在我的培训产品和网站上。最后，我要感谢我的妻子Mieko在整个过程中提供的想法、支持（以及面板制作）！